基于虚拟机的透明计算设备子系统设计及实现*

为解决在现有透明计算系统中磁盘等设备的虚拟化,需要对操作系统进行修改才能在端计算机上运行的问题,提出透明计算系统中一种基于虚拟机技术的设备子系统。以Intel VT硬件级虚拟支持和Xen虚拟化技术为基础, 在全虚拟化的虚拟机上运行用户操作系统: 通过运行在管理域用户空间中设备模型的虚拟磁盘和网络驱动,将用户域访问磁盘和网络的I/O请求跨网络地重定向到服务器进行处理, 从而实现端计算机上多操作系统的远程运行。在VT硬件平台和Xen虚拟机监控器上实现了原型系统,验证了该方法的可行性。     

基于云平台的虚拟网络子系统

虚拟机实例的互联问题由虚拟网络子系统来解决。虚拟机实例组成的网络是一个虚拟化的网络,通过虚拟化处理具有简单和易配置等特点。它不同于物理机器组成的具有严格和复杂拓扑逻辑的物理网络。[1]本系统主要应用相关的开源组件如DHCP,IPTables,bridge-utils,vtun,VLAN等,实现虚拟系统包括网络协议,分组过滤、交换,信息传输协议等在内的各项功能。系统设计实现四个方面的功能,即:(1)对虚拟网络进行配置,,使虚拟机实例之间可正常通信;(2)实现弹性ip功能,使用户能够动态设置虚拟实例的IP;(3)定义安全组(security groups),使运行在同一组内的虚拟实例具有相同的访问规则(如ping、ssh);(4)实现网络隔绝,使处于不同安全组的虚拟机之间的网络流量隔离。     

基于网卡虚拟化的高性能容器网络设计

单根I/O虚拟化技术为传统数据中心提供高效的服务器整合能力和灵活的应用部署能力,通过将多个网卡直通到虚拟机,减少额外包复制带来的性能损失,使得网络I/O具有接近主机的性能。然而,在网络功能虚拟化场景下单独使用单根I/O虚拟化技术会降低传统数据中心的网络I/O虚拟化性能。针对网络功能虚拟化长链场景,结合单根I/O虚拟化技术和软件虚拟化技术,设计基于网卡虚拟化的高性能容器网络。通过转发模块判断网络流量的目的地址,寻找最优的流量转发路径,实现流量的灵活转发。利用基于脚本程序的自动化部署模块,对每个节点业务进行支持动态增删服务的配置,便于用户对网络进行管理和修改。实验结果表明,在网络功能虚拟化长链场景下,相比单根I/O虚拟化技术,该网络延迟降低约20%,同时能够有效提高网络吞吐量,解决数据中心的网络I/O虚拟化问题。     

利用虚拟机技术完成复杂网络实验

近年来,采用虚拟化软件的速度超过了包括专家在内的任何人的想象.虚拟化在IT许多领域广泛应用.简要介绍了虚拟机技术和虚拟机软件VMware Workstation的特点,详细论述了利用桌面虚拟机软件VMware Workstation,规划设计一种虚拟机解决方案,实现和完成复杂网络实验--DHCP中继代理实验和VPN远程访问实验.详细描述了虚拟实验系统的工作原理与特点、网络组建与配置、服务器配置与管理.     

基于DynamipsGUI的IPv6路由仿真实现与分析

基于DynamipsGUI仿真平台,通过虚拟多路由器组成一个小型局域网络,在路由器端口设置IPv6地址,在网络中配置回环地址,详细列出静态路由的配置命令并进行解析。通过测试各路由器之间以及路由器与回环地址之间的数据包收发情况,验证了跨路由器实现IPv6通信的可行性,为IPv6的应用提供了一种思路和方法。     

路由器IOS剖析

互联网操作系统(IOS)是路由器中核心软件数据包,它是一种特殊的软件。可用它配置路由器硬件,实现路由器硬件将信息从一个网络路由或桥接至另一个网络,从而使得路由器具有英特网智能作用。它提供路由器这种网络设备的所有主要的互联网协议和路由选择的支持。正是由于IOS的存在才使路由器具有强大的生命力,因此如何正确配置路由器的IOS就显得尤为重要。     

采用虚拟路由冗余协议提高校园网稳定性的应用

随着网络应用的不断深入和发展,用户对网络可靠性的需求越来越高。对于处于网络边缘终端用户的主机,运行一个动态路由协议来实现可靠性是不可行的,一般校园网通过路由器连接外网,局域网内用户主机通过配置默认网关来实现与外部网络的访问。如何通过配置一个默认网关,就可以实现网络冗余,保持网络的畅通,虚拟路由器冗余协议很好地解决了此问题。     

基于虚拟设备的虚拟交换机设计

网络虚拟化为共享在同一主机上的多个虚拟机创造了一个新的网络接入层。传统模式网络部署方式已经不能满足虚拟化部署环境对网络的要求。这个新的虚拟网络接入层合理的隔离了系统软件和实际的物理设备,虚拟网络接入层还提供了物理网络层不具有的优势,例如灵活的软件配置,弹性的功能扩展。设计虚拟网络交换机,通过采用虚拟设备引入一个软件抽象层,该抽象层将流量从物理网络元素中分离出来。通过这些虚拟设备可以合理动态的管理虚拟化网络资源,有效的整合这些虚拟网络元素。介绍虚拟交换机是如何设计的,可以用来解决虚拟环境中虚拟机跨子网的流动性和虚拟主机之间流量的逻辑隔离等问题。     

虚拟化技术与网格计算

主要介绍了虚拟化技术和网格计算技术的发展,以及虚拟化技术在网格计算中的应用.虚拟化技术是一种非常灵活的技术,利用它用户能够动态地实例化一个操作系统以执行他们需要的应用.为了使创建的虚拟机更加有效的参与网格计算,介绍了一种虚拟网络,它能够有效地将虚拟机连接到网络中,并且能够根据网络流的负荷动态地改变拓扑结构和路由路径,最后用parallels工作台创建了虚拟机,并且进行了相关实验.     

支持确定性/自适应路由的低延迟片上路由器设计

自适应路由可以有效地提高片上网络性能,却导致网络中的数据传输乱序.设计了一个两级流水虚拟通道虫孔交换路由器,通过修改数据包的标记位和路由计算单元,使路由器支持确定性和自适应路由算法,简化了数据传输乱序问题;同时,将流经路由器的数据流分为东西和南北2个部分;在此基础上从经典的部分自适应路由出发,增加虚拟通道允许原本禁止的转向,实现了无死锁的自适应路由,并降低了网络延迟与硬件开销.     

Network virtualization substrate with parallelized data plane

Network virtualization provides the ability to run multiple concurrent virtual networks over a shared substrate. However, it is challenging to design such a platform to host multiple heterogenous and often highly customized virtual networks. Not only high degree of flexibility is desired for virtual networks to customize their functions, fast packet forwarding is also required. This paper presents PdP, a flexible network virtualization platform capable of achieving high speed packet forwarding. A PdP node has multiple machines to perform packet processing for virtual networks hosted in the system. To forward packets in high speed, the data plane of a virtual network in PdP can be allocated with multiple forwarding machines to process packets in parallel. Furthermore, a virtual network in PdP can be fully customized. Both the control plane and data plane of a virtual network run in virtual machines so as to be isolated from other virtual networks. We have built a proof-of-concept prototyping PdP platform using off-the-shelf commodity hardware and open source software. The performance evaluation results show that our system can closely match the best-known packet forwarding speed of software router running in commodity hardware.     

计算系统虚拟化平台的研究及实现

虚拟化技术是高性能计算系统规模化的关键技术。高能所计算资源虚拟实验床采用 OpenStack 云平台搭建环境。本文讨论了实现虚拟计算资源与计算系统相互融合的三个关键因素：网络架构设计、环境匹配和系统总体规划。本文首先讨论了虚拟网络架构。虚拟化平台通过部署 neutron 组件、OVS以及 802.1Q 协议来实现虚拟网络和物理网络的二层直连,通过配置物理交换机实现三层转发,避免了数据经过 OpenStack 网络节点转发的瓶颈。其次,虚拟计算资源要融入计算系统,需要与计算系统的各个组件进行信息的动态同步,以满足域名分配、自动化配置以及监视等系统的需要。文章介绍了自主开发的 NETDB 组件,该组件负责实现包括虚拟机与域名系统 (DNS)、自动化安装和管理系统 (puppet) 以及监视系统的信息动态同步等功能;最后,在系统总体规划中,文章讨论了包括统一认证、共享存储、自动化部署、规模扩展和镜像等内容。     

基于超融合云网络环境的持续丢包主动探测系统

业务上云在近些年已经成为趋势, 而新冠疫情也加速了这一趋势. 然而公有云并不适用于所有用户. 尤其是出于数据隐私的考虑, 很多用户尤其是政府用户更希望在后疫情时代建设他们自己的私有云或者混合云. 超融合设备(HCI)是达到这一目标的有效手段. 在超融合设备中, 计算、网络、存储等资源都被完全虚拟化, 传统的物理网络设备单元也被一段段代码所替代. 此外为了获得高性能的网络转发能力, 很多创新技术应运而生, 其中DPDK技术是其中翘楚而被广泛应用. 开发者可以利用DPDK技术实现多种多样地、定制化地网络转发应用. 虚拟化技术和DPDK技术可以大大提升设备资源的利用率以及网络转发性能, 降低大中小企业或者机构的数据中心或者私有云的构建难度和成本. 但同时高度的虚拟化也给网络运维人员带来了巨大的挑战. 这些虚拟网元对网络运维人员而言是没有实体的, 虚拟网络在运维人员看来就像一个“黑盒”. 当网络出现故障时(如丢包), 传统的针对物理网络设备的排障手段在虚拟网络中变得不可用, 这就大大增加了网络排障的时间, 进而对业务的持续运行造成影响. 针对这种问题, 设计了一种虚拟网络持续性丢包探测系统Flowprobe, 该系统旨在解决基于DPDK用户态虚拟网络的持续性丢包检测及根因定位问题. 通过该系统, 用户可以观测数据包在虚拟网络中的详细路径、经历的转发行为, 定位丢包的位置, 获知丢包的原因. 实验表明, 该系统可以针对576种虚拟网络持续丢包场景进行检测以及给出问题根因, 并且该系统做到了对正常转发业务的无影响, 性能测试表明, 该系统开启以后, 对用户正常业务的转发影响可以控制在1%以内. 该系统已经在超融合生产环境持续运行了3年, 帮助用户以及网络运维人员解决了诸多虚拟网络故障问题.     

基于标签的POF网络虚拟化技术研究

针对SDN新一代转发控制分离技术——协议无感知转发(POF),提出了协议字段全开放的SDN网络虚拟化架构。该架构提出了基于标签的网络虚拟化技术和POF物理交换机流表分配技术,通过网络虚拟化中间件将POF交换机与POF控制器之间传递的消息进行转换,对物理网络中传输的数据进行标签封装,从而区分不同网络切片与虚拟链路的流量信息。与已有的虚拟化中间件Flow Visor、Open Virtex、Co Visor等相比,该虚拟化中间件全面支持POF协议,通过物理网络中的数据的标签化处理,实现了SDN转发平面全字段开放的网络虚拟化。同时,基于该套架构,实现了POF网络虚拟化中间件系统POFHyper Visor,并验证了该POF网络虚拟化中间件系统的功能与性能,经测试,虚拟化消息处理能力损失在17.1%~29.9%。     

基于OpenFlow的软件定义网络虚拟化方案

软件定义网络(SDN)可以将网络控制平面与数据平面分离开来,为网络虚拟化提供了良好的平台。为了解决SDN中多租户下的虚拟化,提出了一种基于OpenFlow的网络虚拟化方案。通过一个中间代理来转换并匹配物理MAC地址与虚拟MAC地址,以及物理流表项和虚拟流表项,以此实现流量空间的虚拟化。其中,根据实际数据包的惰性计算,使用前缀或通配符来精确匹配流表项。另外,为了保障物理OpenFlow网络上不同租户之间的隔离,将单个虚拟MAC-通配符流表项映射为多个具有精确MAC地址的物理流表项。实验结果表明,该方案成功的实现了网络虚拟化,且虚拟化开销较小,具有可行性。     

轻量级虚拟机软件技术——LVMM

为提高PC系统的可管理性和安全性,提出一种轻量级虚拟机软件技术——LVMM。定义活跃用户域,可直接访问除磁盘和网络之外的物理设备,以及虚拟磁盘和虚拟网络设备。保证在保持PC使用模式基本不变的前提下,可在同一平台上同时运行多个用户虚拟系统,且支持独立于用户操作系统的资源访问控制。经测试,LVMM原型系统具有较小的整体虚拟化开销。     

具有瀑布特征的可信虚拟平台信任链模型

将虚拟化技术与可信计算相结合构建的可信虚拟平台及其信任链模型是目前的一个研究热点。目前大部分的研究成果采用在虚拟平台上扩展传统信任链的构建方法,不仅模型过粗且逻辑不完全合理,而且还存在底层虚拟化平台和顶层用户虚拟机两条分离的信任链问题。为此,提出一种具有瀑布特征的信任链模型——TVP-QT,该模型以硬件可信平台模块（TPM）为起点,在底层虚拟化平台和顶层用户虚拟机信任链之间加入可信衔接点。当信任链从底层虚拟化平台传递到可信衔接点时,由可信衔接点负责对用户虚拟机的可信虚拟平台模块（vTPM）进行度量,之后将控制权交给vTPM,由vTPM负责对用户虚拟机启动的组件及应用进行度量。该模型中可信衔接点具有承上启下的瀑布特征,能满足虚拟化环境的层次性和动态性特征,保证了整个可信虚拟平台的可信性。不仅从理论上证明了该模型的正确性,而且对实例系统的分析和讨论也表明了该模型的通用性与可行性;在Xen中对该模型进行了仿真实验,实验结果表明该信任链传递理论可以保证可信虚拟化环境在整个运行过程是安全可信的。     

一种基于并行处理的IPv6组播包高速转发实现方法

总结PIM-SM协议要求的IPv6组播包转发处理流程，并在可靠性不变的前提下改进了该流程。提出了一种IPv6组播包高速转发实现的平台结构-分布式并行多处理器交换结构和一种基于并行处理的IPv6组播包高速转发实现方法——高速组播包并行转发处理方法。     

基于虚拟化平台搭建语音教室的关键技术探究

基于虚拟化平台搭建语音教室中的一些关键技术问题及其解决方法,包括采用不同的设备重定向机制将插在客户端或服务器上的USB设备重定向到运行在服务器上的特定虚拟桌面;利用不同的协议实现桌面、音频在语音教学环境中的传输;在虚拟化平台中结合传统的无盘技术实现可定制虚拟桌面的快速发布,以及如何在平台中实现用户统一认证以及自动登录连接自己的虚拟桌面.