[發明專利]一種面向分布式網絡仿真平臺的IP地址分配系統及方法

在審

• 申請號: 201410840982.5
• 申請日: 2014-12-30
• 公開（公告）號: CN104506669A
• 公開（公告）日: 2015-04-08
• 發明（設計）人: 云曉春;郝志宇;李倫;張永錚;費海強;丁振全
• 申請（專利權）人: 中國科學院信息工程研究所
• 主分類號: H04L29/12
• 分類號: H04L29/12
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司11251
• 代理人: 成金玉;李新華

技術領域

本發明涉及虛擬網絡構建技術，具體涉及一種面向分布式網絡仿真平臺的IP地址分配系統及方法。

背景技術

網絡仿真平臺面向網絡空間活動的研究和測試需求，提供真實可信的模擬仿真基礎平臺，是目前網絡空間活動研究的主要手段。

從物理平臺架構上來看，網絡仿真平臺要滿足大規模、多實例、并行化的網絡模擬仿真需求，必須采用分布式架構，由多服務器集群共同承擔網絡模擬仿真任務。從技術上看，構建虛擬網絡的主流的技術方向是融合仿真以及模擬等技術的優勢，實現了真實性與構建成本的有效平衡，先進的網絡仿真平臺利用多粒度抽象的無感融合技術，一個虛擬網絡實例不僅能夠實現模擬流量、仿真流量的相互通信，更能快速方便的接入實物設備，實現不同虛擬粒度流量的無感融合。

IP地址是IP協議提供的一種統一的地址格式，它為互聯網上的每一個網絡和每一臺主機分配一個邏輯地址，以此來屏蔽物理地址的差異，是實現網絡通信的關鍵因素。面向分布式網絡仿真平臺的IP地址分配方法是虛擬網絡構建過程中是不可或缺的關鍵技術，必須滿足以下需求：

(1)支持自動化分配與自定義分配；

網絡仿真平臺的核心優勢在于其靈活與高效性，因此網絡仿真平臺必須能夠快速自動化的部署和構建虛擬網絡，這就包括自動化的為用戶分配虛擬網絡的IP地址。而針對某些特定網絡或主機，用戶希望根據需求自行定義IP地址，那么平臺應當能夠識別用戶自定義IP地址，并合理的分配剩余節點的IP地址。

(2)無法物理隔離平臺服務器物理網卡情況下，要求不同實例的IP地址隔離；

一個實例是指仿真驗證任務的一次執行，至少包括，拓撲結構、網絡中運行的應用、仿真驗證實例監控、實時展示和運行結果的回放等要素。無論是哪種虛擬化技術，要實現虛擬網絡流量的仿真化，即能夠使得各種虛擬粒度的流量能夠無感融合，尤其是在分布式架構下需要跨物理服務器的流量傳輸，虛擬流量不可避免的要通過物理網卡，而實際上分布式環境往往受硬件環境、負載均衡、資源分配等條件制約，將服務器的物理網卡強行進行物理隔離既是不方便的也是不靈活的，這種情況下要支持多個虛擬網絡實例的并行化運行且不同實例的流量間互不影響，就依賴于不同實例所分配的IP地址完全隔離，以保證每個虛擬網絡實例內部的正常運作。

(3)支持歷史環境的完全重用；

平臺對已經構建使用過實例會進行保存，以方便用戶對歷史環境的再次使用，這就要求已經分配過IP地址的歷史環境，再次啟動運行時，應盡量不再重新分配。

(4)層次化、結構化的合理分配；

從需求的角度，以上三點是面向分布式網絡仿真平臺的多實例IP地址分配技術所必須滿足的，從IP地址本身的特點以及網絡的結構設計的基本原則的角度上看，在IP地址分配上，還應在盡量節約IP地址資源的前提下，盡量能夠做到層次化、結構化的IP地址分配，使得分配結果易于辨認，符合邏輯。

當前，針對IP地址分配，主要是如何根據網絡結構要求，合理的在給定的IP地址范圍內，選取網絡占位數與主機占位數，并最終確定子網掩碼。針對某一設備的IP地址可采用手動配置以及自動化配置兩種方法。著名的IP地址分配技術當屬DHCP技術，DHCP服務端將在設定地址范圍內的某一IP地址和子網掩碼分配給支持DHCP獲取的客戶主機，這種自動化的IP地址分配技術降低了設備的配置和部署時間以及發生配置錯誤的可能性，可集中化的管理設備IP地址。

以上IP地址分配方法，面向的是真實網絡的IP地址分配一般需求，而面向分布式網絡仿真平臺的多實例IP地址分配，以上方法無法解決諸多問題包括：如何能實現虛擬網絡IP地址的自動化分配以簡化流程，是否能夠處理自定義IP地址分配？多個虛擬網絡實例并行執行IP地址如何隔離？如何保證不改變原有IP地址的情況下重用歷史環境，如何支持大規模虛擬網絡(節點數超過10000000)的IP地址分配。

發明內容

本發明技術解決問題：針對以上IP地址分配方法的不足，提供一種面向分布式網絡仿真平臺的IP地址分配系統及方法，能夠處理實例中的自定義IP地址及自動化的分配IP地址，提升網絡仿真平臺的靈活性；將給定的范圍進行合理的劃分，最大限度的利用IP地址資源；能夠隔離并行執行實例的IP地址，避免物理網卡無法隔離情況下，不同實例IP地址沖突導致的網絡錯誤；利用類循環隊列順序存儲IP地址資源，Freelist用于存儲離散的可用IP地址資源，順序分配與離散分配相結合，提升查詢和分配效率的同時充分利用分配過程中產生的碎片；提供IP地址分配策略，可與平臺管理相結合，及時回收IP地址資源。