仿真虛擬化網絡的拓撲、配置生成與故障模擬

一、立題依據(包括研究目的、意義、國內外研究現狀和發展趨勢，需結合科學研究發展趨勢來論述科學意義;或結合國民經濟和社會發展中迫切需要解決的關鍵科技問題來論述其應用前景。附主要參考文獻目錄)(不少于800字)

研究目的

   網絡通信在當今迅速發展的信息技術中占有重要的地位，而使網路的正常運行和網絡的服務質量得到保證，需要強大的網絡管理系統作為支持。網絡管理在網絡通信中發揮越來越重要的作用。與此同時，伴隨當前虛擬化技術的成熟以及現代網絡規模的不斷擴大，面向虛擬網絡的管理變得日益普遍。虛擬化的網絡與傳統計算機網絡相比管理起來更為復雜，而兩者的一個重要區別就是，網絡節點有更為頻繁的變更。要確保虛擬化網絡的運行和服務質量，就要求一個能夠滿足對虛擬化網絡進行管理的網絡管理方法。論文的研究目的就是對虛擬化網絡的管理的部分內容進行探究和分析。

研究意義

   對于網絡管理來說，構造網絡的拓撲和生成網絡的基本配置信息，呈現到圖形界面中無疑是最直觀地反映網絡的布局情況和其他一些必要基本信息的方法。而對于網絡節點變化比較頻繁的虛擬化網絡來說，能夠不斷獲取其最新、最準確的拓撲信息是非常重要的，也是要比傳統網絡拓撲獲取更為困難的。解決虛擬化網絡的準確拓撲呈現問題，能夠完成對按需的虛擬化網絡提供拓撲呈現和網絡配置信息的生成，這將會極大地方便對虛擬化網絡的管理和分析。而對網絡故障的模擬研究，會對網絡可能面臨的問題進行仿真預測，從而為進一步的故障處理提供參考。

國內外研究現狀和發展趨勢

   網絡管理由純粹的人工維護到計算機輔助的自動化管理，人們對網絡管理的需求逐漸明晰和深入，網絡管理系統向復雜化、專業化和綜合化方向發展。管理功能是提供給用戶使用的，隨著用戶對網絡管理認識的深化，網絡管理經驗的增強，以及為適應現代網絡管理新業務的需求，新的管理功能不斷涌現，原有的管理功能也在不斷深化，管理內容越來越細致，不論是基本管理功能，還是輔助管理功能，其管理精細化程度都將越來越高。總之，網絡管理系統正向著綜合化和精細化的方向發展，網絡管理系統將是一個越來越復雜的系統工程。

   伴隨虛擬化技術的成熟及應用，許多企業和單位開始嘗試使用虛擬化技術，因此對虛擬化網絡進行高效的管理的需求變得尤為突出。面對這一問題，一些研究單位和個人對虛擬化網絡的管理中的拓撲分析等方面也做出了一些研究。

二、研究內容和目標(說明課題的具體研究內容，研究目標和效果，以及擬解決的關鍵科學問題。此部分為重點闡述內容)(不少于2500字)

   論文擬研究的方向，主要是為了解決在虛擬化網絡管理中網絡拓撲的構建問題、網絡配置信息的生成問題，以及對虛擬網絡可能出現故障及其引起的告警信息效果的模擬。以Web技術為基礎，對上述問題進行研究和編程測試，以期其用于對虛擬化網絡的管理，使管理人員對目標網絡有更為直觀和具象的認識，方便對目標虛擬網絡的管理。

研究內容

1、按需的虛擬化網絡拓撲自動生成的分析與研究。

   網絡拓撲生成是通過對現實網絡建立模型，然后利用模型生成網絡拓撲的方法。它與網絡拓撲發現是不同的，后者是從一點出發，探測周圍網絡拓撲的方法。在對計算機網絡的管理研究中，基于真實網絡的進行網絡模擬是計算機網絡研究的一種重要方法。由于網絡存在多樣性和復雜性，影響網絡模擬穩定性的重要因素就是所使用的網絡拓撲模型。用盡量能反映真實網絡的模型作為對真實網絡環境的一種抽象，使之作為網絡模擬的基本輸入，是取得正確結果的必要條件。這部分的主要研究內容，就是建立一個能夠盡可能準確反映真是網絡的虛擬網絡拓撲，為下一步的研究做好準備。

   首先，需要獲取一些信息(諸如網絡包含的路由器數量或交換機數量、路由器包含端口數量、網絡包含的鏈路的數量、以及網絡節點的最大的出度)，來作為真實網絡的關鍵信息。根據這些給定的網絡的基本信息，進行分析，制定一套可行的拓撲生成算法，來模擬網絡可能的網絡拓撲，構建一個符合給定網絡信息的虛擬網絡。這里應該注意構建的虛擬網絡的拓撲應該滿足：1)具有代表性，即生成的拓撲圖要能夠準確反映網絡的各個方面，符合按需給定的條件;2)詳細的網絡內實體節點的關聯關系，這對下一步的研究非常重要。

2、虛擬化網絡的配置信息的生成。

   這一部分的研究內容主要是將上一步的拓撲結構的實體信息實例化。首先根據第一部分的研究分析結果，可以得到一個對給定信息的虛擬網絡的初步構建的一個網絡節點的連接關系。通過進一步分析可以得出，在此虛擬網絡中一種可能的網絡結構，及其網絡結構中各節點和連接的關聯關系。

   同時，建立各網絡實體的信息模型，建立其對應的xsd文件。在xsd文件中，包含對虛擬網絡建立的模擬實體的數據結構，能夠描述每一類網絡實體的配置信息的名稱和類型。構建一段?擴展樣式表轉換語言(xslt)。作為可擴展樣式表語言(xls)規范的一部分，其可以對XML (標準通用標記語言 的子集)文檔 進行轉化。利用這一段擴展樣式語言將包含基本類型的xml文件豐富擴展為包含所有實例詳細配置信息的xml文檔。

   然后，基于web service的理論和編程方法，讀取獲得實例配置文檔，并對其進行進一步的編程分析處理，建立一種合理的數據結構用于保存這些實例信息，作為進一步呈現拓撲圖的數據來源。最后，根據實例信息畫出虛擬網絡的拓撲圖進行呈現。定義WSDL接口，定義相關操作，編程實現網絡拓撲圖的呈現。需要注意的是網絡是處于不斷的發展變化之中，網絡結構和配置也會隨之進行不斷的更新。網絡拓撲的管理要求管理系統能夠根據網絡的變化自動更新網絡拓撲信息，動態的監視網絡設備的運行情況。

3、被管計算機網絡的故障模擬。

   網絡管理的一個重要功能就是使網絡穩定、可靠的運行;利用網絡運行信息分析網絡運行狀態，監控網絡異常情況，譬如某個設備突然出現異常流量，某個節點出現大量丟包等，從而對網絡故障做出預警;在網絡發生故障時，利用網管系統收集信息，對故障點進行定位，對網絡告警產生的可能故障做出一定程度上的判斷，為故障排除提供支持。而計算機網絡故障是紛繁復雜的，硬件的問題、軟件 的漏洞 、病毒 的侵入等都有可能引起網絡的故障。本課題主要是對被管網絡可能出現的部分網絡故障進行建模，制定檢測標準，設計告警形式，使模擬的網絡故障能夠以告警的形式體現出來，能夠在網絡拓撲圖上呈現出來。

   首先，設計出諸如鏈路斷開、鏈路或端口負荷過大、路由或交換節點損壞等故障模型。然后建立合理的網絡故障仿真模型，通過設定端口傳輸數據量、鏈路傳輸數據量、網絡節點up/down、鏈路鏈接通斷等信息作為模型參數，并給這些作為衡量標準的參數設定標準閾值。對于某種故障類型，改變此類相關參數的值，來影響網絡的性能標準。然后進一步將在網絡上產生負面的效果體現出來，作為網絡管理的參考。

研究目標和效果

本課題的研究目標對應研究內容分為三部分：

   首先，根據給定網絡的一些基本信息，構建生成出一個符合標準的虛擬網絡，表現出其基本的一種節點關聯關系，建立一個簡單的對應的虛擬網絡的拓撲結構。

   然后，根據上一步建立的簡單拓撲結構，以及寫定的網絡中實體的信息模型，并根據寫定的映射關系，隨機產生出一個包含有網絡實體詳細配置信息的實例文檔。最后，以實例文檔作為數據源，編程實現包含詳細配置信息的虛擬網絡的拓撲圖，并呈現出來。保證能夠產生一個包含虛擬網絡完備的拓撲結構圖，并可以體現出網絡中實體的詳細配置信息

   另外，還要模擬被管計算機網絡的的網絡故障，通過仿真模型產生出相對應的可能引起的網絡告警效果。制定出幾種可能的網絡故障，通過建立一個仿真模型，仿真出這些故障可能引起的網絡狀況，及體現在網絡中產生的負面效果。并將這些效果在上述建立的網絡拓撲圖中呈現出來。

擬解決問題

   1、首先，解決的問題是對目標網絡進行虛擬化的建模問題。這里主要需要研究制定一個網絡拓撲生成算法。要求該算法能夠根據給定網絡的少量基本信息，如網絡中節點數量(n)、網絡中連接數量(m)、網絡中節點的最大出度(p)，成功地構建一個具有一定代表性，能夠正確表示此網絡的虛擬網絡，并生成其網絡拓撲結構。

   2、生成虛擬網絡的配置信息。這部分主要是能夠編寫一段?擴展樣式表轉換語言，利用虛擬網絡的信息模型，自動、隨機的生成一組信息模型的實例，這些實例具備完備的配置信息。并且，對于這些配置信息而言，其某些表示關聯和包含關系的關鍵字段必須是合法的，符合第一個問題中所生成拓撲結構中的網絡實體關聯、包含關系;而對于其他的字段，則可以是隨機生成的對應類型的數據。

   3、被管網絡故障的模擬。這里要解決的主要問題是，建立一個故障仿真模型。模型的輸入參數為模擬數種的故障類型;中間部分根據故障的類型來對設定的模型參數進行修改;最后，輸出網絡的告警信息，作為故障產生的效果。

三、研究方案設計及可行性分析(包括：研究方法，技術路線，理論分析、計算、實驗方法和步驟及其可行性等