CN110290043A - Vxlan网络中报文传输方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种VXLAN网络中报文传输方法及设备，所述VXLAN网络包括属于同一VNI的第一VTEP和第二VTEP，所述方法包括：第一VTEP与第二VTEP建立TCP连接；在建立的TCP连接上创建VXLAN隧道；利用所述VXLAN隧道传输用户数据报文。可以提高VXLAN隧道的可靠性，进而保证VXLAN隧道中报文传输的可靠性。

Description

VXLAN网络中报文传输方法及设备

技术领域

本发明涉及通信技术领域，具体涉及一种VXLAN网络中报文传输方法及设备。

背景技术

VXLAN(Virtual Extensible Local Area Network，虚拟可扩展局域网)是一种网络虚拟化技术，VXLAN中包括多个VTEP(VXLAN Tunnel End Point，VXLAN隧道端点)。VTEP之间可以建立VXLAN隧道以进行二者之间用户数据报文的交互。标准的VXLAN采用MAC-in-UDP的封装格式，即将二层报文用三层协议进行封装，可实现二层网络在三层范围内进行扩展，同时满足数据中心大二层虚拟迁移和多租户的需求。MAC-in-UDP的封装格式在运营商核心骨干网内传输时，由于链路质量好，基本不会发生拥塞和丢包。此外，用UDP(User DatagramProtocol，用户数据报协议)来封装用户二层报文也降低了PE(Provider Edge，网络侧边缘)设备的连接维护等控制开销，相对于TCP(Transmission Control Protocol，传输控制协议)实现了更小的封装开销。

当前网络应用中，尤其是SDN(Software Defined Networking，软件定义网络)/SDWAN(Software-defined Wide Area Network，软件定义广域网)的场景中，采用VXLAN隧道技术在因特网上组网的方案比较普遍，而因特网虽然具有廉价、高冗余性的优点，但同时也存在很大的不可控性，比如延迟、丢包、抖动等均为不可控因素，可见，采用现有的VXLAN隧道技术在因特网上无法实现可靠的传输，而且当前的VXLAN采用UDP封装，当发生丢包时，只能依靠数据发送方、接收方的应用层来处理。

发明内容

本发明提供一种VXLAN网络中报文传输方法和设备，以提高VXLAN隧道中报文传输的可靠性。

为此，本发明实施例提供如下技术方案：

一种VXLAN网络中报文传输方法，所述VXLAN网络包括属于同一VNI的第一VTEP和第二VTEP，所述方法包括：

第一VTEP与第二VTEP建立TCP连接；

在建立的TCP连接上创建VXLAN隧道；

利用所述VXLAN隧道传输用户数据报文。

可选地，所述方法还包括：

在创建VXLAN隧道完成后，第一VTEP和第二VTEP各自生成并维护一个TCP连接与VXLAN隧道的对应表。

可选地，所述在建立的TCP连接上创建VXLAN隧道还包括：

如果创建VXLAN隧道失败，则回收相关资源；

在回收相关资源后，检查所述TCP连接上是否还有其它VXLAN隧道；

如果没有，则拆除所述TCP连接。

可选地，所述方法还包括：

如果传输的用户数据报文在VXLAN网络中丢失，则所述第一VTEP或所述第二VTEP对所述用户数据报文进行重传。

可选地，所述方法还包括：

所述第一VTEP或所述第二VTEP对接收的用户数据报文进行排序。

可选地，所述方法还包括：

利用TCP BBR算法对所述用户数据报文的传输进行拥塞控制。

一种VXLAN网络中报文传输设备，所述设备包括：

连接管理模块，用于与具有同一VNI的对端设备建立TCP连接；

隧道创建模块，用于在建立的TCP连接上创建VXLAN隧道；

报文传输模块，用于利用所述VXLAN隧道传输用户数据报文。

可选地，所述隧道创建模块，还用于在创建VXLAN隧道完成后，生成并维护TCP连接与VXLAN隧道的对应表。

可选地，所述隧道创建模块，还用于在创建VXLAN隧道失败后，回收相关资源，并在回收相关资源后，检查所述TCP连接上是否还有其它VXLAN隧道；如果没有，则触发所述连接管理模块拆除所述TCP连接；

所述连接管理模块，还用于根据所述隧道创建模块的触发拆除所述TCP连接。

可选地，所述设备还包括：用户接口模块、网络接口模块；

所述用户接口模块，用于接收或发送用户数据报文；

所述网络接口模块，用于接收或发送VXLAN报文；

所述报文传输模块包括：

封装/解封装单元，用于将所述用户接口模块接收的用户数据报文封装为VXLAN报文，或者将所述网络接口模块接收的VXLAN报文解封装为用户数据报文；

报文转发单元，用于将所述封装/解封装单元封装后的VXLAN报文通过所述网络接口模块转发到所述对端设备，并将所述封装/解封装单元解封装后的用户数据报文通过所述用户接口模块转发给用户设备。

可选地，所述报文转发单元，还用于在发送的VXLAN报文丢失后，对所述VXLAN报文进行重传。

可选地，所述报文传输模块还包括：

排序单元，用于对所述封装/解封装单元解封装后的用户数据报文进行排序。

可选地，所述报文传输模块还包括：

拥塞控制单元，用于利用TCP BBR算法对所述报文转发单元发送的VXLAN报文的进行拥塞控制。

可选地，所述设备还包括：

配置模块，用于配置VNI、以及VXLAN隧道源IP地址和目的IP地址。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明实施例提供的VXLAN网络中报文传输方法及设备，在VTEP之间建立TCP连接，在TCP连接之上建立VXLAN隧道，所述VXLAN隧道基于TCP，从而大大提高了VXLAN隧道的可靠性，保证了数据传输的可靠性，尤其是应用于因特网上的组网方案中，降低了企业组网成本。

进一步地，利用TCP的超时重传机制，在VXLAN网络中数据报文丢失的情况下，可以由VTEP对其进行重传，即在TCP传输层即可实现数据包的重传，而无需数据发送方、接收方的应用层来处理，减轻了应用层的负担，提高了数据传输效率。

进一步地，借助于TCP BBR技术，可以实现对VXLAN隧道的拥塞控制，达到高效的带宽利用。

附图说明

图1是本发明实施例VXLAN网络中报文传输方法的流程图；

图2是本发明实施例中基于TCP的VXLAN隧道中传输的数据报文封装格式；

图3是利用本发明实施例的方法在因特网上的组网示意图；

图4是本发明实施例VXLAN网络中报文传输设备的一种结构示意图；

图5是本发明实施例VXLAN网络中报文传输设备的另一种结构示意图；

图6是本发明实施例VXLAN网络中报文传输设备中报文传输模块的一种结构示意图。

具体实施方式

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

隧道技术是一种通过使用互联网络的基础设施在网络之间传递数据的方式。使用隧道传递的数据可以是不同协议的数据帧或包。隧道协议将其它协议的数据帧或包重新封装然后通过隧道发送。新的IP头和帧头提供路由信息，以便通过互联网传递被封装的数据。根据隧道中传递数据的类别，可以分为三层隧道技术(传递三层报文)和二层隧道技术(传递二层报文)，其中VXLAN是一种建立在VTEP之间的二层隧道技术。

针对现有标准的VXLAN采用MAC-in-UDP的封装格式在因特网上进行数据传输所存在的问题，本发明实施例提供一种VXLAN网络中报文传输方法及设备，对VXLAN网络中的数据报文采用TCP(Transmission Control Protocol，传输控制协议)封装，构建可靠的VXLAN隧道，提高利用VXLAN隧道在因特网中进行报文传输的可靠性。

如图1所示，是本发明实施例VXLAN网络中报文传输方法的流程图，包括以下步骤：

步骤101，第一VTEP与第二VTEP建立TCP连接。

所述第一VTEP和所述第二VTEP具有同一VNI(VXLAN Network Identifier，VXLAN网络标识符)，所述VTEP可由支持VXLAN的硬件设备或软件来实现。VNI需要预先在VTEP上配置。

TCP连接是在两个传输用户之间建立一种逻辑联系，使得通信双方都确认对方为自己的传输连接端点，TCP连接的建立需要三次握手过程，与现有技术相同，在此不再赘述。

步骤102，在建立的TCP连接上创建VXLAN隧道。

创建VXLAN隧道的过程也就是设定所述第一VTEP和所述第二VTEP采用的隧道协议的过程，其定义了不同虚拟机之间如何封装、转发数据包。

在本发明实施例中，VXLAN隧道中的数据报文采用TCP封装，如图2所示，是本发明实施例中基于TCP的VXLAN隧道中传输的数据报文封装格式，包括以下几部分：

源二层数据：即图2中由内层IP头和内层MAC头封装的数据；

VXLAN头：即VXLAN报文头，其包括VNI字段、VXLAN隧道源地址、VXLAN隧道目的地址；所述VXLAN隧道源地址和VXLAN隧道目的地址采用本端VTEP的IP地址和对端VTEP的IP地址，这些信息需要预先在VTEP上进行配置；

外层TCP头：即TCP报文头，其包括：源端口号、目的端口号等字段；

外层IP头：即IP报文头，其包括：源IP地址和目的IP地址等字段，其中，目的IP地址可以是单播地址，也可以是多播地址；单播情况下，目的IP地址是VTEP的IP地址，多播情况下，利用VNI和IP多播组的映射来确定目的VTEP。

外层MAC头：即以太网帧头，其包括：源MAC地址和目的MAC地址等字段。

在创建VXLAN隧道完成后，第一VTEP和第二VTEP各自生成并维护一个TCP连接与VXLAN隧道的对应表。

需要说明的是，在一个TCP连接上可以建立多条VXLAN隧道，也就是说，多条VXLAN隧道可以复用一个TCP连接，不同VXLAN隧道实现对不同用户数据的传输，从而提高VXLAN隧道的创建效率。

进一步地，如果创建VXLAN隧道失败，则回收相关资源，比如本地和远端VTEP的IP地址、VXLAN工作的端口号、TCP连接与VXLAN隧道的关联关系等。在回收相关资源后，还可进一步检查所述TCP连接上是否还有其它VXLAN隧道，具体可以根据所述TCP连接与VXLAN隧道的对应表进行相应检查；如果没有，则拆除所述TCP连接，以便释放网络资源，避免对网络资源的浪费。

步骤103，利用所述VXLAN隧道传输用户数据报文。

如图3所示，是本发明实施例的方法在因特网上的组网示意图。

在用户网络出口处部署VTEP，如图3中，在用户站点1的出口处部署VTEP1、在用户站点2的出口处部署VTEP2、在用户站点3的出口处部署VTEP3。这些VTEP作为因特网的入口，同时是TCP连接和VXLAN隧道的起点和终点。在各VTEP之间首先建立TCP连接，然后在创建好的TCP连接上建立基于TCP的VXLAN隧道，用户站点1、用户站点2和用户站点3的数据通过建立的基于TCP的VXLAN隧道进行传输。

下面结合附图3，以用户站点1、用户站点2之间的数据传输为例，详细说明基于该网络进行用户数据传输的过程。

VTEP1接收到用户站点1中各用户设备发送的通过二层封装的数据报文，将该数据报文封装为VXLAN报文，封装格式如图2所示，然后通过已建立的VTEP1和VTEP2之间的VXLAN隧道将该VXLAN报文转发给VTEP2；VTEP2接收到该VXLAN报文后，对其进行解封装，得到二层报文，将该二层报文发送给用户站点2中相应的用户设备。

用户站点2中各用户设备发送向用户站点1中用户设备发送的数据的传输过程与上述类似，在此不再赘述。

本发明实施例提供的VXLAN网络中报文传输方法，在VTEP之间建立TCP连接，在TCP连接之上建立VXLAN隧道，所述VXLAN隧道基于TCP连接，从而大大提高了VXLAN隧道的可靠性，保证了数据传输的可靠性，尤其是应用于因特网上的组网方案中，降低了企业组网成本。

进一步地，在本发明方法另一实施例中，可以利用TCP的超时重传机制，在VXLAN网络中数据报文丢失的情况下，可以对其进行重传，即所述第一VTEP或所述第二VTEP对所述用户数据报文进行重传，比如，在第一VTEP发送一个数据报文后，开启一个定时器，若在这个时间内没有收到发送数据的ACK确认报文，则第一VTEP对该数据报文进行重传，在达到一定次数还没有成功时放弃重传并发送一个复位信号。可见，利用本发明方案，在TCP传输层即可实现数据包的重传，而无需数据发送方、接收方的应用层来处理，提高了数据传输效率。

进一步地，在本发明方法另一实施例中，如果传输的用户数据报文在VXLAN网络中出现乱序，则所述第一VTEP或所述第二VTEP对所述用户数据报文进行排序。具体地，参照图2所示的数据报文封装格式，在外层TCP头中还包括发送帧序号和期望接收的帧序号，收发双方通过滑动窗口协议保证仅收到下一个需要的帧时才提交给上层应用。

进一步地，在本发明方法另一实施例中，还可以对所述用户数据报文的传输进行拥塞控制。具体地，可以采用TCP BBR(Bottleneck Bandwidth and RTT，瓶颈带宽和往返时延)算法进行拥塞控制。

在BBR算法中，不考虑丢包，而是基于这样一个定义：当网络上的包数大于BDP(带宽时延乘积)时，就认为出现了拥塞，其重点在于如何准确地测量出瓶颈链路的带宽和整个链路的传播时延，从而尽量控制输出到网络的数据报文靠近BDP，这样既能保证带宽利用率，又能避免缓存过满问题，造成拥塞。

具体的拥塞控制过程可参照现有技术，在此不再赘述。

本发明实施例提供的VXLAN网络中报文传输方法，利用基于TCP的VXLAN隧道，不仅保证了VXLAN隧道的可靠性，降低了企业组网成本。进一步地，利用TCP的超时重传机制，在VXLAN网络中数据报文丢失的情况下，可以由VTEP对其进行重传，即在TCP传输层即可实现数据包的重传，而无需数据发送方、接收方的应用层来处理，减轻了应用层的负担，提高了数据传输效率，另外，还可由VTEP实现对报文的排序及拥塞控制，达到高效的带宽利用。

需要说明的是，在实际应用中，对VXLAN网络中的数据报文也可以采用QUIC(QuickUDP Internet Connection)封装，即采用MAC-in-QUIC的封装格式，也就是说，基于QUIC来实现VXLAN隧道，同样具有基于TCP实现VXLAN隧道的优点，比如拥塞控制、可靠传输。而且，QUIC基于UDP是运行在用户域而不是***内核，使得QUIC协议可以快速地更新和部署。

相应地，本发明实施例还提供一种VXLAN网络中报文传输设备，如图4所示，是本发明实施例VXLAN网络中报文传输设备的一种结构示意图。

在该实施例中，所述设备包括：

连接管理模块41，用于与具有同一VNI的对端设备建立TCP连接；

隧道创建模块42，用于在建立的TCP连接上创建VXLAN隧道；

报文传输模块43，用于利用所述VXLAN隧道传输用户数据报文，具体地，将从用户设备接收的二层封装的用户数据报文封装为VXLAN报文，将VXLAN报文发送到对端设备；将从对端设备接收的VXLAN报文解封装为二层封装的用户数据报文，并将其发送给用户设备。VXLAN报文的封装格式如图2所示，在前面对其已有详细说明，在此不再赘述。

需要说明的是，本发明实施例的设备可以作为用户网络出口设备，同时作为TCP连接和VXLAN隧道的起点和终点。其中，所述VNI、以及VXLAN隧道源地址和目的地址可以由相应的配置模块(未图示)预先进行配置。

另外，在本发明设备另一实施例中，所述隧道创建模块42还可在创建VXLAN隧道完成后，生成并维护TCP连接与VXLAN隧道的对应表。进一步地，在创建VXLAN隧道失败后，所述隧道创建模块42可以回收相关资源，并在回收相关资源后，检查所述TCP连接上是否还有其它VXLAN隧道，具体可以根据所述TCP连接与VXLAN隧道的对应表进行相应检查；如果没有，则触发所述连接管理模块41拆除所述TCP连接。相应地，所述连接管理模块41根据所述隧道创建模块的触发拆除所述TCP连接。

在具体应用时，可以将本发明设备部署在因特网中，实现基于因特网的VXLAN隧道，由于该VXLAN隧道是基于TCP连接的，因此大大提高了VXLAN隧道的可靠性，保证了数据传输的可靠性，尤其是应用于因特网上的组网方案中，有效地降低了企业组网成本。

如图5所示，是本发明实施例VXLAN网络中报文传输设备的另一种结构示意图。

在该实施例中，所述设备还包括：用户接口模块51和网络接口模块52。其中：

所述用户接口模块51用于接收或发送用户数据报文；

所述网络接口模块52用于接收或发送VXLAN报文；

所述报文传输模块的一种具体结构包括：封装/解封装单元和报文转发单元。其中：

所述封装/解封装单元用于将所述用户接口模块51接收的用户数据报文封装为VXLAN报文，或者将所述网络接口模块52接收的VXLAN报文解封装为用户数据报文；

所述报文转发单元用于将所述封装/解封装单元封装后的VXLAN报文通过所述网络接口模块转发到所述对端设备，并将所述封装/解封装单元解封装后的用户数据报文通过所述用户接口模块转发给用户设备。

在具体应用中，所述报文转发单元还可在发送的VXLAN报文丢失后，对所述VXLAN报文进行重传。

如图6所示，是本发明实施例VXLAN网络中报文传输设备中报文传输模块的一种结构示意图。

在该实施例中，所述报文传输模块不仅包括上述封装/解封装单元和报文转发单元，还进一步包括排序单元，和/或拥塞控制单元。其中：

所述排序单元用于对所述封装/解封装单元解封装后的用户数据报文进行排序。

所述拥塞控制单元用于利用TCP BBR算法对所述报文转发单元发送的VXLAN报文的进行拥塞控制。

利用本发明实施例提供的VXLAN网络中报文传输设备，不仅保证了VXLAN隧道的可靠性，降低了企业组网成本。进一步地，还可在TCP传输层实现数据包的重传，而无需数据发送方、接收方的应用层来处理，减轻了应用层的负担，提高了数据传输效率，另外，还可实现对报文的排序及拥塞控制，达到高效的带宽利用。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。

内存可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。内存是计算机可读介质的示例。

1、计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可利用存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括非暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。

2、本领域技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、***或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

Claims (14)

1.一种VXLAN网络中报文传输方法，所述VXLAN网络包括属于同一VNI的第一VTEP和第二VTEP，其特征在于，所述方法包括：

第一VTEP与第二VTEP建立TCP连接；

在建立的TCP连接上创建VXLAN隧道；

利用所述VXLAN隧道传输用户数据报文。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

在创建VXLAN隧道完成后，第一VTEP和第二VTEP各自生成并维护一个TCP连接与VXLAN隧道的对应表。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述在建立的TCP连接上创建VXLAN隧道还包括：

如果创建VXLAN隧道失败，则回收相关资源；

在回收相关资源后，检查所述TCP连接上是否还有其它VXLAN隧道；

如果没有，则拆除所述TCP连接。

4.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

如果传输的用户数据报文在VXLAN网络中丢失，则所述第一VTEP或所述第二VTEP对所述用户数据报文进行重传。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

所述第一VTEP或所述第二VTEP对接收的用户数据报文进行排序。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

利用TCP BBR算法对所述用户数据报文的传输进行拥塞控制。

7.一种VXLAN网络中报文传输设备，其特征在于，所述设备包括：

连接管理模块，用于与具有同一VNI的对端设备建立TCP连接；

隧道创建模块，用于在建立的TCP连接上创建VXLAN隧道；

报文传输模块，用于利用所述VXLAN隧道传输用户数据报文。

8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，

所述隧道创建模块，还用于在创建VXLAN隧道完成后，生成并维护TCP连接与VXLAN隧道的对应表。

9.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，

所述隧道创建模块，还用于在创建VXLAN隧道失败后，回收相关资源，并在回收相关资源后，检查所述TCP连接上是否还有其它VXLAN隧道；如果没有，则触发所述连接管理模块拆除所述TCP连接；

所述连接管理模块，还用于根据所述隧道创建模块的触发拆除所述TCP连接。

10.根据权利要求7至9任一项所述的设备，其特征在于，所述设备还包括：用户接口模块、网络接口模块；

所述用户接口模块，用于接收或发送用户数据报文；

所述网络接口模块，用于接收或发送VXLAN报文；

所述报文传输模块包括：

封装/解封装单元，用于将所述用户接口模块接收的用户数据报文封装为VXLAN报文，或者将所述网络接口模块接收的VXLAN报文解封装为用户数据报文；

报文转发单元，用于将所述封装/解封装单元封装后的VXLAN报文通过所述网络接口模块转发到所述对端设备，并将所述封装/解封装单元解封装后的用户数据报文通过所述用户接口模块转发给用户设备。

11.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，

所述报文转发单元，还用于在发送的VXLAN报文丢失后，对所述VXLAN报文进行重传。

12.根据权利要求11所述的设备，其特征在于，所述报文传输模块还包括：

排序单元，用于对所述封装/解封装单元解封装后的用户数据报文进行排序。

13.根据权利要求11所述的设备，其特征在于，所述报文传输模块还包括：

拥塞控制单元，用于利用TCP BBR算法对所述报文转发单元发送的VXLAN报文的进行拥塞控制。

14.根据权利要求10所述的设备，其特征在于，所述设备还包括：

配置模块，用于配置VNI、以及VXLAN隧道源IP地址和目的IP地址。