云计算技术及其业务的快速变革促使云数据中心逐步走向大型化、自动化、多租户。越来越多的大中小型企业将应用搬进云中,以虚拟机为载体,通过自身固有的网络拓扑结构连接,这些虚拟机加上网络拓扑结构形成逻辑上的虚拟数据中心。互联网数据的爆炸式增长推动搜索、MapReduce集群计算、分布式存储系统、高性能计算等业务应用的云化发展,服务器节点之间变得通信频繁,云数据中心流量模式正在发生从南北向到东西向的演变。数据中心网络作为云中的稀缺资源,研究面向虚拟数据中心的网络资源共享和隔离方法直接影响云上应用服务质量。云服务提供商希望在保障虚拟数据中心网络性能的前提下,有效提升云网络资源的整体利用率。然而,由于数据中心网络的同构和大规模等特性,现有的云网络资源共享和隔离方法存在灵活性、可扩展性、公平性、网络资源利用率、分配效率等方面的问题。本文在数据中心网络如何支撑共存且异构的虚拟网络上展开研究,取得相关成果如下:(1)为实现灵活且高效的云网络资源交付,提出一种支持虚拟数据中心带宽分配和应用感知网络的网络虚拟化框架NXT-NVF,不仅帮助企业应用迁移网络环境至云数据中心,而且企业应用在云上可以感知虚拟网络。将虚拟数据中心网络抽象为以交换机为中心的SCG模型,支持自定义网络拓扑以及转发路径,增加虚拟网络表达的灵活性。提出一种启发式的相似拓扑映射算法,将虚拟网络拓扑结构映射到物理网络之上。利用SDN和源路由技术,在系统框架原型设计上实现虚拟数据中心自定义路径转发和应用感知网络,解决由云数据中心的大规模性和商品交换机缓存大小的限制而引发的扩展性问题。最后实验验证了该框架在虚拟网络上的表达能力以及映射算法的有效性。(2)在上述框架中,为最大化云数据中心空闲带宽资源分配,有效提升网络资源利用率,提出基于分支定价的最大化剩余带宽分配算法。抽象该虚拟网络映射为最小费用流问题,建立相应的混合整数规划模型。为减少求解空间,改进分支定价算法计算最大剩余带宽分配。基于Dantzig-Wolfe分解原理,将原问题分解为基于路径的主问题和求解最短路径的子问题。针对主问题做线性松弛,通过列生成算法实现主问题和子问题之间的迭代,最后利用基于弧的分支策略获得整数解。实验表明该算法以低时间代价达到虚拟网络的最大剩余带宽分配。(3)在上述框架中,提出一种基于虚拟数据中心公平的带宽隔离方法,在提供最低带宽保障的基础上,充分利用物理带宽资源,实现虚拟网络之间的带宽性能隔离。在链路剩余带宽分配方面,考虑虚拟数据中心内部带宽需求的优先级应高于虚拟数据中心之间的带宽需求,设计一种基于虚拟数据中心公平的分级最大最小分配算法;在虚拟网络带宽隔离方面,设计基于Hypervisor的虚拟数据中心拥塞控制机制,通过实现运行在Hypervisor中的分布式带宽保障代理,避免在物理交换机保存资源预留状态而达到可扩展的要求,并提出一种基于SDN的链路拥塞检测方法,快速定位瓶颈链路,进而调整虚拟数据中心内部虚拟机端到端通信的发包率,保障虚拟数据中心的网络带宽。实验证明NXT-Freedom能够实现基于虚拟数据中心公平的带宽隔离,并有效提高云网络资源的整体利用率。