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SFC限制下的隐私保护型多域最短路问题.docx
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通信领域中主流的服务供应商正对技术、操作和商业模型进行转型以利用网络功能虚
拟化带来的好处
[1]
。NFV 就是将传统的在特定的硬件上运行的网络功能(network function,
NF)通过虚拟化的手段将虚拟网络功能(virtual network function, VNF)运行在一般化的服务器
上,对通过 VNFs 的数据流进行处理,从而大大降低了运营成本以及增强了调度的灵活
性。
在应用 VNF 对数据流进行处理的时候,一个客观事实是数据流要求通过一系列制定
顺序的 NFs,比如,一条流需要先通过防火墙,然后通过入侵检测功能,最终才能通过代
理
[2]
。这样的一组受到通过顺序限制的 NFs 被称为服务功能链
[3]
。由于不同的物理节点能够
容纳的 NF 种类不尽相同,同时,一条流从源节点到宿节点通过不同路径所使用的成本也
不相同,所以,如何在网络中为一条有 SFC 限制的数据流选择最短路径成为了一个具有挑
战性的问题。
同时,数据流的跨域通信也变得非常普遍。当下很多重要的科学实验环境,比如
LHC(large hadron collider)
[4]
和 SKA(square kilometer array)
[5]
,都依赖于地理上分布式的资源
之间的合作对数据流进行操作。另外,由于当下的服务供应商需要为数以百万计的用户提
供服务,在大规模的地理范围内广泛部署了地理上属于分布式的中央办公室(Central
Offices, COs)
[6-7]
,大量的数据流需要跨 COs 进行传输。这些应用场景催生了数据流跨域传
输的必要性,所以本文主要研究多域的受 SFC 限制的最短路问题。
当前已有的有关于受到 SFC 限制的最短路算法都是在单个域内进行的。文献[8]提出
了一个称为“受 SFC 限制的最短路算法”,该算法通过根据原有网络构造一个新的网络,使
得新的网络中使用最短路算法找到的最短路径是原网络中满足 SFC 限制的最短路径。然
而,在考虑多域或者分布式的网络环境的时候,往往各个域内网络彼此之间是不共享内部
的拓扑信息的,这使得使用原来的算法计算出的最短路不再是真正的最短路径。
本文提出一个新的算法,称之为“受 SFC 限制的具有隐私保护能力的多域最短路算
法”。该算法可以有效地在多域模型中为具有 SFC 限制的流寻找最短路,同时又不会让多
域网络中各个成员网络暴露彼此的内部信息。该算法同样构建了一个新的网络,在新的网
络中寻找到的最短路即为原网络中跨域的满足 SFC 限制的最短路。通过实验,验证了本文
的多域 SFC 受限的最短路算法以较小的图规模代价换取了正确得最短路得计算。
1. 系统模型
考虑一个多域网络 M={M1,M2,⋯,MN}M={M1,M2,⋯,MN}。每一个成员网络由一个有向
图 Ml=(V,E)Ml=(V,E)表示,其中 VV 代表该网络中所有节点的集合,E 代表该网络所有边
的集合。令 ϕiϕi 表示网络功能 ii,同时 ΦvkΦvk 表示在节点 vkvk 处可以放置的所有网络功
能的类型集合。考虑一条需要满足 SFC 限制(vs,ϕ1,⋯,ϕr,vt)(vs,ϕ1,⋯,ϕr,vt)的流,其中 vsvs
![](https://csdnimg.cn/release/download_crawler_static/87292232/bg2.jpg)
和 vtvt 分别代表了流的起点和终点,同时(ϕ1,ϕ2,⋯,ϕr)(ϕ1,ϕ2,⋯,ϕr)表示流中所有的数据包
需要经过的网络功能的顺序。
2. 一个无效算法的例子
2.1 背景知识
受 SFC 限制的最短路算法
[1]
仅仅用于单一的网络域 MM。它将原始的网络图 MM 转化
成一个新的图 M¯¯¯¯¯M¯,使得 M¯¯¯¯¯M¯中寻得的最短路在映射到 MM 中时便是满足 SFC 限
制的最短路。通过图 1 的例子简略地介绍 SFC 受限的最短路算法的工作机制。
因为 SFC 受限最短路算法是作用在单个网络内,所以仅仅考虑图 1 中的一个成员网
络 M1=(V,E)M1=(V,E),其中 Φv1=(ϕ1,ϕ2),Φv2=(ϕ2)Φv1=(ϕ1,ϕ2),Φv2=(ϕ2),
Φv3=(ϕ1),Φv4=(ϕ2)Φv3=(ϕ1),Φv4=(ϕ2), Φv5=(ϕ1,ϕ2),Φv6=(ϕ1)Φv5=(ϕ1,ϕ2),Φv6=(ϕ1)。
图 1 包含两个成员的多域网络的例子
下载: 全尺寸图片 幻灯片
如图 2a 所示,以及一个 SFC =(vs,ϕ1,ϕ2,v2)(vs,ϕ1,ϕ2,v2),SFC 受限的最短路算法分
为两步:首先根据 M1M1 构造一个新的 M1¯¯¯¯¯¯¯M1¯;第二步对 M1¯¯¯¯¯¯¯M1¯修建得到简化
的 M1¯¯¯¯¯¯¯M1¯,在简化过后的 M1¯¯¯¯¯¯¯M1¯上执行最短路算法得到的最短路径对应到原图
M1M1 上,就是满足 SFC 限制的最短路径。接下来描述算法的具体内容。
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