CN107864061A - 一种在私有云中虚拟机端口限速和镜像的方法 - Google Patents
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Abstract
一种在私有云中虚拟机端口限速和镜像的方法，针对私有云的IAAS云计算平台，已经具备了领先的安全性和稳定性，在云数据中心领域起到了很大的作用，基于openvswitch的网络技术，实现虚拟机的网络流量带宽限制，以及通过虚拟机的路由信息报文，利用端口镜像(SPAN)提供的功能，将指定端口的报文复制到交换机上另一个连接有网络监测设备的端口，进行网络监控与故障排除，实现流量镜像的方法。
Description
技术领域
本发明涉及虚拟机端口限速及镜像，具体涉及一种在私有云中虚拟机端口限速和镜像的方法。
背景技术
在当今的数据通信网络中，不管是在局域网还是广域网，服务质量（QoS）都是非常重要的。在传统的IP网络中，所有的报文都被无差别的对待，每个转发设备对所有的报文都采用FIFO（先入后出），它尽最大的努力将报文送到目的地，但对报文传送的可靠性，传送延迟等性能不提供任何保障。但在实际应用中，网络存在很大的问题，比如带宽、丢包率、网络延迟和阻塞等。随着网络的发展，这些问题极大的影响了网络业务，比如（VOIP，IPTV等）。VOIP等实时业务就对报文的传输延迟提出了较高的要求，如果报文传输延迟太长，用户将不能接受。
传统网络内的流量控制都是基于一些基本工具，原始的流量控制器TC（TrafficControl）用于linux内核的流量控制，主要是通过在输出端口处建立一个队列来实现流量控制，控制的方式是基于路由，亦及基于目的IP地址目的子网的网络号进行浏览控制，另外配置流量控制器需要建立队列、建立分类、建立过滤器和建立路由，设置环境较为复杂，基于Openstack云平台QoS存在的问题，目前很多云计算厂商都是基于openstack开发IAAS云计算平台。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种在私有云中虚拟机端口限速和镜像的方法，针对私有云的IAAS云计算平台，已经具备了领先的安全性和稳定性，在云数据中心领域起到了很大的作用，基于openvswitch的网络技术，实现虚拟机的网络流量带宽限制，以及通过虚拟机的路由信息报文，利用端口镜像(SPAN)提供的功能，将指定端口的报文复制到交换机上另一个连接有网络监测设备的端口，进行网络监控与故障排除，实现流量镜像的方法。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种在私有云中虚拟机端口限速和镜像的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）在网络新建时增加对带宽平均流量速度和带宽峰值的参数存储，云主机创建时会选择使用哪条网络，通过网络的参数获取数值，获取云主机网卡对应的端口，通过端口生成虚拟网桥br-int上对应的端口名称，此时这个端口上就能完成对带宽的限速；
2）获取完后，此时的网卡带宽就与原始的网络设置的带宽值相互独立，使用openvswitch技术可再重新设置端口上相对应的带宽平均流量速度和带宽峰值，此时仍可不限制带宽或对带宽进行设置均可，且立即生效；
3）为了保证能对端口进行流量镜像，我们在这基础上首先进行网卡带宽的限制，此技术实现的最终目的的在保证网络质量的情况下，达到一个网络质量高效、安全、可控的高度。若对端口没有进行限速，直接进行流量镜像，会造成整个网络内的流量翻倍，甚至网络阻塞，对网络使用的体验感大大降低。所以，不能在只为追求网络安全性的下，让目标造成网络卡顿，因此在我们需要固定的网卡带宽前提条件下进行端口的镜像。
4）在网卡端口固定带宽下，采用Token-Bucket机制确保网络服务质量（QoS），同时通过OpenFlow流表内容对端口上下行流量包进行流量镜像，进而对整个流量的监控、分析、优化。在此网卡的云主机本身创建完成，每个网卡在虚拟交换机上都会存在一个端口，在为云主机配置镜像地址时，在云主机每个虚拟网卡本身端口的基础上再次创建一个虚拟端口，此虚拟端口属性为vxlan,且此端口上携带有远程IP，通过远程IP获取端口ID，使用openvswitch对流经虚拟机的流量都通过虚拟端口做流量镜像，将流经虚拟交换机的进出口流量都进行复制得到流量镜像，再将复制到的流量镜像通过vxlan通道转发到远程主机上；若监视端口和被监视端口在同一物理节点，也使用此种方式，远程主机接收流量镜像，对所述流量镜像进行解析和存储。
所述的流经虚拟交换机的流量包括来自指定虚拟机的上下行流量，或指定端口组的上下行流量。
所述的镜像工作的范围，端口范围分为两种类型，本地镜像和远程镜像。本次发明只实现了本地镜像，即源端口和目的端口在同一个路由器上，远端镜像即源端口和目的端口分布在不同的路由器上，镜像流量经过某种封装，实现跨路由器传输，此种镜像范围还未进行发明。
所述的本地镜像的点到多点的端口镜像，可以分别在源端口和多个镜像地址端口之间分别建立多个独立的隧道，该隧道即vxlan隧道，在报文转发的过程中，分别要向每条隧道都单独复制一份镜像源文件报文信息；在多个源端口和镜像端口之间建立一个独立的隧道，该隧道即vxlan隧道，在给源地址添加镜像地址时，会先判断此IP地址之前有没有与别的端口之前建立过隧道，若没有则直接建立一个隧道，若有则源端口的虚拟端口不再生效，流经源端口的流量数据直接通过之前建立过隧道的源虚拟端口转发到镜像端口，在报文转发的过程中，到同一镜像地址的通道唯一，此时，在镜像地址上收到所有来自源端口的数据流量。此项点到多点以及多点到点的本地镜像技术均已经实现。
所述的创建流量镜像的名称之前会对镜像的名称做判断，若创建的镜像名称与之前的镜像名称重复，则添加镜像地址失败，若不存在，则保留此流量镜像，创建成功。
有益效果
1）在不添加任何物理设备的情况下，通过虚拟机端口限速和镜像，确保网络服务质量（QoS），并提高网络安全性；
2）虚拟机端口限速和镜像均在虚拟交换机处进行策略实施，用户***无打扰、无感知；
3）对私有云***后续网络加密、网络审计提供技术支持，增加整个私有云安全性及健壮性。
4）使用镜像功能，可以对企业中的网络数据进行监控管理，在网络出故障时，可快速定位故障。
附图说明
图1为本发明基于openvswitch的流量限制的流程图
图2为本发明基于openvswitch的端口流量镜像网络拓扑示意图
图3为本发明基于openvswitch的流量镜像的流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进一步叙述。
如图1所示，在网络新建时增加对平均流量和峰值的存储，将平均流量和峰值存到数据库中，在云主机创建时使用此网络，读取网络新建时的带宽限制参数，调用封装好的脚本，此时等云主机创建完成后就会生成一个端口，以及此端口在br-int网桥上对应的网卡名称，获取带宽限制参数，若还要进行设置平均流量和峰值，可重新调用Openvswitch方法进行设置，调用Openvswitch进行设置的方法如下：
1）创建QOS，创建最大限速
ovs-vsctl --timeout=10 -- set Port eth1 qos=@newqos -- --id=@newqoscreate QoS type=linux-htb other-config:max-rate=900000000
2）创建queue,并添加到之前的QOS中，将QOS与queue进行绑定
ovs-vsctl --timeout=10 create Queue other-config:min-rate=400000000other-config:max-rate=800000000
ovs-vsctl --timeout=10 add qos 242af9b6-a4d4-4e35-986e-05e6f0e76a80queues 0=8422ffb9-dfe3-457d-9e37-ddab0e22d26e
3）设置时方法执行默认的queue队列。
设置网络接口的带宽参数：
ovs-vsctl set interface vif0.0 ingress_policing_rate=1000
ovs-vsctl set interface vif0.0 ingress_policing_burst=100
(ingress_policing_rate: **最大发送速率**（单位均为kbps）
ingress_policing_burst:超过ingress_policing_rate的最大浮动值)
如图2所示，在主机node1上新建一个标准交换机，图中虚拟机通过虚拟网卡vm1-port
连接在br-int的虚拟交换机上，目前ovs的网桥还没有实现iptables的功能，但openstack
又必须提供安全组服务，所以在VM1和虚拟交换机之间通过linux-brige进行桥接，同时在
配置镜像地址时，会在br-int上同时创建一个vxlan0的端口，建立vxlan通道，此时创建流
量镜像，将通过vm1的上下行流量都通过vxlan通道和br-tun转发给镜像地址，镜像地址收
到的来源全都是由node1节点发出，若要镜像给远程主机上云主机VM1,则也要通过vxlan通
道和br-tun通道进行通信，这样计算节点和计算节点这样就会点对点的形成一个以vxlan
为基础的通信网络，互相之间通过这个网络进行大量的数据交换，在标准交换机上分别进
行镜像的实现过程。
1）镜像虚拟机node1上的vm1的出入端口流量至宿主机node1上的vm2,实现在同一宿主机上端口流量镜像：
node1> ovs-vsctl add-port br-int vxlan0 -- set interface vxlan0 type=vxlan options:remote_ip=10.10.132.125
node1> ovs-vsctl -- --id=@d get port vm1-port -- --id=@p get port vxlan0-- --id=@m create mirror name=mymirror select_src_port=@d select_dst_port=@doutput_port=@p -- add bridge br-int mirror @m
2）镜像虚拟机node1上的vm1的出入端口流量至宿主机node2上的vm1,实现在不同宿主机上端口流量镜像：
node1> ovs-vsctl add-port br-int vxlan0 -- set interface vxlan0 type=vxlan options:remote_ip=172.16.110.141
node1> ovs-vsctl -- --id=@d get port vm1-port -- --id=@p get port vxlan0-- --id=@m create mirror name=mymirror1 select_src_port=@d select_dst_port=@doutput_port=@p -- add bridge br-int mirror @m
3）镜像虚拟机node1的vm2的出入口流量至宿主机node2上的vm3和vm4,实现在不同宿主机上一对多的端口流量镜像：
node1> ovs-vsctl add-port br-int vxlan1 -- set interface vxlan1 type=vxlan options:remote_ip=172.16.110.141
node1> ovs-vsctl add-port br-int vxlan2 -- set interface vxlan2 type=vxlan options:remote_ip=172.16.110.142
node1> ovs-vsctl -- --id=@d get port vm2-port -- --id=@p get port vxlan1-- --id=@m create mirror name=mymirror1 select_src_port=@d select_dst_port=@doutput_port=@p -- add bridge br-int mirror @m
node1> ovs-vsctl -- --id=@d get port vm2-port -- --id=@p get port vxlan2-- --id=@m create mirror name=mymirror2 select_src_port=@d select_dst_port=@doutput_port=@p -- add bridge br-int mirror @m
4）镜像虚拟机node1的vm1的出入口流量和vm2的出入口流量至宿主机node2上的vm3，实现在不同宿主机上多对一的端口流量镜像：
node1> ovs-vsctl add-port br-int vxlan3 -- set interface vxlan3 type=vxlan options:remote_ip=172.16.110.141
node1> ovs-vsctl -- --id=@d get port vm1-port -- --id=@p get port vxlan3-- --id=@m create mirror name=mymirror3 select_src_port=@d select_dst_port=@doutput_port=@p -- add bridge br-int mirror @m
node1> ovs-vsctl -- --id=@d get port vm2-port -- --id=@p get port vxlan4-- --id=@m create mirror name=mymirror4 select_src_port=@d select_dst_port=@doutput_port=@p -- add bridge br-int mirror @m；
如图3所示，建云主机完成后，在虚拟网桥br-int上生成一个虚拟网卡，在虚拟网桥上添加端口，同时在宿主机上配置vxlan通道，创建出另外一个虚拟端口，创建流量镜像，并配置经过源地址的出入口的流量都从隧道流出，流向目标地址的源都是源地址所在的宿主机发出，之后流经源地址的出入流量都可以镜像一份给镜像地址，达到流量监控的作用，有效的监控网络流量。
Claims (5)
1.一种在私有云中虚拟机端口限速和镜像的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）在网络新建时增加对带宽平均流量速度和带宽峰值的参数存储，云主机创建时会选择使用哪条网络，通过网络的参数获取数值，获取云主机网卡对应的端口，通过端口生成虚拟网桥br-int上对应的端口名称，此时这个端口上就能完成对带宽的限速；
2）获取完后，此时的网卡带宽就与原始的网络设置的带宽值相互独立，使用openvswitch技术可再重新设置端口上相对应的带宽平均流量速度和带宽峰值，此时仍可不限制带宽或对带宽进行设置均可，且立即生效；
3）依据第二个带宽设置方法，我们根据客户实际使用环境来确定是否使用带宽限制，如果客户真实环境中网络条件理想，可在镜像前不对网络带宽进行限制；
但为了保证能对端口进行完整的流量镜像，在客户真实环境网络条件不理想的前提下，需要确保网络质量，达到一个高效、安全、可控的高度，若对端口没有进行限速，直接进行流量镜像，会造成整个网络内的流量翻倍，甚至网络阻塞，对网络使用的体验感大大降低，所以，不能在只为追求网络安全性的下，让目标造成网络卡顿，因此我们需要在固定的网卡带宽前提条件下进行端口的镜像；
4）在网卡端口固定带宽下，采用Token-Bucket机制确保网络服务质量（QoS），同时通过OpenFlow流表内容对端口上下行流量包进行流量镜像，进而对整个流量的监控、分析、优化，在此网卡的云主机本身创建完成，每个网卡在虚拟交换机上都会存在一个端口，在为云主机配置镜像地址时，在云主机每个虚拟网卡本身端口的基础上再次创建一个虚拟端口，此虚拟端口属性为vxlan,且此端口上携带有远程IP，通过远程IP获取端口ID，使用openvswitch对流经虚拟机的流量都通过虚拟端口做流量镜像，将流经虚拟交换机的进出口流量都进行复制得到流量镜像，再将复制到的流量镜像通过vxlan通道转发到远程主机上；若监视端口和被监视端口在同一物理节点，也使用此种方式，远程主机接收流量镜像，对所述流量镜像进行解析和存储。
2.根据权利要求1所述的一种在私有云中虚拟机端口限速和镜像的方法，其特征在于，所述的流经虚拟交换机的流量包括来自指定虚拟机的上下行流量，或指定端口组的上下行流量。
3.根据权利要求1所述的一种在私有云中虚拟机端口限速和镜像的方法，其特征在于，所述的镜像工作的范围，端口范围分为两种类型，本地镜像和远程镜像；
本次发明只实现了本地镜像，即源端口和目的端口在同一个路由器上，远端镜像即源端口和目的端口分布在不同的路由器上，镜像流量经过某种封装，实现跨路由器传输，此种镜像范围还未进行发明。
4.根据权利要求1所述的一种在私有云中虚拟机端口限速和镜像的方法，其特征在于，所述的本地镜像的点到多点的端口镜像，可以分别在源端口和多个镜像地址端口之间分别建立多个独立的隧道，该隧道即vxlan隧道，在报文转发的过程中，分别要向每条隧道都单独复制一份镜像源文件报文信息；在多个源端口和镜像端口之间建立一个独立的隧道，该隧道即vxlan隧道，在给源地址添加镜像地址时，会先判断此IP地址之前有没有与别的端口之前建立过隧道，若没有则直接建立一个隧道，若有则源端口的虚拟端口不再生效，流经源端口的流量数据直接通过之前建立过隧道的源虚拟端口转发到镜像端口，在报文转发的过程中，到同一镜像地址的通道唯一，此时，在镜像地址上收到所有来自源端口的数据流量；
此项点到多点以及多点到点的本地镜像技术均已经实现。
5.根据权利要求1所述的一种在私有云中虚拟机端口限速和镜像的方法，其特征在于，所述的创建流量镜像的名称之前会对镜像的名称做判断，若创建的镜像名称与之前的镜像名称重复，则添加镜像地址失败，若不存在，则保留此流量镜像，创建成功。
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