CN108650112A - 一种数据中心综合管理***的网络虚拟化设计***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种数据中心综合管理***的网络虚拟化设计***及方法，***包括平台控制模块、虚拟网管理模块和虚拟网应用模块，平台控制模块获取物理网络信息并将信息传送至虚拟网管理模块，虚拟网管理模块配置创建虚拟网络、分配物理网络资源及创建安装交换机中的流表项，虚拟网应用模块创建虚拟网的管理界面。本发明省去了交换机与控制器中间的代理层，减少了控制消息的丢包率和下发的时延，且虚拟网之间具有良好的隔离性，方便虚拟网服务提供者对各个组件的开发、加载、启动和管理。

Description

一种数据中心综合管理***的网络虚拟化设计***及方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，具体来说涉及一种数据中心综合管理***的网络虚拟化设计***及方法。

背景技术

模块化数据中心是基于云计算的新一代数据中心部署形式，管理***是数据中心内部配置的重要组成部分。随着信息化基础设施的转变，监控管理的需求从单独的***转化为整体平台化，各项应用服务器也发展为将计算、存储资源统一形成的规模庞大、统一监控管理的资源池，因此需要能够监控大规模、分布式虚拟资源与物理资源的监控***。网络虚拟化技术允许多个虚拟网络共享物理网络资源，以提高物理资源的利用率，其需要一个虚拟层将底层的物理资源进行抽象，使得物理网络资源对每个虚拟网络来说是透明的，且这个虚拟层需要了解网络设备状态、流量信息、网络链路情况等物理网络情况。

现有技术中，OpenFlow控制的网络体系结构对于构建虚拟层有着很大优势。OpenFlow控制器能够实时获取网络拓扑、链路带宽等网络信息，其上可创建出多个控制平面共享同一个数据平面，对应到网络虚拟化可将每个虚拟网抽象成一个控制平面，整个物理网络资源抽象成数据平面，只要各控制平面互相隔离就可实现虚拟网之间互不影响。现有的OpenFlow交换机和控制器之间设置有中间层代理Flow Visor，OpenFlow交换机和控制器之间的消息都是通过Flow Visor转发，其不足之处在于，中间代理层的引入使得OpenFlow在消息传递时延迟加大，增加了控制消息丢失的风险，且中间代理层要既要维护与数据平面中OpenFlow交换机的TCP连接，又要维护与多个控制器之间的连接，加重了中间代理层的负担。

发明内容

本发明实施例提供一种数据中心综合管理***的网络虚拟化设计***及方法，解决现有技术中交换机和控制器之间引入中间代理层存在的控制消息下发时延大、丢包率高的问题。

为了解决上述技术问题，本发明实施例公开了如下技术方案：

本发明第一方面提供了一种数据中心综合管理***的网络虚拟化设计***，所述***包括平台控制模块、虚拟网管理模块和虚拟网应用模块；平台控制模块用于获取物理网络信息，包括网络拓扑、交换机状态、网络流量信息及链路带宽使用率等，并将这些信息传送至虚拟网管理模块；虚拟网管理模块用于配置创建虚拟网络、分配物理网络资源及创建安装交换机中的流表项，实现虚拟网络的创建、管理和控制功能；虚拟网应用模块用于创建虚拟网的管理界面，为虚拟网中的用户提供具体的服务。

基于上述方案，本***做如下优化：

所述平台控制模块由控制器的全局组件构成，控制器全局组件包括发现组件、拓扑组件和认证组件；发现组件控制交换机向周围交换机发送报文，动态获取交换机之间的连接关系；拓扑组件用于获取物理网络拓扑信息及各交换机数据转发端口的信息；认证组件用于认证各交换机的合法性，同时监测网络的流量信息，并将数据平面的网络信息提取出来供控制器的其他组件使用。

所述虚拟网管理模块设置在控制器上，包括虚拟网配置单元、虚拟网创建单元、虚拟网资源分配单元、事件过滤分发单元和流表构造安装单元。所述虚拟网配置单元加载解析虚拟网的配置文件，并将解析内容发送至虚拟网创建单元；虚拟网创建单元根据虚拟网配置单元发送的解析内容启动组成各个虚拟网的功能模块，创建虚拟网实例；虚拟网资源分配单元接收虚拟网配置单元发送的创建虚拟网请求，并在收到请求后计算物理网络拓扑及链路带宽资源是否满足要求；事件过滤分发单元截获交换机发送给控制器的消息事件，将其处理成为虚拟网中各单元可识别的虚拟网事件，加上标识虚拟网的SliceID，然后把虚拟网事件分发到各虚拟网中的功能模块处理；流表构造安装单元根据虚拟网的SliceID获取虚拟网所使用的流表号和OpenFlow交换机中转发虚拟网数据包端口使用的队列号，所述OpenFlow交换机构造两条流表项，第一条作为索引项安装在OpenFlow交换机序号为0的流表中，第二条用于控制数据包转发，安裝在序号为flowtableid的流表中。

所述虚拟网资源分配单元在计算物理网络拓扑及链路带宽资源满足要求后，根据带宽信息向交换机相应的端口下发消息，交换机接收到消息后调用命令创建队列，同时虚拟网资源分配单元向虚拟网配置单元返回每个虚拟网所使用交换机的端口信息以及端口上对应虚拟网的队列号。

如上所述的网络虚拟化设计***，所述虚拟网应用模块由多个虚拟网构成，每个虚拟网包括多个功能模块。

本发明第二方面提供了一种数据中心综合管理***的网络虚拟化设计方法，所述方法包括：

获取整个物理网络的信息；

配置创建虚拟网络、分配物理网络资源，并创建安装交换机中的流表项；

创建虚拟网的管理界面。

基于上述的网络虚拟化设计方法，所述获取物理网络信息的过程包括：

控制交换机向周围交换机发送报文，动态获取交换机之间的连接关系；

接收获取的物理网络拓扑信息，以及各个交换机数据转发端口的信息；

认证每个交换机的合法性并监测网络中的流量信息，将数据平面的网络信息提取出来供控制器的其他组件使用。

进一步的，如上所述的网络虚拟化设计方法，所述配置创建虚拟网络、分配物理网络资源的过程包括；

加载解析虚拟网的配置文件；

根据解析内容启动组成各个虚拟网的功能模块，创建虚拟网实例；

计算物理网络拓扑及链路带宽资源是否满足要求，若满足，根据带宽信息向交换机相应的端口下发消息，交换机接收消息后调用命令创建队列，同时返回每个虚拟网所使用交换机的端口信息及端口上对应虚拟网的队列号；

截获交换机发送给控制器的消息事件，将其处理成为虚拟网中各单元可识别的虚拟网事件，并把虚拟网事件分发到各虚拟网中的功能模块处理。

本申请的实施例提供的技术方案包括以下有益效果：

本发明的数据中心综合管理***的网络虚拟化设计***，包括平台控制模块、虚拟网管理模块和虚拟网应用模块，平台控制模块获取物理网络信息并将信息传送至虚拟网管理模块，虚拟网管理模块配置创建虚拟网络、分配物理网络资源及创建安装交换机中的流表项，虚拟网应用模块创建虚拟网的管理界面。本发明实施例的设计***，省去了交换机与控制器中间的代理层，减少了控制消息的丢包率和下发的时延；虚拟化***为各个虚拟网提供了公共组件库，使虚拟网服务提供者对拓扑发现等常用功能避免了重复开发；每个虚拟网都有各自独立的拓扑、带宽资源和网络流等信息，虚拟网之间具有良好的隔离性，方便虚拟网服务提供者对各个组件的开发、加载、启动和管理，保障业务***的稳定、可靠性运行。

本发明第一方面的数据中心综合管理***的网络虚拟化设计***，能够实现第二方面的设计方法，并取得相同的效果。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

图1为本申请实施例提供的数据中心综合管理***的网络虚拟化设计***的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的数据中心综合管理***的网络虚拟化设计方法的流程示意图；

附图标记：

1-平台控制模块，11-发现组件，12-拓扑组件，13-认证组件，2-虚拟网管理模块，21-虚拟网配置单元，22-虚拟网创建单元，23-虚拟网资源分配单元，24-事件过滤分发单元，25-流表构造安装单元，3-虚拟网应用模块。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

首先，为了方便对实施例的理解，下面对实施例中涉及的缩略词和关键术语予以解释和说明。

OpenFlow交换机：由一个或多个流表、一个组表、一个或多个安全通道以及OpenFlow协议组成；

流表：交换机进行控制和转发决策的核心数据结构；

组表：实现转发附加功能的辅助数据结构；

OpenFlow协议：网络优化和数据平面进行信息交互的标准协议，也是SDN网络体系结构中应用最广的南向接口标准；

Flow Visor：建立在OpenFlow之上的网络虚拟化工具，可将物理网络划分成多个逻辑网络，从而实现虚网划分，是控制器和交换机之间引入的一个代理层。

图1为本申请实施例提供的一种数据中心综合管理***的网络虚拟化设计***结构示意图，由图1可知，本***包括平台控制模块1、虚拟网管理模块2和虚拟网应用模块3；平台控制模块1用于获取物理网络信息，包括网络拓扑、交换机状态、网络流量信息及链路带宽使用率等，并将这些信息传送至虚拟网管理模块2；虚拟网管理模块2用于配置创建虚拟网络、分配物理网络资源及创建安装交换机中的流表项，实现虚拟网络的创建、管理和控制功能；虚拟网应用模块3用于创建虚拟网的管理界面，为虚拟网中的用户提供具体的服务。所述虚拟网应用模块3由多个虚拟网构成，每个虚拟网包括多个功能模块。

具体而言，所述平台控制模块1由控制器的全局组件构成，其获取的物理网络信息供虚拟网管理模块2中各个功能模块使用，作为判断是否接受虚拟网请求及资源分配的依据，同时还负责平台事件调度和各个功能组件的加载与启动。控制器全局组件包括发现组件11、拓扑组件12和认证组件13，发现组件11控制交换机向周围交换机发送报文，动态获取交换机之间的连接关系，拓扑组件12用于获取物理网络拓扑信息及各交换机数据转发端口的信息，认证组件13用于认证各交换机的合法性，同时监测网络的流量信息，并将数据平面的网络信息提取出来供控制器的其他组件使用。

所述虚拟网管理模块2设置在控制器上，用于配置、创建和管理虚拟网络。在控制器中创建虚拟网管理模块2进行虚拟网络的创建管理，不用像Flow Visor那样在控制器和交换机之间引入代理层，降低了控制消息传递中的时延和丢包率。虚拟网管理模块2截获交换机发给控制器的事件，根据事件的类型和内容分发给不同的虚拟网络，各个虚拟网中的功能模块得到不同的网络信息后，构建出各自的网络拓扑，并应用不同的选路策略完成对各自虚拟网的控制。不同虚拟网络中的功能模块对网络流的控制通过网络中的流表控制机制完成。

具体来说，虚拟网管理模块2包括虚拟网配置单元21、虚拟网创建单元22、虚拟网资源分配单元23、事件过滤分发单元24和流表构造安装单元25。

虚拟网配置单元21加载解析虚拟网的配置文件，并将解析内容发送至虚拟网创建单元22，同时虚拟网配置单元21利用虚拟网请求接口向虚拟网资源分配单元23发送创建虚拟网的请求。

虚拟网创建单元22根据虚拟网配置单元21发送的解析内容启动组成各个虚拟网的功能模块，创建虚拟网实例，其包括虚拟网实例创建单元和虚拟网信息查询模块接口两部分，具体工作过程为：首先虚拟网配置单元21解析每个虚拟网的配置文件，然后利用虚拟网资源分配单元23提供的虚拟网资源请求接口发送创建虚拟网请求，虚拟网资源分配单元23返回虚拟网请求结果；在网络物理资源满足的情况下，虚拟网创建单元22根据虚拟网配置文件中的内容启动组成各个虚拟网的功能模块，创建虚拟网实例；最后，虚拟网创建单元22从虚拟网配置单元21获取每个成功创建的虚拟网的全部信息，供其他单元使用。

虚拟网资源分配单元23包括接收虚拟网请求接口和资源计算分配接口，接收虚拟网配置单元21发送的创建虚拟网请求，并在收到请求后计算物理网络拓扑及链路带宽资源是否满足要求。如果当前网络资源满足虚拟网请求，则根据虚拟网请求中的虚拟网拓扑信息和每条链路上要求的带宽信息向交换机相应的端口下发消息，交换机接收到消息后调用命令创建队列，同时虚拟网资源分配单元向虚拟网配置单元返回每个虚拟网所使用交换机的端口信息以及端口上对应虚拟网的队列号。

事件过滤分发单元24截获交换机发送给控制器的消息事件，将其处理成为虚拟网中各单元可识别的虚拟网事件，加上标识虚拟网的SliceID，然后把虚拟网事件分发到各虚拟网中的功能模块处理。每个虚拟网中的功能模块接收到事件后，查询事件屮包含的虚拟网SliceID列表，如果有自身虚拟网SliceID的，则对这个事件进行处理；如果没有，则将事件传递给下一个单元处理。

虚拟网中各个功能模块在处理完虚拟事件后，调用流表构造安装单元25提供的接口将流表项传递给流表构造安装单元，流表构造安装单元25根据虚拟网的SliceID获取虚拟网所使用的流表号和OpenFlow交换机中转发虚拟网数据包端口使用的队列号，OpenFlow交换机构造两条流表项，第一条作为索引项安装在OpenFlow交换机序号为0的流表中，第二条用于控制数据包转发，安裝在序号为flowtableid的流表中，这样就解决了多个虚拟网的流表项安装到同—个流表中产生的流表项冲突的问题。

图2为本申请实施例提供的一种数据中心综合管理***的网络虚拟化设计方法的流程示意图，由图2可知，所述方法包括下述步骤：

S1、获取整个物理网络的信息；

S2、配置创建虚拟网络、分配物理网络资源，并创建安装交换机中的流表项；

S3、创建虚拟网的管理界面。

具体而言，所述S1中获取物理网络信息，包括如下过程：

S11、控制交换机向周围交换机发送报文，动态获取交换机之间的连接关系；

S12、接收获取的物理网络拓扑信息，以及各个交换机数据转发端口的信息；

S13、认证每个交换机的合法性并监测网络中的流量信息，将数据平面的网络信息提取出来供控制器的其他组件使用。

所述S2中配置创建虚拟网络、分配物理网络资源及创建安装交换机中的流表项，包括如下过程：

S21、加载解析虚拟网的配置文件；

S22、根据解析内容启动组成各个虚拟网的功能模块，创建虚拟网实例；

S23、计算物理网络拓扑及链路带宽资源是否满足要求，若满足，根据带宽信息向交换机相应的端口下发消息，交换机接收消息后调用命令创建队列，同时返回每个虚拟网所使用交换机的端口信息及端口上对应虚拟网的队列号；

S24、截获交换机发送给控制器的消息事件，将其处理成为虚拟网中各单元可识别的虚拟网事件，并把虚拟网事件分发到各虚拟网中的功能模块处理。

本实施例的网络虚拟化设计***及方法，省去了交换机与控制器中间的代理层，减少了控制消息的丢包率和下发的时延；虚拟化***为各个虚拟网提供了公共组件库，使虚拟网服务提供者对拓扑发现等常用功能避免了重复开发；每个虚拟网都有各自独立的拓扑、带宽资源和网络流等信息，相互之间具有良好的隔离性，方便虚拟网服务提供者对各个组件的开发、加载、启动和管理。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种数据中心综合管理***的网络虚拟化设计***，其特征在于，包括平台控制模块、虚拟网管理模块和虚拟网应用模块；

所述平台控制模块获取物理网络信息，并将信息传送至虚拟网管理模块；

所述虚拟网管理模块用于配置创建虚拟网络、分配物理网络资源及创建安装交换机中的流表项；

所述虚拟网应用模块用于创建虚拟网的管理界面。

2.根据权利要求1所述的数据中心综合管理***的网络虚拟化设计***，其特征在于，所述平台控制模块由控制器全局组件构成，控制器全局组件包括发现组件、拓扑组件和认证组件；所述发现组件控制交换机向周围交换机发送报文，动态获取交换机之间的连接关系；拓扑组件用于获取物理网络拓扑信息及各交换机数据转发端口的信息；认证组件用于认证各个交换机的合法性，监测网络的流量信息，并将数据平面的网络信息提取出来供控制器其他组件使用。

3.根据权利要求1所述的数据中心综合管理***的网络虚拟化设计***，其特征在于，所述虚拟网管理模块设置在控制器上，包括虚拟网配置单元、虚拟网创建单元、虚拟网资源分配单元、事件过滤分发单元和流表构造安装单元，所述虚拟网配置单元加载解析虚拟网的配置文件，并将解析内容发送至虚拟网创建单元，虚拟网创建单元根据虚拟网配置单元发送的解析内容启动组成各个虚拟网的功能模块，创建虚拟网实例。

4.根据权利要求3所述的数据中心综合管理***的网络虚拟化设计***，其特征在于，所述虚拟网资源分配单元接收虚拟网配置单元发送的创建虚拟网请求，并在收到请求后计算物理网络拓扑及链路带宽资源是否满足要求；

所述事件过滤分发单元截获交换机发送给控制器的消息事件，将其处理成虚拟网中各单元可识别的虚拟网事件，加上标识虚拟网的SliceID，然后把虚拟网事件分发到各虚拟网中的功能单元处理；

所述流表构造安装单元根据虚拟网的SliceID获取虚拟网使用的流表号和OpenFlow交换机中转发虚拟网数据包端口使用的队列号，所述OpenFlow交换机构造两条流表项，第一条作为索引项安装在OpenFlow交换机序号为0的流表中，第二条用于控制数据包转发，安裝在序号为flowtableid的流表中。

5.根据权利要求4所述的数据中心综合管理***的网络虚拟化设计***，其特征在于，所述虚拟网资源分配单元计算物理网络拓扑及链路带宽资源满足要求后，根据带宽信息向交换机相应的端口下发消息，交换机接收到消息后调用命令创建队列，同时虚拟网资源分配单元向虚拟网配置单元返回每个虚拟网所使用交换机的端口信息以及端口上对应虚拟网的队列号。

6.根据权利要求1所述的数据中心综合管理***的网络虚拟化设计***，其特征在于，所述虚拟网应用模块由多个虚拟网构成，每个虚拟网包括多个功能模块。

7.一种数据中心综合管理***的网络虚拟化设计方法，其特征在于，包括：

获取整个物理网络的信息；

配置创建虚拟网络、分配物理网络资源，并创建安装交换机中的流表项；

创建虚拟网的管理界面。

8.根据权利要求7所述的数据中心综合管理***的网络虚拟化设计方法，其特征在于，所述获取物理网络信息的过程包括：

控制交换机向周围交换机发送报文，动态获取交换机之间的连接关系；

接收获取的物理网络拓扑信息，以及各个交换机数据转发端口的信息；

认证每个交换机的合法性并监测网络中的流量信息，将数据平面的网络信息提取出来供控制器的其他组件使用。

9.根据权利要求8所述的数据中心综合管理***的网络虚拟化设计方法，其特征在于，所述配置创建虚拟网络、分配物理网络资源的过程包括；

加载解析虚拟网的配置文件；

根据解析内容启动组成各个虚拟网的功能模块，创建虚拟网实例；

计算物理网络拓扑及链路带宽资源是否满足要求，若满足，根据带宽信息向交换机相应的端口下发消息，交换机接收消息后调用命令创建队列，并返回每个虚拟网所使用交换机的端口信息及端口上对应虚拟网的队列号；

截获交换机发送给控制器的消息事件，将其处理成为虚拟网中各单元可识别的虚拟网事件，并把虚拟网事件分发到各虚拟网中的功能单元处理。