1 引 言

隨著亞馬遜 EC2 和微軟 Azure 等云的普遍應用，云計算已經在商業上取得了巨大的成功． 用戶從云數據中心\\( 后文中將云數據中心簡稱為數據中心\\) 租用 CPU、內存和硬盤存儲等資源［1-3］來組建自己的 IT 基礎設施并運行應用，不僅節省了硬件投資，而且可以實現應用的快速部署． 從內部實現上來看，云數據中心一般是通過將計算資源虛擬化為大量的虛擬機并租給用戶，主要考慮的是計算和存儲資源的配給，而沒有考慮網絡資源的分配和優化． 這將造成用戶所租用計算和存儲資源使用時性能上的不穩定［4-6］． 因為虛擬機是通過網絡連接起來的，網絡資源工作不正常時\\( 比如網絡擁塞，或者由于虛擬機的連接關系導致的網絡熱點問題等\\) ，虛擬機的工作性能將會受到較大的影響． 因此，只考慮虛擬機資源分配的傳統資源分配方式 TAM\\( Traditional Allocation Method\\) 在很大程度上影響了用戶應用的性能［7］．解決上述問題的主要思想就是將云數據中心的網絡資源也納入資源劃分的范疇，即帶寬感知的網絡分配． 用戶不僅能租用云數據中心的虛擬機，而且也能同時指定連接這些虛擬機的網絡帶寬以及特定虛擬機\\( 比如 Web 服務器\\) 和因特網的連接帶寬\\( 例如將帶寬要求寫入 SLA 中\\) ．

云數據中心有責任保證用戶租用的虛擬機之間以及虛擬機和因特網之間的可用帶寬，進而保證用戶應用的性能，也要考慮用戶常有的對數據中心的資源的動態租用需求． 這方面的典型研究包括 Sec-ondNet［7］和 Oktopus［6］． SecondNet 通過 VDC 來實現虛擬網絡．將物理上處于同一個數據中心的用戶租用虛擬機劃分為邏輯上不同的 VDC． 不同的 VDC 擁有不同的 SLA 以及一些其他的獨有特征． 其中，SLA 以 v2v\\( VM-to-VM\\) 為單位制定的． 但是這個模型存在兩個問題: 第一，v2v 級的 SLA 過于細致． 對于租戶，v2v 理解起來比較直觀，制訂起來卻十分復雜． 因為，租戶可能根本不知道自己的 v2v 通信擁有什么特征，同時，租用 VM 數量的增加也會使制定規則的數量幾何式的增長． 第二，對于數據中心，v2v 級的分配過于精細，部署復雜，不利于自身基礎網絡設施架構的復用性．而 Oktopus則通過 VC\\( Virtual Cluster\\) 和 VOC\\( VirtualOversubscribed Cluster\\) 兩種相互配合的分配方式來保證租戶網絡通信的需求． VC 提出接入帶寬保證的概念，這樣可以滿足租戶帶寬資源的需求，同時，相比 v2v 的方式，這種方式提高了網絡資源的復用率． 相較于 VC，VOC 額外提出了過度訂閱參數，進一步滿足網絡資源需求不多的網絡應用，增加租戶選擇彈性，節省費用． VC 和 VOC 都簡化了租戶的租用方式，提升了數據中心的基礎設施復用率． 但是，Oktopus 對網絡資源的偵測層次有限，存在分配給用戶的帶寬達不到 SLA 要求的現象，即所謂的假性成功分配現象． 同時，由于過度訂閱的引入，也會造成租戶請求的小變化引起 VOC 內產生連鎖反應的情況，這將限制數據中心應對租戶租約動態變化的彈性．本篇文章設計提出一種更加全面的帶寬感知虛擬網絡分配算法．

首先，在網絡資源分配方面，該算法考慮更加全面．
相比 TAM、SecondNet 以及 Oktopus，本文算法從 VM 之間的通信\\( intra-bandwidth，網內帶寬\\) 和 VM 與 Internet 的通信\\( inter-bandwidth，網際帶寬\\) 兩方面考慮，全面保證租戶網絡資源需求． 其次，對租戶更加友好． 租戶只需提出 VM 租用數量、網內帶寬、網際帶寬和彈性因子 α，就可完成虛擬網絡的定制． 同時，為了避免 Oktopus 中的假性成功分配問題，本文算法加深資源的偵測層次，掌握更多的網絡資源配置信息，能夠實現正確地帶寬分配． 彈性因子 α 給用戶提供了動態租用資源的便利性．從虛擬網絡劃分角度來看，各種劃分算法可以從以下 5個方面來評估:1\\) VM 之間的帶寬保證: 指 VM 可以與虛擬網絡內的其他 VM 以最大不超過網內帶寬值的帶寬相互通信;2\\) VM 和因特網之間的帶寬保證: 指虛擬網絡到數據中心外部的通信帶寬保證值;3\\) 分配友好性: 指定義租戶使用友好的接口，使得用戶易理解，方便使用;4\\) 分配的準確性: 指保證分配結果的正確，避免出現假性分配成功的現象;5\\) 分配的彈性: 指分配過程是否能夠很快伸縮來適應租戶需求的變動．從表 1 中可以看出，在 VM 之間帶寬保證方面，TAM 最差，其它三個算法都有考慮; 在 VM 和因特網之間帶寬保證方面，TAM 和本文算法可以保證，而 SecondNet 和 Oktopus 沒有考慮; 在分配友好性方面，本文算法和 Oktopus 比較好; 在分配的準確性方面，Oktopus 因為有假性分配問題因此不夠準確，其它三種都比較準確; 而在分配的彈性方面，TAM 具有最好的彈性，因為它可以隨意分配 VM．

本文提出的虛擬網絡分配算法不僅考慮 VM 之間的帶寬保證，也考慮了 VM 和因特網之間的帶寬保證，同時還考慮了網絡資源的彈性分配． 更進一步的測試表明，本文算法有較好的用戶請求接受率，并保證穩定和快速的 VM 與因特網之間通信，準確的網絡資源分配，以及較好的彈性服務性能．本文內容組織如下: 第 2 節將對云數據中心的虛擬網絡分配問題進行描述． 帶寬感知的虛擬網絡分配算法細節將在第 3 節論述． 第 4 節討論算法效果的實驗性分析． 第 5 節對文章進行總結．

2 問題描述

從上一節描述中可知，本文提出的算法旨在提供一種帶寬感知的虛擬網絡劃分算法，達到租戶在各自的虛擬網絡內不受外部流量干擾的目的． 本算法分配的資源分為計算資源和網絡資源兩部分，計算資源以 VM\\( VM 概念上構成租戶需要的計算，內存和硬盤資源\\) 的數量表示，網絡資源以帶寬保證的鏈路表示\\( 這些鏈路資源由 VM 與 VM 的鏈路和 VM 與Internet 的鏈路組成，它們共同構成一個邏輯的交換機，稱之為 VS，Virtual Switch\\) ． 除此之外，考慮到租戶的對資源需求的動態性變化，本算法引入彈性因子 α 來提供冗余的備份資源，從而增加虛擬網絡應對租戶動態請求的靈活性． 根據以上提出的條件，算法在數據中心網絡中分配符合條件約束的虛擬網絡． 圖 1 顯示了多參數控制下虛擬網絡邏輯視圖．

對于虛擬網絡分配問題，數據中心的 VM 和交換機可以看成圖中的點，網絡鏈路可以看做邊，在邊上存在帶寬限制的情況下，虛擬網絡的分配問題可以抽象為在有邊限制的圖上搜索指定限制條件子圖的問題． 這一問題已被證明是 NP-hard問題［17］，因此，我們使用啟發式算法來找到一個可以接受的解．分配虛擬網絡時，一方面，本算法引入網內帶寬\\( intra-bandwidth\\) 的概念． 它保證 VM 可以與虛擬網絡內的其他 VM以最大不超過網內帶寬值的帶寬相互通信，并且不受其他VM 流量的影響，這樣虛擬網絡內租戶 VM 之間的通信就可以不受干擾． 因此網內帶寬是 VM 接入虛擬網絡的接入帶寬保證值． 它類似于限制交換機上的端口速度，這是一種有上限的服務． 有了這種服務，類似于 MapReduce［9］這種對網絡需求較高的應用，它們的性能將會更加穩定和良好［6］．另一方面，為實現虛擬網絡與 Internet 的通信保證，在分配 VM 和 Internet 的鏈路時，本算法引入了網際帶寬\\( Inter-bandwidth\\) 的概念． 它是虛擬網絡到數據中心外部的通信帶寬保證值． Web 類應用［8］需要快速響應來自 Internet 的請求，如果鏈路上充滿了其他 VM 通信的流量，這無疑會影響 Web的服務質量［10］． 網際帶寬的滿足則能保證這種通信需求．第三方面，考慮到租戶可能需要伸縮自己的虛擬網絡，如果在虛擬網絡附近保留一些冗余資源，那么在虛擬網絡需要“伸”時就能快速分配這些冗余資源，從而快速伸縮來適應租戶需求的變化． 為此，算法引入了彈性因子 α\\( α = V1/\\( V1 +V2\\) ，V1 代表租戶需求的 VM 數量，V2 代表虛擬網絡預留的VM 數量\\) ． 這一機制模仿內存分配的策略，通過預留冗余資源，來達到快速適應需求變化、彈性分配的目的． 另外，算法分配虛擬網絡時優先使用臨近資源，不僅可以縮短虛擬網絡內VM 之間的通信時延，還可以節省本已就稀缺的上層網絡資源\\( 通信限于臨近的設備間，不需要高層網絡設備交換轉發數據包\\) ．如上文分析，此算法提供給租戶的定制接口可以抽象為一個 4 元組，［N，Intra-bandwidth，Inter-bandwidth，α］． N 是租戶請求的 VM 數量; Intra-bandwidth 是網內帶寬; Inter-band-width 是網際帶寬; α 是虛擬網絡預留資源狀況的描述． 這一定制接口非常友好，有利于租戶的理解與使用．

3 虛擬網絡分配算法

目前，大部分數據中心的網絡設計以樹形結構為主［13］．為增加數據中心吞吐量，數據中心經常采用高性能設備或聚合鏈路． 出于同樣的目的，學界正試圖研究出更好的網絡架構，比如，fat-tree［14］，VL2［15］，BCube［16］和 HULL［20］． 本分配算法集中解決以交換機為中心的網絡拓撲結構\\( 比如，fat-tree\\) ．此網絡結構類似傳統網絡，如層次組織、各子層由子樹構成．不同于傳統的網絡: 它們擁有更多樣的橫向鏈路，大幅提升網絡內部通信的橫向帶寬． 本文設計的啟發式算法，就以此網絡結構為目標網絡．該虛擬網絡分配算法會響應租戶請求［N，Intra-band-width，Inter-bandwidth，α］，并為其從數據中心網絡中找出一個包含 n\\( n = N/α\\) 臺可用 VM 的子網絡，且此子網絡由滿足網內帶寬和網際帶寬保證的鏈路構成．分配算法分為 3 步．第 1 步，搜索當前未被租出的 VM． 算法會對每一個 VM進行標記，標記它們是否可用． 然后，以每一個交換機為起點，依次計算處于交換機下行端口的可用 VM 數量． 形成如圖 2所示的一個視圖． 在這些交換機中尋找一個可用 VM 數量剛好滿足 n 的交換機． 再以這臺交換機將作為下一步分配計算的出發點，完成進一步的分配． 這種以交換機為中心的搜索可以盡量將租戶請求的 VM 放置在臨近的位置，縮短它們的通信距離，節約上層網絡資源． 同時，由于存在通過冗余鏈路增加網絡通信吞吐量的改良措施，交換機可能重復計算下行鏈路中已經計算過的 VM 資源． 但這并不會影響分配算法的工作，分配算法將在后續的工作中檢查這種問題，如果存在這種由于重復 VM 導致的分配不足，分配算法將會回退到第一步，重新選擇可用交換機進行分配． 如果全網不存在可滿足條件的子網，則分配失?。?2 步，以網內帶寬為需求，初步構建 VS． 直觀上看，VS是數據中心網絡拓撲中的一顆子樹，VM 正是通過這個虛擬交換機 VS 完成帶寬保證的通信． 這顆子樹是在資源預留的基礎上構建的． 不過這種資源預留策略并不意味著一臺 VM與 10 臺 VM 通信就需要在其出口鏈路上預留 10* intra-band-width\\( 網內帶寬\\) 的帶寬． 我們使用 Hose 模型［19］對鏈路資源預留進行了優化． 回到前面的例子，由于 intra-bandwidth 是一種最大帶寬保障策略，所以，一臺 VM 不論與多少臺 VM 連接通信，它最大擁有 intra-bandwidth 的通信能力． 對于這臺 VM，只需要預留 1* intra-bandwidth 的通信帶寬即可． 也就是說，通信帶寬的預留以網絡連接帶寬需求較少的一側為準． 與SecondNet 需要預留 10 * intra-bandwidth 的 v2v 策略相比，這種策略更加節省資源，增加了數據中心服務能力和彈性．

分配算法以第一步中獲得的交換機為樹根，檢測每一個下行端口在帶寬保證的情況下能夠滿足的 VM 數量． 這個檢測過程將在 VS 中的每一個交換機上逐個進行． 一個下行網絡連接在指定帶寬保證的情況下可以滿足的 VM 數量表示為:nr= max\\( M\\)當切當，M = { m' | m'∈\\( 0，n'］，n' = min\\( n，m\\) ，min\\( m'，n － m'\\) *intra-bandwidth≤Bl} 此下行網絡連接需要保留的帶寬為:Br= min\\( nr* intra-bandwith，\\( n － nr\\) * intra-bandwith\\) nr是可以部署在相應下行網絡連接的 VM 數量． M 是一個集合，它由相應網絡連接可以容納的 VM 的數量組成． m 是此下行網絡連接相連的另一側交換機能夠容納的可用 VM 總數． Bl是此下行網絡連接上剩余的帶寬． n 是虛擬網絡總共要分配的 VM 數量． Br是此網絡連接上，最終分配給租戶的帶寬值．這種網絡檢查將層層向下，直到檢查到網絡的邊緣———VM．這種全面的檢查可以保證分配算法的正確性，防止出現類似Oktopus 中的分配不精確問題．第3 步，檢測并分配從虛擬網絡到 Internet 的網絡通信路徑． 我們把核心交換機看成是數據中心的邊緣，即 Internet． 因為它是整個數據中心交換網絡的頂層設備，是 VM 交換網絡向外的出口． 這樣就可以將虛擬網絡到 Internet 的通信路徑尋找問題簡化為搜索由第二步初步形成的 VS 到核心交換機的有效路徑問題． 我們可以通過枚舉每層交換機的上行端口來找到從VS 到核心交換機的有效路徑． 但是在極端的情況下，會出現多層查找的問題，比如四層查找問題，包括虛擬交換機、架頂交換機、聚合層交換機和核心層交換機． 為了算法的可拓展性，我們設計了一種3 元矩陣來存儲交換機之間的連接關系，這個矩陣以交換機為橫軸和縱軸的坐標，在橫縱軸的焦點上存儲將它們直接相連的交換機，若沒有則為空． 如下所示:

rk\\( 0 ＜ k ＜ n + 1\\) 代表第 k 個架頂交換機，ck\\( 0 ＜ k ＜ n +1\\) 代表第 k 個核心交換機，ai，j\\( 0 ＜ i ＜ n +1，0 ＜ j ＜ n +1\\) 代表直接連接著 ri和 cj的交換機\\( 一臺或多臺\\) ． 我們可以首先遍歷 vs1 連接的架頂交換機． 因為虛擬交換機連接的架頂交換機數量有限，便于進行遍歷． 然后在 3 元矩陣中尋找是否存在架頂交換機到核心交換機的通路，并驗證其帶寬是否足額． 如果存在足額通路，則分配成功，否則返回第一步尋找新的虛擬網絡分配位置．通常，租戶有兩種動態需求，分別為減少和增加自己持有資源的數量． 在第一步中，我們引入 α 來提高虛擬網絡服務彈性． 理想情況下，租戶可動態修改自己的租約，數據中心能夠快速的響應這種需求． 對于減少資源的情況，數據中心可以通過回收資源的方式解決，處理方式簡單． 但是對于增加資源的情況，處理方式則較為復雜． 如果數據中心采用增量式\\( 現存 VM 不變，只為增加的 VM 分配新的空間\\) 的方法增加租戶持有的資源數量，由于租戶 VM 附近的資源已經被其他租戶租用，新增的 VM 可能與現有的 VM 相距甚遠，這樣就增加了VM 之間通信的時延，也增大了提供遠程交互通信支持的高層交換網絡的壓力． 如果采用重新分配\\( 放棄現有的 VM，將新增的 VM 與現有的 VM 重新分配\\) 的方法，則可能存在兩個問題，一是現有的資源有限以至于無法滿足這種一次性龐大的部署，二是這些 VM 可能依然被分散的放置于網絡中，造成與增量方式相同的問題． 同時，VM 的集體遷移也會為網絡造成比較大的壓力． 如 圖 6，假設租戶 A 擁有 VM1和VM2． 租戶B擁有VM3和VM4． 當租戶A需要增持一臺VM 時，以增量方式分配，則 VM5 會被分配給租戶 A． 這樣就造成 VM1，VM2 和 VM5 之間的通信距離過長，給上層網絡帶來了較大的壓力． 如果采用重新分配的方式，VM7，VM8 和VM9 滿足條件，因而 VM1 和 VM2 需要跨網遷移，造成租戶網絡服務的宕機和上層網絡較大的壓力． 如果我們提供彈性因子 α 給租戶，讓他們可以指定自己的彈性需求，數據中心可以提供更加彈性的服務． 同樣以圖 6 為例，比如租戶 A 租用VM1 和 VM2 時指定 α = 2 /3，數據中心將會為租戶預留 VM3，當 A 請求增持一臺 VM 時，VM3 可以很快的分配給租戶 A． 可以看出彈性參數 α 可以提供更好的靈活性，同時提供一種更好的服務分級模式．圖 3 顯示了虛擬網絡分配算法的流程圖．

4 實驗驗證

本文分別從 4 個方面進行了評估． 首先，通過租戶請求的接受率來驗證本文虛擬網絡分配算法可以保持數據中心網絡基礎設施較高的復用率． 其次，通過實例，說明了本文提出的算法可以精確分配虛擬網絡，杜絕類似 Oktopus 中產生的假性分配成功的現象． 第三，測量了從核心交換機到 VM 的 RTT\\( Round Trip Time\\) ，驗證了本算法分配的虛擬網絡可以保證虛擬網絡與 Internet 的穩定高速的通信． 最后，測試了在數據中心不同負載情況下，面對租戶請求的動態變化，不同彈性因子α 給數據中心帶來的服務靈活性的提升．本文搭建了一個實驗仿真平臺． 此平臺構建了一個三層的樹狀拓撲，過度訂閱率選用了 1/10\\( 這一數據與觀測到的實際數據相符［15］\\) ． 實驗平臺總共擁有 3200 臺 VM． 每個機架部署5 臺服務器，每臺服務器擁有4 臺 VM． 核心層交換機連接聚合層交換機，聚合層交換機又與架頂交換機相連． 所有以上仿真都由 mininet［18］構建． 圖4 表示了仿真平臺的邏輯視圖．

在整個仿真中，本分配算法將會與上文提到的其它分配方法進行對比． 為了獲得精確可信的結果，我們為不同的分配模型提供相同的測試用例． 其中，VM 的租戶需求數量服從平均數為 49 的指數分布\\( 根據數據中心的統計結果選用［5］\\) ．租戶需求的帶寬同樣也服從指數分布，同時，選擇不同的平均帶寬來完成仿真．首先測試算法對數據中心基礎設施復用率的影響． 數據中心批準的租戶請求數量和數據中心總共收到的租戶請求數量的比值即租戶需求接受率． 與 SecondNet 的 v2v 策略相比，通過此接受率來說明虛擬網絡帶來的性能提升． 為了使對比更加合理，保持參數一致，為兩個仿真設置了相同的仿真參數，即兩者為相同的一組租戶請求\\( 相同的 VM 數量和帶寬請求，它們來自前文提到的分布函數\\) 分配數據中心網絡． 每組實驗都進行了 10 次，然后，通過取平均數來對比兩者的差異．如圖 5 所示，本文算法 －100M 表示本算法在 100Mbps 平均網內帶寬保證下的分配情況． SecondNet － 100M 為 SecondNet 在100Mbps 平均帶寬保證下分配的圖示． 同樣的，本文算法 －500M 和 SecondNet － 500M 分別表示本算法在 500Mbps 平均網內帶寬和 SecondNet 在 500Mbps 平均帶寬保證情況下的分配圖示． 橫軸顯示了租戶的總請求數量． 因為在帶寬要求較少時，數據中心的資源可以提供給更多的租戶使用，因此正如圖5 所示，當租戶的帶寬需求較小時，兩種分配算法都有較高的租戶請求接受率． 但是，不管租戶的請求多或少，本算法分配虛擬網絡總是高出 SecondNet 接受率的 20% 以上． 同時注意到每種分配算法都在有 120 個租戶請求到來時發生了較大的下降情況． 因為租戶請求的平均數為 49，而數據中心共擁有3200 臺 VM． 當租戶請求到達 120 時，數據中心的資源已經分配殆盡\\( 49* 120 =5880\\) 造成接受率嚴重下降．

其次，通過一個例子來說明本算法分配的準確性． 如圖 6所示，假設現在到來一個新的請求\\( 4 臺 VM，400Mbps 網內帶寬\\) 但是數據中心已經分配了一個租戶的請求\\( VM1，VM2，VM3，VM4，600Mbps 網內帶寬\\) ． 由于 VM5，VM6，VM7，VM8和 VM9 可用，并且只有以 sw1 為根的樹狀子拓撲可以容納 4臺以上的租戶需求，所以，Oktopus 順序檢查 sw1的兩個下行鏈路帶寬是否滿足需求． 檢查發現Li2所連分支擁有兩臺可用 VM，Li2 的可用帶寬 1Gbps 大于需求帶寬 2*400Mbps，另一路通過同樣的檢測． 最終，Oktopus 將 VM5，VM6，VM7 和 VM8 分配給租戶． 然而實際上，Li3 只余留400Mbps 帶寬\\( 分配給 VM4 600Mbps 帶寬，400Mbps = 1Gbps－ 600Mbps\\) ，不能滿足租戶 2* 400Mbps 的帶寬需求，導致假性成功分配現象發生． 而對于本算法分配的虛擬網絡，鏈路資源檢查并不會在 Li2 處停止，虛擬網絡會沿著下行鏈路檢查網絡資源，直到網絡的邊緣\\( VM\\) ． 因此，當檢查推進到 Li3，本算法發現資源不足以滿足 2 臺 VM 的部署，因此，只暫時批準 1 臺 VM，接著繼續尋找其他可用 VM． 最后，VM7、VM8 和VM9 滿足分配條件\\( 根據分配算法一節描述，這三臺 VM 與VM5 連接的鏈路上只需要 1 * 400Mbps 帶寬\\) ，本算法分配VM5、VM7、VM8 和 VM9 給租戶．

因此，本算法資源搜索更為細致，保證了分配的準確性．第三，通過測試核心交換機到 VM 的 RTT，測試了本算法分配的虛擬網絡的網際通信能力． 為了檢查 VM 到 Internet 的通信質量，在核心交換機上連接了一臺服務器來模擬 Inter-net． 同樣，本文使用了相同的租戶請求序列檢測不同的分配算法． 本文隨機選擇了數據中心的 10 臺 VM 用作 VM 與 In-ternet 的通信測試． 為了更加真實的重現數據中心場景，我們通過在相同的虛擬網絡內模擬 VM 之間穩定的交互數據流，來模擬租戶 VM 之間的通信，進而重現一種具有網絡負載的數據中心網絡環境． 通過測量和計算從核心交換機到 VM 的RTT 的平均值與方差，在圖 7 中展示了本算法、TAM、Second-Net 和 Oktopus 的服務質量． SecondNet 的平均時延最短，原因是 SecondNet 的分配條件苛刻，數據中心基礎設施復用率很低，SecondNet 總處于極輕載的狀態． 相反，本文算法、TAM 和Oktopus 分配算法寬松一些，因此在數據中心網絡中可以部署更多的租戶請求，網絡也相應慢一些，但很大程度上提高了數據中心的復用率．

從第一個仿真實驗中可以看出，SecondNet接收租戶請求條件苛刻，限制了數據中心的服務拓展能力和效益． 而本文算法分配的虛擬網絡的平均時延好于 TAM 和Oktopus． 因為本算法在分配租戶請求時考慮了網際帶寬，使得租戶的 VM 可以與 Internet 穩定快速通信． 同時，本文算法分配的虛擬網絡，其網絡通信的 RTT 方差更小，更加穩定．SecondNet 穩定的原因依然是其以犧牲復用率為代價的輕載．TAM 的時延方差最大，最不穩定，因為 TAM 在分配租戶請求時忽略了租戶的網絡資源需求情況，導致租戶的 VM 放置很不均勻． 有些地方 VM 扎堆放置，有的地方相對空閑，導致有些 VM 通信艱難，有些 VM 通信狀況較好． 而對于 Oktopus，由于假性成功分配以及對網際帶寬考慮不足，一些資源不允許的情況仍舊接受租戶請求，導致 VM 通信不暢，引起 RTT 不穩定．最后，測試了本算法的彈性變化能力，即分配的虛擬網絡應對租戶請求動態變化的性能． 通過預先指定的 α 分配租戶請求，在不同的數據中心負載情況下，測試虛擬網絡應對租戶需求動態變化的性能提升． 不失一般性，租戶的動態需求序列服從指數分布，平均數采用了租戶需求數的一半． 在不同的 α情況下，檢測了租戶動態請求的接受率，如圖 8 所示．

結果表明，在彈性因子 α = 0． 8 的情況下，無論平均帶寬需求為100Mbps 或 500Mbps，本算法分配的虛擬網絡可以在不修改任何已有配置的情況下滿足 30% 的租戶請求． 在 α = 0． 6 的情況下，租戶接受率可以提升到 60%． 當 α = 0． 4 時，接受率接近于 80%． 因而，虛擬網絡可以通過不同的 α 提供不同級別的應對需求動態變化的服務． 同時對于不同的應用場景，α應有不同的適用范圍． 對于 Web 類應用，由于服務易變性較大，應設置較小的 α 來滿足這種動態特性． 如 Web 服務器在人們的休閑時間工作頻繁，而在午夜以后服務極少． 而對于類似數據分析的批量作業，租戶請求的動態變化可能性較小，α可以設置較大．

5 總 結

保持云數據中心服務的簡易性和彈性是數據中心的要義，然而數據中心網絡應用服務的不穩定限制了它的發展與使用． 本文中本文設計呈現了一種考慮更多網絡資源影響因素的虛擬網絡分配模型，避免了一些現有研究引發的問題如提供給租戶的接口過于復雜、假性分配成功等． 通過帶寬預留和 VM 備用，本算法保證了租戶網絡應用的性能和服務彈性，為虛擬網絡部署提供了一種有效的方法．