仿真虚拟化网络的拓扑、配置生成与故障模拟

一、立题依据(包括研究目的、意义、国内外研究现状和发展趋势，需结合科学研究发展趋势来论述科学意义;或结合国民经济和社会发展中迫切需要解决的关键科技问题来论述其应用前景。附主要参考文献目录)(不少于800字)

研究目的

   网络通信在当今迅速发展的信息技术中占有重要的地位，而使网路的正常运行和网络的服务质量得到保证，需要强大的网络管理系统作为支持。网络管理在网络通信中发挥越来越重要的作用。与此同时，伴随当前虚拟化技术的成熟以及现代网络规模的不断扩大，面向虚拟网络的管理变得日益普遍。虚拟化的网络与传统计算机网络相比管理起来更为复杂，而两者的一个重要区别就是，网络节点有更为频繁的变更。要确保虚拟化网络的运行和服务质量，就要求一个能够满足对虚拟化网络进行管理的网络管理方法。论文的研究目的就是对虚拟化网络的管理的部分内容进行探究和分析。

研究意义

   对于网络管理来说，构造网络的拓扑和生成网络的基本配置信息，呈现到图形界面中无疑是最直观地反映网络的布局情况和其他一些必要基本信息的方法。而对于网络节点变化比较频繁的虚拟化网络来说，能够不断获取其最新、最准确的拓扑信息是非常重要的，也是要比传统网络拓扑获取更为困难的。解决虚拟化网络的准确拓扑呈现问题，能够完成对按需的虚拟化网络提供拓扑呈现和网络配置信息的生成，这将会极大地方便对虚拟化网络的管理和分析。而对网络故障的模拟研究，会对网络可能面临的问题进行仿真预测，从而为进一步的故障处理提供参考。

国内外研究现状和发展趋势

   网络管理由纯粹的人工维护到计算机辅助的自动化管理，人们对网络管理的需求逐渐明晰和深入，网络管理系统向复杂化、专业化和综合化方向发展。管理功能是提供给用户使用的，随着用户对网络管理认识的深化，网络管理经验的增强，以及为适应现代网络管理新业务的需求，新的管理功能不断涌现，原有的管理功能也在不断深化，管理内容越来越细致，不论是基本管理功能，还是辅助管理功能，其管理精细化程度都将越来越高。总之，网络管理系统正向着综合化和精细化的方向发展，网络管理系统将是一个越来越复杂的系统工程。

   伴随虚拟化技术的成熟及应用，许多企业和单位开始尝试使用虚拟化技术，因此对虚拟化网络进行高效的管理的需求变得尤为突出。面对这一问题，一些研究单位和个人对虚拟化网络的管理中的拓扑分析等方面也做出了一些研究。

二、研究内容和目标(说明课题的具体研究内容，研究目标和效果，以及拟解决的关键科学问题。此部分为重点阐述内容)(不少于2500字)

   论文拟研究的方向，主要是为了解决在虚拟化网络管理中网络拓扑的构建问题、网络配置信息的生成问题，以及对虚拟网络可能出现故障及其引起的告警信息效果的模拟。以Web技术为基础，对上述问题进行研究和编程测试，以期其用于对虚拟化网络的管理，使管理人员对目标网络有更为直观和具象的认识，方便对目标虚拟网络的管理。

研究内容

1、按需的虚拟化网络拓扑自动生成的分析与研究。

   网络拓扑生成是通过对现实网络建立模型，然后利用模型生成网络拓扑的方法。它与网络拓扑发现是不同的，后者是从一点出发，探测周围网络拓扑的方法。在对计算机网络的管理研究中，基于真实网络的进行网络模拟是计算机网络研究的一种重要方法。由于网络存在多样性和复杂性，影响网络模拟稳定性的重要因素就是所使用的网络拓扑模型。用尽量能反映真实网络的模型作为对真实网络环境的一种抽象，使之作为网络模拟的基本输入，是取得正确结果的必要条件。这部分的主要研究内容，就是建立一个能够尽可能准确反映真是网络的虚拟网络拓扑，为下一步的研究做好准备。

   首先，需要获取一些信息(诸如网络包含的路由器数量或交换机数量、路由器包含端口数量、网络包含的链路的数量、以及网络节点的最大的出度)，来作为真实网络的关键信息。根据这些给定的网络的基本信息，进行分析，制定一套可行的拓扑生成算法，来模拟网络可能的网络拓扑，构建一个符合给定网络信息的虚拟网络。这里应该注意构建的虚拟网络的拓扑应该满足：1)具有代表性，即生成的拓扑图要能够准确反映网络的各个方面，符合按需给定的条件;2)详细的网络内实体节点的关联关系，这对下一步的研究非常重要。

2、虚拟化网络的配置信息的生成。

   这一部分的研究内容主要是将上一步的拓扑结构的实体信息实例化。首先根据第一部分的研究分析结果，可以得到一个对给定信息的虚拟网络的初步构建的一个网络节点的连接关系。通过进一步分析可以得出，在此虚拟网络中一种可能的网络结构，及其网络结构中各节点和连接的关联关系。

   同时，建立各网络实体的信息模型，建立其对应的xsd文件。在xsd文件中，包含对虚拟网络建立的模拟实体的数据结构，能够描述每一类网络实体的配置信息的名称和类型。构建一段?扩展样式表转换语言(xslt)。作为可扩展样式表语言(xls)规范的一部分，其可以对XML (标准通用标记语言 的子集)文档 进行转化。利用这一段扩展样式语言将包含基本类型的xml文件丰富扩展为包含所有实例详细配置信息的xml文档。

   然后，基于web service的理论和编程方法，读取获得实例配置文档，并对其进行进一步的编程分析处理，建立一种合理的数据结构用于保存这些实例信息，作为进一步呈现拓扑图的数据来源。最后，根据实例信息画出虚拟网络的拓扑图进行呈现。定义WSDL接口，定义相关操作，编程实现网络拓扑图的呈现。需要注意的是网络是处于不断的发展变化之中，网络结构和配置也会随之进行不断的更新。网络拓扑的管理要求管理系统能够根据网络的变化自动更新网络拓扑信息，动态的监视网络设备的运行情况。

3、被管计算机网络的故障模拟。

   网络管理的一个重要功能就是使网络稳定、可靠的运行;利用网络运行信息分析网络运行状态，监控网络异常情况，譬如某个设备突然出现异常流量，某个节点出现大量丢包等，从而对网络故障做出预警;在网络发生故障时，利用网管系统收集信息，对故障点进行定位，对网络告警产生的可能故障做出一定程度上的判断，为故障排除提供支持。而计算机网络故障是纷繁复杂的，硬件的问题、软件 的漏洞 、病毒 的侵入等都有可能引起网络的故障。本课题主要是对被管网络可能出现的部分网络故障进行建模，制定检测标准，设计告警形式，使模拟的网络故障能够以告警的形式体现出来，能够在网络拓扑图上呈现出来。

   首先，设计出诸如链路断开、链路或端口负荷过大、路由或交换节点损坏等故障模型。然后建立合理的网络故障仿真模型，通过设定端口传输数据量、链路传输数据量、网络节点up/down、链路链接通断等信息作为模型参数，并给这些作为衡量标准的参数设定标准阈值。对于某种故障类型，改变此类相关参数的值，来影响网络的性能标准。然后进一步将在网络上产生负面的效果体现出来，作为网络管理的参考。

研究目标和效果

本课题的研究目标对应研究内容分为三部分：

   首先，根据给定网络的一些基本信息，构建生成出一个符合标准的虚拟网络，表现出其基本的一种节点关联关系，建立一个简单的对应的虚拟网络的拓扑结构。

   然后，根据上一步建立的简单拓扑结构，以及写定的网络中实体的信息模型，并根据写定的映射关系，随机产生出一个包含有网络实体详细配置信息的实例文档。最后，以实例文档作为数据源，编程实现包含详细配置信息的虚拟网络的拓扑图，并呈现出来。保证能够产生一个包含虚拟网络完备的拓扑结构图，并可以体现出网络中实体的详细配置信息

   另外，还要模拟被管计算机网络的的网络故障，通过仿真模型产生出相对应的可能引起的网络告警效果。制定出几种可能的网络故障，通过建立一个仿真模型，仿真出这些故障可能引起的网络状况，及体现在网络中产生的负面效果。并将这些效果在上述建立的网络拓扑图中呈现出来。

拟解决问题

   1、首先，解决的问题是对目标网络进行虚拟化的建模问题。这里主要需要研究制定一个网络拓扑生成算法。要求该算法能够根据给定网络的少量基本信息，如网络中节点数量(n)、网络中连接数量(m)、网络中节点的最大出度(p)，成功地构建一个具有一定代表性，能够正确表示此网络的虚拟网络，并生成其网络拓扑结构。

   2、生成虚拟网络的配置信息。这部分主要是能够编写一段?扩展样式表转换语言，利用虚拟网络的信息模型，自动、随机的生成一组信息模型的实例，这些实例具备完备的配置信息。并且，对于这些配置信息而言，其某些表示关联和包含关系的关键字段必须是合法的，符合第一个问题中所生成拓扑结构中的网络实体关联、包含关系;而对于其他的字段，则可以是随机生成的对应类型的数据。

   3、被管网络故障的模拟。这里要解决的主要问题是，建立一个故障仿真模型。模型的输入参数为模拟数种的故障类型;中间部分根据故障的类型来对设定的模型参数进行修改;最后，输出网络的告警信息，作为故障产生的效果。

三、研究方案设计及可行性分析(包括：研究方法，技术路线，理论分析、计算、实验方法和步骤及其可行性等