文摘

网络虚拟化技术被认为是一个渐进的方案对网络架构的演变。随着网络功能的虚拟化的发展,运营商做出很多的努力实现路由器使用通用服务器虚拟化。为了确保高性能、虚拟路由器平台通常采用一个通用服务器集群,这也可以看作是一个特殊的云计算环境。然而,由于频繁的路由器实例的创建和删除,它可以生成大量资源分散,防止平台建立新的路由器实例。为了解决资源碎片问题,“我们首先提出VR-Cluster,引入了两个额外功能的飞机包括切换平面和资源管理平面。切换平面主要用于支持无缝迁移的路由器实例没有包丢失;资源管理飞机可以动态移动路由器实例从一个服务器到另一台服务器通过使用VR-mapping算法。除此之外,三个VR-mapping包括首次适应算法映射算法,最佳映射算法,提出了基于VR-Cluster和worst-fit映射算法。最后,我们建立VR-Cluster protosystem通过使用通用的X86服务器,评估其迁移时间,并进一步分析的优点和缺点提出VR-mapping算法来解决资源碎片问题。

1。介绍

网络虚拟化技术(1- - - - - -3)被认为是一个循序渐进的解决网络体系结构的发展,很多研究社区和设备厂商的焦点。在这种背景下,网络资源服务提供者可以租,承租人通过建立创建虚拟网络。与此同时,他们可以回收网络资源被虚拟网络在虚拟网络的生命周期。未来互联网可以被视为“大云计算环境中,运营商可以灵活分配和回收网络资源。例如,当一个公司想要持有一个在线视频会议,可以租一间虚拟网络的业务。通过这种方式,用户可以得到好的服务质量在虚拟网络的生命周期。此外,服务提供可以租研究虚拟网络社区,后者可以使用这些虚拟网络建立试验台和评估新的网络协议在实际的网络环境。

虚拟路由器是关键设备之一,支持网络虚拟化技术的应用,也就是与传统路由器在互联网。虚拟路由器由几种路由器实例,可以并行运行和独立。和每个路由器实例中扮演一个重要的角色在虚拟网络的转发数据包。同时当服务提供商想要管理灵活网络基础设施,网络功能虚拟化技术的出现4,5]。背后的主要思想是用通用服务器建立网络元素,比如虚拟路由器、防火墙、NAT和id。除此之外,使用通用服务器建立包处理设备吸引了越来越多的研究者的关注,因为数据包处理一般服务器的能力可以通过多核40 Gbps和多流技术。在这种环境下,使用一个服务器集群来实现虚拟路由器平台是一个好的解决方案6]。所以,服务提供者可以灵活地创建或释放路由器实例在虚拟路由器平台。

与服务提供商不断创建和删除路由器实例,有很多不连接的资源分散在虚拟路由器平台。不幸的是,它不能处理传入请求的创建路由器的实例,尽管虚拟路由器平台有足够的资源。例如,一个平台包含两个服务器10 Gbps处理能力:服务器和服务器b。和服务提供商建立了一个路由器实例4 Gbps处理能力在服务器和另一个路由器实例4 Gbps处理在服务器b的能力。目前,有两种资源分散在不同的服务器上:一个资源块6 Gbps处理能力在服务器和服务器b的另一个资源块6 Gbps处理能力。当建立一个新的请求路由器实例8 Gbps处理能力来了,它不能创建新的路由器实例。即使余下的资源平台是12 Gbps的处理能力。事实上,资源碎片产生的频繁路由器实例的创建和删除可能防止平台应对新请求时平台有足够的资源。因此,“资源碎片问题”是一个严重的问题。不幸,研究人员不注意上面的问题,而把大量的努力与高性能设计虚拟路由器平台(7- - - - - -11]。如果我们想在未来部署虚拟路由器,我们应该立即开始重视“资源碎片问题。”

在本文中,我们首先提出了VR-Cluster平台来解决“资源碎片问题。“这是建立基于集群的服务器通过使用网络功能虚拟化的概念。从功能的角度飞机,它包括四个函数的飞机:切换平面,资源管理平面,转发平面和控制平面。转发平面和控制平面也存在于其他虚拟路由器。切换平面是一种特殊的平面,它使用流策略传输数据包从外部网络路由器实例和传输数据包的路由器实例外部网络。与切换平面的帮助下,运营商可以无缝地将路由器实例从一台服务器迁移到另一个服务器不改变VR-Cluster平台和外部网络之间的连接关系,从而导致零迁移路由器实例包损失。资源管理飞机使用VR-mapping算法动态路由器之间的映射关系计算实例和物理平台和安装到相应的服务器迁移策略。和三个VR-mapping包括首次适应算法映射算法,最佳映射算法,提出和worst-fit映射算法,用于计算路由器实例和物理平台之间的映射关系。最后,我们建立一个protosystem,即VR-Cluster,支持路由器实例的迁移。VR-Cluster使用X86服务器建立四个函数的飞机,使用开关来实现全网状互连函数的飞机之一。 Our experimental results show that VR-Cluster can migrate LF-Plane from one server to another server in one minute, which can meet requirements of dynamical migration. Besides, we also evaluate efficiency of our proposed VR-mapping algorithms based on resource model and evaluation model.

本文的其余部分被组织为跟进。部分2讨论并说明研究工作相关资源分散在虚拟路由器平台。部分3礼物VR-Cluster架构和展品VR-Cluster如何支持动态迁移。部分4建立资源VR-Cluster模型和评价模型对“资源碎片问题。”部分5主要展览三个包括首次适应算法映射算法,最佳映射算法,和worst-fit映射算法。部分6提出了我们的实验结果包括VR-mapping迁移时间和分析算法。部分7结论的总结我们的研究和探讨未来在未来工作。

2。相关的工作

许多主流路由器厂商和研究社区已经开始效仿在构建支持路由器虚拟化和探讨虚拟路由器可以支持多个路由器实例运行在相同的底层物理平台(2,6- - - - - -11]。这是一个关键设备桥接网络架构和物理平台之间的差距。因此,许多人关注朝着虚拟路由器可以支持多态网络架构而不是整体网络架构和适应同时共存的几个路由器实例。然而,路由器实例之间不合理的映射关系和虚拟路由器平台可能会导致较低的资源利用率和增加路由器实例的创建失败的可能性。我们探讨了它在我们以前的工作12]。

尽管“资源碎片问题”没有抓到任何研究者的关注,一些研究社区探索路由器实例如何从一个节点移动到另一节点(13- - - - - -16]。为实例,RouterFarm [15)提出了支持路由器实例的迁移,这是通过每次新的路由器实例在一个新的位置。然而,运营商需要重新配置路由器实例,介绍停机时间和包丢失。发呜呜声是另一个protosystem路由器支持移民的实例。在前面的方案发呜呜声(16),它使用XEN建立虚拟环境和部署路由器实例为每个虚拟环境,小从一个位置到另一个位置可以移动路由器实例通过使用XEN的工具。为了减少停机时间,当前发呜呜声将迁移过程分为两个步骤:控制平面和数据平面迁移迁移。然而,小改变网络接口连接到外部网络,这也是导致链路状态的变化和重新计算路由信息。

然而,现有的计划不能实现无缝迁移的路由器实例,这可能导致停机时间和数据包丢失。在本文中,我们尝试使用路由器实例的动态迁移来解决“资源碎片问题。“因此,我们应该首先提出虚拟路由器平台支持无缝迁移之前进一步分析VR-mapping算法。

3所示。VR-Cluster

我们主要从两个方面:目前VR-Cluster ()平台的体系结构,它主要包括四个功能的飞机,和()迁移流动,提出了迁移流动的路由器实例。

3.1。平台架构

为了支持动态迁移的路由器实例和使用动态迁移解决资源碎片问题,提出VR-Cluster架构。与其他虚拟路由器体系结构相比,VR-Cluster飞机包括四个功能:资源管理平面,控制平面,转发平面,和切换平面,如图1。资源管理平面和切换平面定制功能的飞机,用于支持无缝迁移的路由器实例。

VR-Cluster四层体系结构主要包括:()资源管理平面,它负责管理平台,如路由器之间的映射关系计算实例和物理平台,部署路由器实例,并释放占用的资源,(控制平面,通常使用系统虚拟化技术来运行多个逻辑控制飞机,()转发平面,用于运行多个逻辑转发平面,和()切换平面,负责VR-Cluster和外部网络之间的联系。VR-Cluster使用数据结构来实现全网状切换平面和转发平面之间的互连。和控制织物用于传递控制信息,如安装的配置信息资源管理平面和控制数据包转发到控制飞机。

在VR-Cluster,转发平面和切换平面使用“资源池”的想法,它由一个服务器集群。转发平面可以扩大其转发能力通过增加服务器的数量;切换平面可以灵活地改变网络接口的数量和类型。带来的高弹性的VR-Cluster互连网络包括数据结构和控制结构。因此,VR-Cluster不仅可以强烈增加管理的灵活性,而且具有良好的可扩展性,以支持其能力。

3.1.1。资源管理平面

资源管理平面VR-Cluster负责管理任务。它有两个主要组件:信息收集(IC)和VR-mapping算法(VR-MA),如图2。它通常运行在一个服务器,可以通过控制织物互连与其他功能的飞机。

集成电路组件主要负责收集物理信息和虚拟现实信息从其他三个功能的飞机。对于物理信息,它需要知道服务器的数量在每个函数平面和资源在每个服务器的数量。虚拟现实信息,应该知道路由器的情况下,路由器的占领资源实例和路由器实例的位置。集成电路组件定期收集信息和通知VR-MA VR-Cluster组件信息。

VR-MA路由器组件是用来计算映射关系实例和物理平台基于收集的信息。完成计算后的移民计划,将派遣迁移策略并执行相应的服务器迁移行为。在本文中,我们提出三VR-mapping算法和将他们之后。

3.1.2。控制飞机

控制飞机运行多个逻辑控制飞机并行(简称LC-Planes)利用系统虚拟化技术,比如VMware (17],XEN [18],LXC [19],KVM (20.]。这些LC-Planes共享相同的物理资源。而且每个LC-Plane可以运行路由演示,如斑驴(21)和XORP (22),或定制的协议来支持新的网络体系结构。与转发平面和切换平面,控制平面不需要采用“资源池”的想法,因为单个服务器可以支持一百多个虚拟环境在XEN或LXC。虽然运营商经常创建或回收LC-Plane,它可能不会产生任何资源碎片。此外,逻辑控制飞机的迁移不避免停机路由器实例。因此,VR-Cluster不支持移民的控制飞机。我们认为迁移的控制平面增加VR-Cluster的复杂性,而不是资源利用率。

尽管VR-Cluster不需要迁移控制飞机,应该配合转发平面的迁移。当一个新的逻辑转发平面都要重新实例化和其相应的LC-Plane发送注册消息,后者将安装到这个LF-Plane路由表和其他配置。当老LF-Plane回收了资源管理平面,LC-Plane不会发送任何消息到老。

3.1.3。转发平面

转发平面运行多个逻辑转发平面并行(简称LF-Planes)。它不使用系统虚拟化技术,虚拟化数据平面,因为使用系统虚拟化实现转发平面转发能力较低。现在,每个LF-Plane通常采用基于函数的路由器(如单击[23])或特定路由器(如OpenSwitch [24])。每个LF-Plane必须有一个相应的LC-Plane控制飞机。

转发平面由一个服务器集群,以满足各种请求的转发能力路由器实例。资源碎片问题主要由创建和删除LF-Planes结果,而不是LC-Plane。同时,转发平面不直接连接外部网络。当一个LF-Plane从一台服务器移动到另一个服务器,它不关心网络接口的变化。在其他虚拟路由器方案,运营商应该调整网络接口与外部网络在移动路由器连接的情况下,不避免停机路由器实例。VR-Cluster、转发平面和切换平面分离是一个关键的设计能够支持无缝迁移的货运飞机。

当资源管理平面安装迁移策略转发平面,一个新的LF-Plane成立于转发平面。同时,LF-Plane应该发送注册消息对应的LC-Plane和从LC-Plane得到整体的路由表和其他配置。新的LF-Plane完成以上行动之前,老LF-Plane运行在转发平面和负责数据包转发。一旦资源管理平面路由表的完成安装,配置切换平面,使数据包接收从外部网络成为发送新LF-Plane和回收物理资源被老LF-Plane。

3.1.4。转换飞机

切换平面是一种特殊的平面,用于提供网络接口与外部网络连接。切换平面也采用“资源池”的想法,以及转发平面。运营商可以扩大网络接口的数量通过添加服务器切换平面。

采用虚拟化技术与逻辑物理网络界面分割成多个虚拟网络接口。资源管理建立虚拟网络接口转换飞机和分配这些接口对应的路由器实例。不断接收数据包通过虚拟网络接口转换飞机,而后者发送数据包转发平面通过数据结构基于流策略。同样的,当转发平面将数据包转发到外部网络,它首先传送数据包交换平面织物通过数据和交换平面负责包传输。因此,运营商可以任意设计他们LF-Plane没有关心网络接口与外部网络。

一旦创建了这些虚拟接口,它们的生命周期会持续到路由器实例由资源管理平面,回收和资源管理飞机不能虚拟网络接口从一台服务器移动到另一个服务器,如图3。如果资源管理平面修改网络接口在一个路由器实例,链路状态变化,这会导致重新计算路由表。在一些特殊的场景,它可以分解端到端通信,不违背本意路由器实例的迁移。因此,VR-Cluster不会迁移在路由器网络接口的实例。

3.2。迁移流

由于私人虚拟路由器的特点,VR-Cluster LF-Plane迁移,而不是整个路由器实例,因为它不会导致停机的路由器实例和重新计算路由表。在本部分中,我们主要呈现VR-Cluster如何实现无缝迁移的路由器实例,如图4。

在VR-Cluster路由器迁移实例的过程主要包括四个步骤,每个步骤和任务是如下面所示。

步骤1。有一个路由器在VR-Cluster实例。来自外部网络的数据包被发送到LF-Plane通过数据结构。如果数据包属于控制包,他们将被送到LC-Plane LF-Plane通过控制织物。此外,数据包转发(或生成)LF-Plane(或LC-Plane)必须被发送到外部网络通过切换平面。资源管理平面负责检查是否有迁移路由器实例,如图4(一)。

步骤2。资源管理飞机首先建立一个新的LF-Plane。虽然有两个LF-Planes,收到的数据包通过切换平面只是送到老LF-Plane,而非新LF-Plane。资源管理飞机创造了新的LF-Plane之后,它立刻到新的LF-Plane安装路由表和配置。只有当新老LF-Plane LF-Plane具有相同的地位,新LF-Plane有机会转发包,如图4 (b)。

步骤3。当资源管理飞机完成了路由表的安装和配置,它将配置切换平面和控制平面。和切换平面将数据包发送到新的LF-Plane,代替旧LF-Plane。与此同时,它还配置控制平面,使后者新LF-Plane发送控制包。然而,资源管理平面不回收旧LF-Plane,因为老LF-Plane也有一些数据包不处理。资源管理平面不回收旧LF-Plane直到LF-Plane完成数据包转发,如图4 (c)。

步骤4。资源管理飞机回收旧LF-Plane。路由器实例迁移流期间,网络接口不改变。LF-Plane可能从一个服务器转移到另一个服务器。在这种背景下,VR-Cluster完成无缝迁移的路由器实例,如图4 (d)。

4所示。数学模型

在本节中,我们首先建立VR-Cluster资源模型和分析主要资源在每个函数平面上。然后我们建立评价模型对基于资源模型在VR-Cluster资源碎片问题。

4.1。资源模型

之前我们首先分析VR-Cluster基本资源建立“资源碎片问题的评价模型。“VR-Cluster主要包括三个物理资源:控制资源,转发的资源,和切换平面。三种类型的物理资源负责不同功能的飞机。此外,资源模型还应该包括资源被路由器实例。所以资源模型主要包括如下四种类型的资源。

控制平面资源。它指物理资源控制飞机,决定LC-Plane的可用资源是否满足要求。是指在控制服务器物理资源,LC-Planes运行。每一个资源包括三个部分:CPU),负责计算应用程序;()link-bandwidth,主要用于与相应LF-Plane通过控制织物;和()内存,用于存储相关信息,如链路状态数据库,路由表,和配置规则,如以下公式所示:

和指的是物理资源总量控制平面,计算如以下公式所示:

转发平面资源。它指转发资源转发平面。指LF-Planes转发服务器物理资源。每一个资源还包括三个部分:CPU),负责转发应用程序;()link-bandwidth,用于与相应LC-Plane通过控制结构和互连通过数据与切换平面织物;和()内存,用于存储一些相关信息,比如转发表或流表,如以下公式所示:

和指的是总物理资源转发平面,计算如以下公式所示:

切换平面资源。它是指网络接口在切换平面上。指的是物理资源在切换服务器提供网络接口与外部互联网络路由器实例。每一个主要包括两种类型的网络接口:)外接口,用于连接外部网络,()织物接口互联通过数据转发平面织物,如以下公式所示:

和指的是总物理资源切换平面,计算如以下公式所示:

路由器实例资源。它指在VR-Cluster物理资源被路由器实例。指的是物理资源被一个路由器实例,其中包括三个部分:()代表控制资源被LC-Plane路由器实例,()是在路由器转发LF-Plane占领的资源实例,(),指路由器接口的实例,如以下公式所示:

和是指通过路由器实例占用的物理资源,如以下所示计算公式:

我们可以使用四种类型的资源在VR-Cluster计算资源利用率,是一个重要的标准。资源利用率是指资源被路由器实例的比例总体物理资源包括总体控制资源,整体运输资源,和整体接口资源,如以下公式所示:

4.2。评价模型

为了评估在VR-Cluster资源碎片问题,我们提出了三个评价标准:)故障级路由器实例的创建,()级资源分散,()比资源碎片。这三个评价标准的细节和计算公式提出了如下。

4.2.1。准备失败的大小创建路由器实例

这种评价标准是用来记录失败次创建路由器的处理实例。资源管理飞机不能建立新的路由器实例,当它满足三个条件之一,如以下公式所示:

在公式(10),指的是最大的资源块的其余部分控制平面;指的是最大的剩余资源块在转发平面上;和指的是最大的剩余部分接口的切换平面。

公式(10)主要是用来记录失败级路由器实例的创建,当VR-Cluster有足够的物理资源超过请求的资源。如果这个评价标准太大,VR-Cluster严重资源碎片问题。否则,运营商可以建立路由器实例创建失败的可能性极低的路由器实例。因此,我们可以使用公式(10在VR-Cluster)来反映资源碎片问题。

4.2.2。级的资源分散

这种评价标准是指资源碎片位于VR-Cluster多少。我们可以计算飞机资源分散在每个函数的总和,如以下公式所示:

:它是指资源分散控制服务器控制平面;:它是指资源碎片转发服务器转发平面; 接口服务器中:它是指资源碎片切换平面;:它是指资源破碎的大小控制平面;:它是指资源破碎转发平面的大小:它是指资源破碎切换平面的大小。

级资源碎片是不断变化的,当操作人员频繁创建和回收路由器实例。如果VR-Cluster低资源碎片的大小,它有更高的机会为传入请求分配物理资源创建新的路由器的实例;否则,它不能建立新的路由器实例,尽管它有足够的物理资源。因此,资源碎片的大小也是一个评价标准来评价资源在VR-Cluster碎片问题。

4.2.3。资源分散的比例

为了进一步分析资源碎片问题,“我们提出另一个评价标准,即资源碎片的比率。它指的是比例最大的资源块整体物理资源。这种评价标准的计算如以下公式所示:

在公式(12),指资源的比例分散控制平面,见公式(13);指资源碎片比转发平面,见公式(14);指的是资源碎片比率转换飞机,见公式(15)。在公式(12),,,特殊参数,其值等于0或1。

当资源碎片的比率控制飞机的比例不小于资源碎片在转发平面和资源分散的比率转换飞机,资源分散在VR-Cluster的比例是由资源碎片的比率控制飞机。当资源分散在控制飞机的比例和资源分散的比率切换平面的比例小于资源碎片转发平面,资源分散在VR-Cluster的比例是由资源分散在转发平面的比率。总是低于1;只有当VR-Cluster不建立任何路由器实例,= 1。

公式(13)是用来计算资源碎片的比率控制飞机:分子是指控制平面和分母最大的资源块指的是总资源控制平面:

公式(14)是用来计算资源的比例分散在转发平面:分子指的是最大的资源块转发平面和分母是指总资源转发平面:

公式(15)是用来计算资源的比例分散在切换平面:分子指的是最大的资源块切换平面和分母是指总资源切换平面:

5。VR-Mapping算法

VR-mapping算法主要计算路由器实例和衬底之间映射关系的基础设施。此外,它试图解决“资源碎片问题”通过调整映射关系。

我们三个算法引入到VR-Cluster:首先满足映射算法,最佳映射算法,和worst-fit映射算法。所以我们希望这三个算法也能够得到一个优化映射路由器实例和基础设施之间的关系和计算的优化调整方案,可以有效地解决“VR-Cluster资源碎片问题”。我们主要考虑LF-Planes和转发平面之间的映射关系,因为只有LF-Plane可以迁移从一个到另一个资源管理计算迁移策略。

5.1。首先满足映射算法

在首先满足映射算法,它主要包括两种类型的链表:)F-idle列表用于管理闲置资源块转发平面和()F-allocated列表用于管理转发资源被路由器实例。

在首先满足映射算法,它选择迁移路由器实例从去年第一个F-allocated列表和搜索第一个资源块在F-idle链接包括足够的剩余资源迁移路由器实例。一旦移动一个路由器实例,首先满足映射算法决定VR-Cluster是否可以为新的路由器分配资源实例:如果不是,首先满足映射算法将动态移动路由器实例直到VR-Cluster可以建立新的路由器实例或没有无动于衷路由器实例。所以,在首先满足映射算法,路由器实例总是位于前端服务器转发平面。

处理首次适应算法在算法的映射1。当资源管理平面迁移一个路由器实例,它分配转发资源后者。首先,首次适应算法搜索F-idle列表来找到满足要求的第一个资源块LF-Plane (S2)。最后,如果发现其选定的资源块F-idle列表中,它可以为这个请求分配资源(S3-S5);否则,它应该动态移动LF-Plane VR-Cluster。动态迁移在首次适应算法(S6-S16),它选择最后一个路由器实例(S7)和搜索第一个资源块(S8-S13):如果有一个资源块LF-Plane迁移,它将LF-Plane这个资源块(S9-S12)。如果没有找到想要的结果(S14-S17),将继续搜索第一个资源块的倒数,直到搜索过去路由器实例或得到其想要的结果(S6)。

5.2。最佳映射算法

在最佳映射算法,它主要包括两种类型的链表:()F-idle列表用于管理闲置资源块转发平面和()F-allocated列表用于管理转发资源被路由器实例。

在最佳映射算法,它从最后选择路由器实例迁移第一个F-allocated列表和搜索第一个资源块包括足够的剩余资源迁移路由器实例F-idle列表中。一旦移动一个路由器实例,最佳映射算法决定VR-Cluster是否可以分配新的路由器实例:如果不是,最佳映射算法将动态移动路由器实例直到VR-Cluster可以建立新的路由器实例或没有无动于衷路由器实例。最佳映射算法,相比之下,首先满足映射算法,解决资源块从最小到最大后VR-Cluster移动路由器实例或建立新的路由器实例。最佳映射算法,路由器实例可能位于不同的服务器转发平面。

最佳映射算法存在的处理算法2。当资源管理平面上建立一个路由器实例,它分配转发资源后者。首先,最佳算法搜索F-idle列表来找到满足要求的第一个资源块LF-Plane (S2)。最后,如果发现其选定的资源块F-idle列表中,它可以为这个请求分配资源和排序F-idle列表从最小到最大(S3-S7);否则,它应该在VR-Cluster动态移动路由器实例。最佳的动态迁移算法(S8-S23),它选择最后LF-Plane (S9)和搜索第一个资源块(S10-S16):如果有一个资源块LF-Plane迁移,它将LF-Plane选择资源块和排序F-idle列表从最小到最大(S11-S15)。如果没有搜索想要的结果(S17-S22),将继续搜索第一个资源块在过去但最后LF-Plane直到搜索或得到其想要的结果(S8)。

5.3。Worst-Fit算法

在worst-fit映射算法,它主要包括两种类型的链表:)F-idle列表用于管理闲置资源块转发平面和()F-allocated列表用于管理转发资源被路由器实例。

在worst-fit映射算法,它选择迁移路由器实例从去年第一个F-allocated列表和搜索第一个资源块包括足够的剩余资源迁移路由器实例F-idle列表中。一旦移动,一个路由器实例worst-fit映射算法决定VR-Cluster是否可以分配新的路由器实例:如果不是,最佳映射算法将动态移动路由器实例直到VR-Cluster可以建立新的路由器实例或没有无动于衷路由器实例。Worst-fit映射算法,相比之下,首先满足映射算法,从大到小的排序资源块后VR-Cluster移动路由器实例或建立新的路由器实例。worst-fit映射算法,路由器实例可能位于不同的服务器转发资源池和控制资源池。

worst-fit映射算法存在的处理算法3。当资源管理平面上建立一个路由器实例,它分配转发资源后者。首先,worst-fit算法搜索F-idle列表来找到满足要求的第一个资源块LF-Plane (S2)。最后,如果发现其选定的资源块在F-idle-allocated列表,它可以为这个请求分配资源,从大到小的排序F-idle列表(S3-S7);否则,它应该动态移动LF-Plane VR-Cluster。动态迁移worst-fit算法(S8-S23),它选择最后LF-Plane (S9)和搜索第一个资源块(S10-S16):如果有一个资源块LF-Plane迁移,它将LF-Plane选择资源块和从大到小的排序F-idle列表(S11-S15)。如果没有搜索想要的结果(S17-S22),将继续搜索第一个资源块在过去但最后LF-Plane直到搜索或得到其想要的结果(S8)。

6。实验结果和分析

我们首先使用通用服务器实现VR-Cluster包括资源管理平面,平面数据平面,控制平面和切换。然后我们评估迁移时间基于VR-Cluster原地台。最后,我们评估资源分散,资源分散,和失败的比率的大小创建路由器的实例当VR-mapping算法使用不同的算法。

6.1。实验环境

我们真正的实现包括六个服务器和两个开关,如图5:服务器与英特尔至强处理器e5 - 2680处理器,64 GB内存,双10 Gbps的接口,和双10 Gbps接口,运行Linux CentOS 6.5。一个开关是10 Gbps开关12接口;另一个开关是1 Gbps开关24接口。

控制平面只是由一个服务器,它使用LXC建立虚拟化环境。控制接口互联控制结构,所以它可以与资源管理平面和转发平面。

资源管理飞机只包含一个服务器。其控制接口互联控制织物,可以与控制平面,转发平面,平面和切换。

转发平面包含两个服务器,单击路由器运行修改。一个1 Gbps接口,被认为是控制接口互联控制织物;一个10 Gbps接口与数据结构被认为是数据接口互联。

切换平面包含两个服务器,运行简单的基于流表的应用。一个1 Gbps接口,被认为是控制接口互联控制织物;一个10 Gbps接口与数据结构被认为是数据接口互联。

6.2。迁移时间

迁移时间VR-Cluster主要包括两个部分:)LF-Plane创建时间,()路由表的安装时间。

6.2.1。LF-Plane的创建时间

我们VR-Cluster LF-Plane采用单击创建LF-Plane路由器。此外,它使用DPDK工具来优化I / O性能。当我们LF-Plane从一台服务器迁移到另一个服务器,我们首先创建新的LF-Plane在目标服务器。我们评估20倍LF-Plane的创建时间转发平面,和我们的结果呈现在图6。

LF-Plane的平均创建时间是2.3秒,因为一项新的LF-Plane使用DPDK工具必须花很多时间在初始化内存中。创建时间也受到系统加载服务器转发平面的影响。如果有多个LF-Planes、资源管理完成LF-Plane飞机使用超过2.3 s。因此,创建时间VR-Cluster能满足我们的要求,因为老LF-Plane也不断转发数据包,不被创建新的LF-Plane喙。

6.2.2。路由表的安装时间

LC-Plane VR-Cluster,时间需要安装一个路由进入相应LF-Plane大约是0.3毫秒。如果路由表的规模是100 K, LC-Plane将大约需要55.4秒。为了减少路由表的安装时间,我们使用包配料技术传输多个路由条目。如果MTU 1500年控制织物,LC-Planes最多可以安装121的路由条目。我们评估下的路由表安装时不同规模的路由表,如图7。

在图7、安装时间不断增长的规模增加路由。路由表规模之间的关系不存在线性和安装时间。安装时间/时间的路由条目的数量不断增长安装增加,因为LF-Plane必须花费更多的时间来搜索其路由表中有大量的路由条目。例如,LF-Plane大约需要0.56毫秒完成单个安装不存储任何路由条目;当LF-Planes存储400 K的路由条目,它可能需要大约1.09 ms。

6.2.3。迁移时间LF-Plane

迁移时间LF-Plane等于创建时间和安装时间的总和。当路由表的规模小于10 K,迁移时间主要是LF-Plane创建时间的影响。一旦路由表的规模超过50 K,迁移时间主要取决于创建时间。在当前互联网骨干路由器有大约500 K的路由条目。在这种情况下,迁移时间LF-Plane大约是44.8秒,这是不到一分钟。因此,迁移时间的LF-Plane VR-Cluster能满足我们的要求。

6.3。失败的大小创建路由器实例

失败的大小可以减少路由器实例的创建在VR-Cluster动态迁移。在本部分中,我们用它来评估动态迁移是否有用,是否动态迁移VR-mapping有关算法的效率,如图8。

这表明失败创建路由器的实例级增加资源利用率不断提高。随机映射算法首先显示创建路由器的实例失败当资源利用率约为40%。它有一个更差的性能随着资源利用率不断增加。序列映射算法比随机映射算法,因为后者可能会导致很多小资源碎片。当资源利用率过高,这两个算法有一个糟糕的性能。例如,失败级路由器实例创建的随机映射算法和序列映射算法相应的资源利用率95% 98.9%和72.6%。在我们提出的三个动态映射算法,他们创造的第一次失败的路由器实例只有当资源利用率高于80%。除此之外,我们提出的算法的性能优于其他两种算法。特别是,最佳映射算法只要有27.5%失败当级资源利用率是95%。最佳映射算法比其它算法提出的故障级路由器创建的实例。

6.4。大量的资源分散

数量的资源碎片是另一个有用的标准来评估效率的动态迁移。在本部分中,我们主要测量资源碎片生成处理路由器实例的创建和删除,如图9。

Worst-fit映射算法生成多个资源碎片比其他算法,由于该算法通常分配最大的路由器实例资源碎片。大多数的算法可能产生更多的资源分散,资源利用率不断提高。然而,有一个特殊的现象在三个包括首次适应算法,随机的,和序列映射算法:资源碎片的数量减少后,资源利用率超过一个定义值。其原因是VR-Cluster更高的创建失败级路由器实例(如图8)当资源利用率超过一个定义值。然而,资源分散在最佳映射算法的数量没有减少,因为它有一个较低的故障级路由器创建的实例。最佳映射算法也比其他算法,它总是有不超过15种资源碎片。

6.5。资源分散的比例

我们测量的最大大小资源分散和计算资源的比例分散在资源利用率为50%,如图10。当资源利用率是50%,这些算法除了随机映射算法没有显示故障级路由器创建的实例。

这表明提高资源碎片严重的比例开始和保持在固定位置。worst-fit映射算法的固定价值约92%;固定值的随机映射算法约78%;首先满足的定值映射算法是60%,也就是作为最佳的固定值和序列映射算法。原因是worst-fit映射算法总是为路由器分配的最大资源实例,和随机映射算法也可能将大资源破碎成小块的资源碎片。从资源碎片的比例方面,首次适应算法和最佳算法比worst-fit算法。

6.6。总结

从上面的实验结果,在VR-Cluster迁移时间可以接受,不能导致路由器实例的停机时间。因此,VR-Cluster可以使用动态迁移到解决“资源碎片问题。”

我们进一步探索效率提出了三个VR-mapping算法。这三种算法比随机和序列映射算法。和最佳映射算法是最好的五个映射算法。它可以减少失败的大小创建路由器的情况下,资源分散,比资源碎片。

7所示。结论和未来的工作

我们发现有很多资源分散在处理路由器实例的创建和删除。我们首先提出了“资源碎片问题”并建立评价模型来分析上述问题。为了证明效率的动态迁移,我们建立一个虚拟路由器平台,叫做VR-Cluster,用它来测量路由器实例的迁移时间。与此同时,本文进一步提出了三个VR-mapping包括首次适应算法映射算法,最佳映射算法,和worst-fit映射算法。最后,实验结果证明迁移时间路由器实例可以满足需求的动态迁移。此外,最佳映射算法是最好的解决“资源碎片问题”在五算法。

在下一步工作中,我们将探索VR-mapping算法比最佳映射算法,可以考虑绿色能源,系统负载平衡,等等。

相互竞争的利益

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项工作是由计划中国国家基础研究计划(973计划)“可重构网络仿真试验台的基本网络通信”和研究XXX访问身份验证和授权协议标准。