CN109474482A - 一种虚实扩展的网络构建方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于网络技术的虚拟实验方法，该方法包括下述步骤：S1.进行网络规划；S2.构建所规划的网络中包括的各个部件，并赋予其硬件逻辑属性以及接口属性；S3.根据预定功能构建网络实验验证模块，包括综合验证模块、交换机验证模块、路由器验证模块、FW验证模块、链路验证模块、服务器验证模块中的至少一个；S4.根据构建的各个部件以及验证模块，进行网络拓扑显示；S5.基于构建的虚拟网络以及验证的功能自动推荐与各个部件相对应的实体硬件以及相对应的配置文件。通过本发明，能够通过所述虚拟实验系统，能够很好地模拟网络技术的硬件组件、网络配置及虚拟网络配置等主要网络使用的实验，并且借助IaaS技术，充分地结合了硬件资源复用的理念。

Description

一种虚实扩展的网络构建方法和系统

技术领域

本发明涉及虚拟技术领域，尤其涉及一种虚拟网络构建方法并能与真实网络无缝融合的系统。

背景技术

随着信息虚拟技术的发展，虚拟实验技术已经成为现实世界仿真试验的重要手段，尤其是互联网技术中更多的试验和实际离不开虚拟技术。大多情况下，网络虚拟实验系统是依托网络平台技术(如java、asp等)构建的用于模仿现实网络实验的线上平台，而目前大多网络虚拟实验系统本身的支持是具体的硬件服务器和各种web、应用服务器等软服务；网络实验的平台也只是技术仿真平台，网络环境的业务规划、设备选型和现实网络配置仍然处于脱节环节；随着云计算技术的发展，IaaS模式的云平台逐渐成为支撑虚拟实验系统的基础环境。本发明旨在利用IaaS模式的云平台和IaaS的基础设施即服务的理念解决网络系统的虚拟实验和现实网络构建的问题、打通规划与现实网络配置的交互问题，并提供仿真环境自动部署到真实环境的测试和部署问题的解决办法。

发明内容

本发明公开了一种基于网络技术的虚拟实验方法，该方法包括下述步骤：

S1.进行网络规划；

S2.构建或场景化推荐所规划的网络中包括的各个部件，并赋予其硬件逻辑属性以及接口属性；

S3.根据预定功能构建网络实验验证模块，包括综合验证模块、交换机验证模块、路由器验证模块、FW验证模块、链路验证模块、服务器验证模块中的至少一个；

S4.根据构建的各个部件以及验证模块，进行网络拓扑显示；

S5.基于构建的虚拟网络以及验证的功能自动推荐与各个部件相对应的实体硬件以及相对应的配置文件。

可选的，步骤S1包括：确定网络类型；确定接入规模、流量规模。

可选的，步骤S2包括：根据S1的选择内容自动形成场景推荐模块。

可选的，步骤S3包括：基于IaaS模式利用共享的资源运行所构建的验证模块的功能。

可选的，基于IaaS模式利用共享的资源进行验证，包括下述步骤：

生成基于vmware api接口的虚拟化资源接口；

接收用户通过操作界面提出的验证请求；

通过对外服务接口对Vcenter平台计算资源进行调试；

对用户的请求进行编排并转发至Vcenter数据中心；

展示用户请求后自动化开通实例，进行验证结果的反馈以及具体的分类和管理。

可选的，在步骤S5中，自动推荐满足规划网络的硬件品牌和型号。

本发明还提供一种基于网络技术的虚拟实验系统，该系统包括：

网络规划单元，用于进行网络规划；

部件构建单元，用于构建所规划的网络中包括的各个部件，并赋予其硬件逻辑属性以及接口属性；

实验验证单元，用于根据预定功能构建网络实验验证模块，包括综合验证模块、交换机验证模块、路由器验证模块、FW验证模块、链路验证模块、服务器验证模块中的至少一个；

网络拓扑显示单元，用于根据构建的各个部件以及验证模块，进行网络拓扑显示；

实体网络实现单元，基于构建的虚拟网络以及验证的功能自动推荐与各个部件相对应的实体硬件以及相对应的配置文件。

可选的，所述网络规划单元，用于确定网络类型；确定接入规模、流量规模。

可选的，所述实验验证单元基于IaaS模式利用共享的资源运行所构建的验证模块的功能。

可选的，所述实验验证单元包括：

接口生成子单元，用于生成基于vmware api接口的虚拟化资源接口；

请求接收单元，用于接收用户通过操作界面提出的验证请求；

调试子单元，用于通过对外服务接口对Vcenter平台计算资源进行调试；

编排子单元，用于对用户的请求进行编排并转发至Vcenter数据中心；

实例开通单元，用于展示用户请求后自动化开通实例，进行验证结果的反馈以及具体的分类和管理。

可选的，所述实例开通单元自动推荐满足规划网络的硬件品牌和型号。

本申请实施例中提供的技术方案，至少具有如下效果或优点：通过所述虚拟实验系统，能够很好地模拟网络技术的硬件组件、网络配置及虚拟网络配置等主要网络使用的实验，节省了硬件购买、管理和报废等环节，并且借助云计算技术的IaaS云计算模块的框架技术，充分地结合了硬件资源复用的理念。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了本发明提出的虚拟实验方法的流程图；

图2示出了本发明提出的虚拟实验系统的架构图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施案例所限制。相反，提供这些实施案例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

网络技术本身的实验是基于交换机、路由器、防火墙、服务器和网络几部分的硬件和上述硬件上运行的各种软件系统组成。为了发挥虚拟实验系统对于传统网络技术实物实验系统的优势，借助IaaS云计算模式的思想，设计了基于云计算机技术的网络技术虚拟实验、仿真和迁移系统。在网络技术虚拟试验系统中，构建出网络规划模块、网络技术中所使用到的路由器、交换机、防火墙、网络、服务器等硬件设备虚拟化模块、虚拟网络的配置的功能模块、硬件设备链接和配置的模块以及配置的相应网络拓扑图显示模块等的基于网络技术的虚拟实验系统。通过所述虚拟实验系统，能够很好地模拟网络技术的硬件组件、网络配置及虚拟网络配置等主要网络使用的实验，节省了硬件购买、管理和报废等环节，并且借助云计算技术的IaaS云计算模块的框架技术，充分地结合了硬件资源复用的理念。

本发明通过软件模拟网络技术中的自然组织的网络需求、交换机、路由器、防火墙、服务器、PC、显示器等硬件的功能和逻辑性能，提出了一种网络技术虚拟实验方法，如图1所示，该方法包括下述步骤：

S1.进行网络规划；

S2.构建或场景化推荐所规划的网络中包括的各个部件，包括构建交换机、构建路由器、构建防火墙、构建服务器、构建网络辅材等等。在构建每个部件时，赋予其硬件逻辑属性以及接口属性。

S3.构建网络实验验证模块，包括PC或者其他终端设备构建模块、综合验证模块、交换机验证模块、路由器验证模块、FW验证模块、链路验证模块、服务器验证模块中的至少一个；

S4.根据构建的各个部件以及验证模块，进行网络拓扑显示；

S5.硬件选型及配置迁移模块(根据实际需要选择是否生成实际工作网络)。

在步骤S1中，进行网络规划时，可构建IPV4子网、IPV6网络或者其他类型网络；在进行网络规划时，要确定外部网络接口以及内外网安全规划模块；在进行网络规划时，要确定网络的基本类型：局域网、城域网、广域网等；在进行网络规划时，需要确定相应的接入规模、流量规模等。

在步骤S2中，基于S1的规划，此步骤中自动推荐适用于此网络规划的情景，情景中包含具体的网络设备。其中网络设备的类型也可以进行手动调整，调整并被后续步骤验证和使用的环境形成新的网络情景。那么以已推荐的情景中具有路由器设备的情况为例。

以路由器为例，说明路由器的构建过程：首先根据网络规划在给出的路由器选项中选择路由器。路由器具有四个要素：输入端口、输出端口、交换开关、路由处理器和其他端 口及主要运行的协议，支持默认选择功能。输入端口是物理链路和输入包的进口处。一个输入端口具有许多功能：第一个功能是进行数据链路层的封装和解封装；第二个功能是在转发表中查找输入包目的地址从而决定目的端口(称为路由查找)；第三，为了提高QoS(服务质量)，端口要对收到的包分成几个预定义的服务级别；第四，端口可能需要运行诸如SLIP(串行线网际协议)和PPP(点对点协议)这样的数据链路级协议或者诸如PPTP(点对点隧道 协议)这样的网络级协议。一旦路由查找完成，必须用交换开关将包送到其输出端口。如果路由器是输入端加队列的，则有几个输入端共享同一个交换开关。这样输入端口的最后一项功能是参加对公共资源(如交换开关)的仲裁协议。

输出端口在包被发送到输出链路之前对包存贮，可以实现复杂的调度算法以支持优先级等要求。与输入端口一样，输出端口同样要能支持数据链路层的封装和解封装，以及许多较高级协议。

路由处理器计算转发表实现路由协议，并运行对路由器进行配置和管理的软件。同时，它还处理那些目的地址不在线卡转发表中的包。

其他端口一般指控制端口，由于路由器本身不带有输入和终端显示设备，但它需要进行必要的配置后才能正常使用，所以一般的路由器都带有一个控制端口"Console"，用来与计算机或终端设备进行连接，通过特定的软件来进行路由器的配置。所有路由器都安装了控制台端口，使用户或管理员能够利用终端与路由器进行通信，完成路由器配置。该端口提供了一个EIA/TIA-232异步串行接口，用于在本地对路由器进行配置(首次配置必须通过控制台端口进行)。

Console端口使用配置专用连线直接连接至计算机串口，利用终端仿真程序(如Windows下的"超级终端")进行路由器本地配置。这样系统就虚拟出路由器的Console端口，利用模拟的Windows下的"超级终端"可以访问这个虚拟的Console端口对这个虚拟路由器进行配置。

本发明中，根据上述几个要素的情况，预先提供多个路由器模型。在构建网络系统中，根据所规划的网络对上面各要素的要求选择合适类型的路由器模型作为虚拟路由器，进而在网络系统中利用虚拟路由器可以对网络的性能、因特网地址和路由以及网络安全等进行控制。实现规划路由器、模型路由器、品牌路由器到实际品牌路由器逐级渐进迁移的过程。

上面是对路由器的构建的具体过程，如果在规划中使用三层交换交换机，就不需要路由器这个部件了。本发明中对网络中的其他部件也是类似方法，即首先根据该部件的要素确定各不同的逻辑属性，根据不同的逻辑属性选择虚拟部件，根据需要虚拟部件的特性自动推荐可以实现的品牌和型号的设备，再根据选择的品牌和型号生成相应设备的配置文件。

在选择虚拟部件后，搭建好网络系统的“物理”框架后，进行相应的软件环境配置，搭建并配置的系统能否实际运行，本发明基于IaaS模式利用共享的资源进行验证，验证过程如下：

步骤a、生成基于vmware api接口的虚拟化资源接口，其中该vmware api接口主要基于vmware对外接口；

步骤b、用户通过用户操作界面提出验证请求；

步骤c、通过对外服务接口对Vcenter平台计算资源进行调试，对外服务接口对用户的请求进行梳理，整理出这些请求之间是否有依赖关系，是否有先后顺序，并根据整理出的依赖关系和先后顺序，依次调用vmware的api接口，按需从Vcenter平台管理的资源中为用户分配好所需的资源，并进行初始设置；

步骤d、对用户的请求进行编排并转发至Vcenter数据中心；

步骤e、展示用户请求后自动化开通实例，进行验证结果的反馈以及具体的分类和管理，具体包括：生成网络实验验证模块，包括构建PC或者其他终端设备构建模块、综合验证模块、交换机验证模块、路由器验证模块、FW验证模块、链路验证模块、服务器验证模块，对所构建的网络系统的性能、链路、安全性等各方面进行验证。

所述步骤d中具体包括：

(1)根据Vcenter平台底层实际可用资源的情况，以及用户的具体请求，对需要的验证资源进行分类规划，根据用户的选择方式编排成不同类型的应用和/或实例分类，方便用户理解和管理；

(2)将编排后的用户请求，顺序转发到Vcenter平台，Vcenter平台根据实际请求生成对应的资源。

所述步骤d与e之间还包括步骤d1，具体为：对Vcenter平台底层可用资源进行统计，实现对Vcenter平台底层可用计算资源的监控以及实时更新新增加资源；对vmware平台上用户实例的状态及vmware平台运行状况进行监督。

所述方法底层可支持的IaaS平台为EXSI平台。

本发明中的对外服务接口模块，编排服务模块，监控模块、云平台对接接口模块以及用户管理界面模块都属于应用服务器，该应用服务器承载用户接口，编排，任务分类，展示，监控和管理的功能。

本发明的装置及方法使用的底层可支持的IaaS平台为EXSI平台。

在步骤S4中，通过拓扑显示模块显示网络整体拓扑、核心网络拓扑、服务器拓扑。具体显示拓扑的方法如下：

请求消息参数：表示用户终端向控制器发送的请求消息所包括的参数。

响应消息参数：表示控制器向用户终端发送的响应消息的参数。

操作空间：表示该操作所针对的网络拓扑类型。

步骤401，用户终端向网络控制器发送网络节点信息请求，

步骤402，网络控制器向用户终端发送网络节点信息响应。

步骤403，用户终端向网络控制器发送选择网络节点请求，即增加虚拟网络节点，用户根据需要，从全网节点中选择若干虚拟网络拓扑节点，

步骤404，网络控制器向用户终端发送选择网络节点确认信息。

步骤405，用户终端向网络控制器发送客户侧接口资源请求。即增加客户侧接口，相应参数为：

请求消息参数：客户侧接口类型、接口数量

响应消息参数：节点ID、接口ID、接口名称、客户侧接口类型

操作空间：虚拟网络拓扑

步骤406，网络控制器向用户终端发送客户侧接口资源响应。

步骤407，用户终端向网络控制器发送互联链路资源请求。即增加互联链路，其中，网络控制器为用户终端预留h的链路资源尽可能连续，并且所能提供的带宽应大于或等于用户请求的带宽。例如，用户请求带宽为2G，由于OTN网络的带宽颗粒为1.25G，因此网络控制器为用户提供的带宽不会正好是2G，在这种情况下网络控制器为用户提供的带宽就会大于用户请求的带宽，例如2.5G。

步骤408，网络控制器向用户终端发送互联链路资源响应。

此外，还可通过用户终端与网络控制器之间的交互进行相关虚拟网络拓扑资源的管理。例如：

删除节点：

涉及的相应参数为：

请求消息参数：节点ID

响应消息参数：成功/失败

操作空间：虚拟网络拓扑

删除客户侧接口：

涉及的相应参数为：

请求消息参数：节点ID、客户侧接口ID

响应消息参数：成功/失败

操作空间：虚拟网络拓扑

删除互联链路：

涉及的相应参数为：

请求消息参数：源/宿节点ID、源/宿接口ID

响应消息参数：成功/失败

操作空间：虚拟网络拓扑

修改互联链路：

涉及的相应参数为：

请求消息参数：源/宿节点ID、源/宿接口ID、ODUk类型、链路带宽、保护类型

响应消息参数：源/宿节点ID、源/宿接口ID、ODUk类型、链路可用带宽、保护类型

操作空间：虚拟网络拓扑

在步骤S5中，根据虚拟模块所构建并被验证的虚拟网络的功能可以自动推荐可以满足规划网络的硬件品牌和型号，同时可以根据性能、性价比、经济型等几种情况推荐给用户相应的整体硬件选型功能，并根据硬件的选型生成实际网络的链接示意图，示意图包括如下信息：设备总体链接示意图、端口所在设备位置、不同设备端口链接的线路、线路类型(光纤线、双绞线、电源线等类型)，方便用户按实际的规划进行链路的链接和使用。

同时，对于确定好的设备品牌和型号，系统会自动生成相应的配置文件，这样用户只需对购买的新产品导入配置文件即可，链接好的实际网络并导入配置文件后，整个网络就自动完成；对于没有的设备和型号用户可以自行添加，指定品牌、型号和指标，并定义配置文件的相关属性，以供后续的使用者可以使用新的产品并可以自动生成配置文件。

本发明还提供一种基于网络技术的虚拟实验系统，如图2所示，该系统包括：

网络规划单元100，用于进行网络规划；

部件构建单元200，用于构建所规划的网络中包括的各个部件，并赋予其硬件逻辑属性以及接口属性；

实验验证单元300，用于根据预定功能构建网络实验验证模块，包括综合验证模块、交换机验证模块、路由器验证模块、FW验证模块、链路验证模块、服务器验证模块中的至少一个；

网络拓扑显示单元400，用于根据构建的各个部件以及验证模块，进行网络拓扑显示；

实体网络实现单元500，基于构建的虚拟网络以及验证的功能自动推荐与各个部件相对应的实体硬件以及相对应的配置文件。

可选的，所述网络规划单元，用于确定网络类型；确定接入规模、流量规模。

可选的，所述实验验证单元基于IaaS模式利用共享的资源运行所构建的验证模块的功能。

可选的，所述实验验证单元包括：

接口生成子单元，用于生成基于vmware api接口的虚拟化资源接口；

请求接收单元，用于接收用户通过操作界面提出的验证请求；

调试子单元，用于通过对外服务接口对Vcenter平台计算资源进行调试；

编排子单元，用于对用户的请求进行编排并转发至Vcenter数据中心；

实例开通单元，用于展示用户请求后自动化开通实例，进行验证结果的反馈以及具体的分类和管理。

本申请实施例中提供的技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

通过所述虚拟实验系统，能够很好地模拟网络技术的硬件组件、网络配置及虚拟网络配置等主要网络使用的实验，节省了硬件购买、管理和报废等环节，并且借助云计算技术的IaaS云计算模块的框架技术，充分地结合了硬件资源复用的理念。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。

应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。

Claims (10)

1.一种基于网络技术的虚拟实验方法，该方法包括下述步骤：

S1.进行网络规划；

S2.构建或场景化推荐所规划的网络中包括的各个部件，并赋予其硬件逻辑属性以及接口属性；

S3.根据预定功能构建网络实验验证模块，包括综合验证模块、交换机验证模块、路由器验证模块、FW验证模块、链路验证模块、服务器验证模块中的至少一个；

S4.根据构建的各个部件以及验证模块，进行网络拓扑显示；

S5.基于构建的虚拟网络以及验证的功能自动推荐与各个部件相对应的实体硬件以及相对应的配置文件。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征还在于，步骤S1包括：确定网络类型；确定接入规模、流量规模。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征还在于，步骤S3包括：基于IaaS模式利用共享的资源运行所构建的验证模块的功能。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征还在于，基于IaaS模式利用共享的资源进行验证，包括下述步骤：

生成基于vmware api接口的虚拟化资源接口；

接收用户通过操作界面提出的验证请求；

通过对外服务接口对Vcenter平台计算资源进行调试；

对用户的请求进行编排并转发至Vcenter数据中心；

展示用户请求后自动化开通实例，进行验证结果的反馈以及具体的分类和管理。

5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征还在于，在步骤S5中，自动推荐满足规划网络的硬件品牌和型号。

6.一种基于网络技术的虚拟实验系统，该系统包括：

网络规划单元，用于进行网络规划；

部件构建单元，用于构建所规划的网络中包括的各个部件，并赋予其硬件逻辑属性以及接口属性；

实验验证单元，用于根据预定功能构建网络实验验证模块，包括综合验证模块、交换机验证模块、路由器验证模块、FW验证模块、链路验证模块、服务器验证模块中的至少一个；

网络拓扑显示单元，用于根据构建的各个部件以及验证模块，进行网络拓扑显示；

实体网络实现单元，基于构建的虚拟网络以及验证的功能自动推荐与各个部件相对应的实体硬件以及相对应的配置文件。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征还在于，所述网络规划单元，用于确定网络类型；确定接入规模、流量规模。

8.根据权利要求6或7所述的系统，其特征还在于，所述实验验证单元基于IaaS模式利用共享的资源运行所构建的验证模块的功能。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征还在于，所述实验验证单元包括：

接口生成子单元，用于生成基于vmware api接口的虚拟化资源接口；

请求接收单元，用于接收用户通过操作界面提出的验证请求；

调试子单元，用于通过对外服务接口对Vcenter平台计算资源进行调试；

编排子单元，用于对用户的请求进行编排并转发至Vcenter数据中心；

实例开通单元，用于展示用户请求后自动化开通实例，进行验证结果的反馈以及具体的分类和管理。

10.根据权利要求6-9任一项所述的系统，其特征还在于，所述实例开通单元自动推荐满足规划网络的硬件品牌和型号。