CN103795815A - 网络通讯系统以及网络通讯方法 - Google Patents

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CN103795815A CN201210422005.4A CN201210422005A CN103795815A CN 103795815 A CN103795815 A CN 103795815A CN 201210422005 A CN201210422005 A CN 201210422005A CN 103795815 A CN103795815 A CN 103795815A
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Abstract

本发明提出一种网络通讯系统以及网络通讯方法。网络通讯系统包括云端网络以及至少一实体机器。云端网络包括至少一实体交换机。各个实体机器包括虚拟交换机以及多个虚拟机器，各个虚拟机器透过虚拟交换机以连接至云端网络中的至少一实体交换机。其中，虚拟交换机封装所述多个虚拟机器所发送的发出帧的目的地机器地址，并附加目的地交换机地址至此发出帧以转发至所述至少一实体交换机，且接收及分析从所述至少一实体交换机所获得的进入帧，以将此进入帧的目的地交换机地址转换为目的地机器地址，以转发至所述多个虚拟机器其中之一。

Description

网络通讯系统以及网络通讯方法
技术领域
本发明是有关于一种通讯技术，且特别是有关于一种网络通讯系统及其网络通讯方法。
背景技术
随着电脑科技及网际网络的蓬勃发展，云端运算(cloud computing)应用也日趋普遍。在云端运算网络中，使用者不需要知道用于计算的基础结构(infrastructure)的地点以及其他细节，即可以使用云端运算所提供用来计算、数据存取以及储存的资源。透过使用位于云端网络的中的其他电脑的资源，可以让运算能力较低的装置(例如手机)使用这些资源来处理数据，进而使得其可以使用高运算能力的电脑(例如服务器)才能执行的功能。
云端网络具备众多的网络设备(network element)(例如，交换机(switch)或是路由器(router))，其与实体机器以及附近的网络设备相连接，迅速传递网络封包来实现云端网络。位于云端网络中心的核心(core)网络设备以及直接耦接至实体机器的边缘(edge)网络设备需要记录位于云端网络中每个虚拟机器的媒体存取控制(Medium Access Control，MAC)地址，导致这些网络设备需要相当大、存取迅速且相当昂贵的存储器来储存这些虚拟机器地址。上述核心及边缘网络设备是云端网络相对于实体机器的相对连接关系。目前虽可透过多链接透明互联(Transparent Interconnect of Lots of Links，TRILL)以减少核心网络设备用来记录虚拟机器地址的存储器空间(例如内容可寻址式存储器(Content AddressableMemory，CAM))，但是边缘网络设备仍具有存储器空间不足的问题。
具体而言，边缘网络设备必须要记录与其所连接的多个实体服务器中所有虚拟机器的媒体存取控制地址，使得边缘网络设备中的存储器必须具备至少与所述虚拟机器的数量相等的空间。因此，随着虚拟机器数量的增加，存储器的成本将会因为需要记录更多的网络地址而提高。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种网络通讯系统，可有效减少边缘网络设备所需记录的媒体存取地址数量，降低边缘网络设备中所具备的存储器空间，借以降低成本。
本发明提供一种网络通讯系统，包括云端网络以及至少一实体机器。云端网络包括至少一实体交换机。各个实体机器包括虚拟交换机以及多个虚拟机器，各个虚拟机器透过虚拟交换机以连接至云端网络中的至少一实体交换机。其中，虚拟交换机封装所述多个虚拟机器所发送的发出(egress)帧的目的地机器地址，并附加目的地交换机地址至此发出帧以转发至所述至少一实体交换机，且接收及分析从所述至少一实体交换机所获得的进入(ingress)帧，以将此进入帧的目的地交换机地址转换为目的地机器地址，以转发至所述多个虚拟机器其中之一。
在本发明的一实施例中，上述的虚拟交换机包括第一地址记录表，用以记录各虚拟机器以及所连接的至少一实体交换机的媒体存取控制地址。
在本发明的一实施例中，所述至少一实体交换机包括第二地址记录表，用以记录云端网络中各个实体交换机的媒体存取控制地址。
在本发明的一实施例中，所述发出帧的目的地机器地址为云端网络中目的地虚拟机器的媒体存取控制地址。
在本发明的一实施例中，所述发出帧的目的地交换机地址为云端网络中与目的地虚拟机器相连接的目的地实体交换机的媒体存取控制地址。
在本发明的一实施例中，上述的虚拟交换机为所述至少一实体机器的网络伺服程序。
本发明另提供一种网络通讯方法，适用于网络通讯系统的至少一实体机器，此方法包括下列步骤：接收来自多个虚拟机器其中之一的发出帧，其中所述多个虚拟机器位于所述至少一实体机器。封装发出帧的目的地机器地址。附加目的地交换机地址至发出帧。转发发出帧至所述至少一实体交换机。
上述网络通讯方法的技术细节和上述的网络通讯系统相同，此处不再赘述。
基于上述，在本发明实施例所述的网络通讯系统中，各个虚拟机器皆需透过实体机器内部设置的虚拟交换机来与实体交换机连接，使得实体交换机仅需记忆与其相连的实体机器中虚拟交换机的机器地址，即可达成云端网络的帧传递。借此，透过有效减少在实体交换机上用来记录各个机器地址的储存空间，厂商可选用较低储存容量的存储器来建置实体交换机，因而降低了成本。
附图说明
为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中：
图1是根据本发明第一实施例说明一种网络通讯系统的示意图。
图2是根据本发明第一实施例说明一种网络通讯系统的通讯方法流程图。
图3是根据本发明第二实施例说明一种网络通讯系统的示意图。
图4是根据本发明第二实施例说明一种网络通讯系统的通讯方法流程图。
主要元件符号说明：
100、300：网络通讯系统
110、110_1~110_R：实体机器
112_1~112_K、112_1_1~112_1_Q、112_R_1~112_R_P、130：虚拟机器
114、114_1~114_R：虚拟交换机
120：云端网络
140_1、140_2：实体交换机
S210~S240、S410~S470：步骤
具体实施方式
在云端网络中，边缘网络设备(例如机柜顶端(Top-of-Rack，ToR)交换机)必须要将所有与其所连接的虚拟机器(virtual machine)的MAC地址记录在自身的存储器(例如内容可寻址式存储器(Content Addressable Memory，CAM))中，才可以使得所述虚拟机器的数据能够透过边缘网络设备在云端网络中传输。然而，由于虚拟机器的数量日益增多，使得边缘网络设备中的存储器空间必须随之增加，以达到记录所有虚拟机器的MAC地址的目的。而随着所述存储器空间的增加，使得边缘网络设备的实作成本将越来越高。因此，本发明实施例透过在边缘网络设备与虚拟机器之间设置虚拟交换机的方式，使得边缘网络设备可以减少所需的存储器空间，进而降低其在实现上的成本。
图1是根据本发明第一实施例说明一种网络通讯系统的示意图。网络通讯系统100包括实体机器110以及云端网络120。实体机器110包括虚拟交换机114以及虚拟机器112_1~112_K(K为正整数)，各个虚拟机器112_1~112_K与虚拟交换机114连接。实体机器110可以是例如一般云端网络中的服务器，而其中的虚拟机器112_1~112_K可以用例如VMWare、Xen、核心层虚拟机器(Kernel based Virtual Machine，KVM)以及VirtualBox的软件来实现。
云端网络120包括实体交换机140_1以及140_2，实体交换机140_1以及140_2可以是一般网络中的交换机(switch)，也可以是例如ToR的交换机。位于实体机器110中的各个虚拟机器112_1~112_K透过虚拟交换机114与实体交换机140_1连接，并进而借由实体交换机140_1连接云端网络120。
当其中一个虚拟机器112_1~112_K(在此以虚拟机器112_1作为举例)想要将自身所发送的发出(egress)帧传输至虚拟机器130时，必须先经由虚拟交换机114来处理此发出帧。虚拟交换机114在处理此发出帧时，并不会像以往通讯技术一般，在发出帧的帧数据格式中直接地将所述发出帧上的目的地机器(亦即虚拟机器130)地址明确地标示在所述发出帧的标头(header)部分。相对地，虚拟交换机114则是封装(encapsulation)虚拟机器130地址到帧数据格式中，并且附加上与虚拟机器130连接的目的地交换机(亦即实体交换机140_2)地址。
换句话说，上述「封装」即是虚拟交换机114将目的地机器地址包含在上述发出帧中的某一部分，使得接收到此发出帧的装置不会直接地以此目的地机器地址来当作下一个传送的目的地。于是，虚拟交换机114在将所述发出帧转发至实体交换机140_1时，实体交换机140_1即可依据上述附加的目的地交换机(亦即实体交换机140_2)地址而将此发出帧转发至在云端网络120中具有此目的地交换机地址的实体交换机140_2，并进而由实体交换机140_2转发至具有所述目的地机器地址的虚拟机器130。
上述位于发出帧中的目的地机器地址可以是在云端网络120中的目的地虚拟机器的MAC地址，而目的地交换机地址则可以是在云端网络120中与所述目的地虚拟机器相连接的目的地实体交换机(例如实体交换机140_2)的MAC地址。
虚拟交换机114可以包括第一地址记录表，用以记录在实体机器110中，各个与虚拟交换机114连接的虚拟机器112_1~112_K的MAC地址。此外，所述第一地址记录表也可以用以记录在云端网络120中，与虚拟交换机114所连接的实体交换机140_1的MAC地址。
实体交换机140_1也可以包括第二地址记录表，用以记录云端网络120中的其他实体交换机的MAC地址。同时，第二地址记录表也可以用以记录与实体交换机140_1所连接的虚拟交换机114的MAC地址。
借此，本实施例在虚拟机器112_1~112_K与实体交换机140_1之间设置虚拟交换机114，可使实体交换机140_1上的第二地址记录表不需要记录与其所连接的实体机器110上的所有虚拟机器112_1~112_K的MAC地址，而只需要记录虚拟交换机114的MAC地址即可。因此，假若云端网络120中的另一实体机器中的虚拟机器想要经由实体交换机140_1转发一进入(ingress)帧(亦即由上述另一实体机器中的虚拟机器所发送的发出帧)至虚拟机器112_1~112_K的其中之一时，实体交换机140_1仅需将所述进入帧上的目的地交换机地址由实体交换机140_1的MAC地址更改为虚拟交换机114的MAC地址即可。
于是，此进入帧便会由实体交换机140_1转发至虚拟交换机114，而当虚拟交换机114接收到所述进入帧之后，便会将此进入帧上由当初发送的实体机器上的虚拟交换机所封装的目的地机器地址解封装(decapsulation)，并且将此进入帧的目的地交换机地址(亦即虚拟交换机114的MAC地址)转换为所述目的地机器地址(亦即虚拟机器112_1~112_K的其中之一的MAC地址)，进而将此进入帧正确地转发至虚拟机器112_1~112_K的其中之一。
换句话说，上述「解封装」的涵义是虚拟交换机114会以此进入帧中，当初被封装在此进入帧中的目的地机器地址来当作下一个转发的目的地地址。或者，在所述进入帧被转发至目的地机器的过程中，也可以视为只有虚拟交换机114才会参考目的地机器地址来做为下一次转发帧的目的地地址依据，而其他中途转发的实体交换机并不会以所述目的地机器地址做为转发帧的目的地地址依据。
虚拟交换机114可用实体机器110上的网络伺服程序来实现。由于实体机器110可以是包括随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)元件的服务器，因此，所述网络伺服程序可以在此RAM中以软件的方式来实现。如此一来，位于虚拟交换机114中的所述第一地址记录表的空间可以具有较佳的弹性。也就是说，在实体机器110上实现虚拟交换机114时，不需要采用额外的存储器(例如CAM)来实现第一地址记录表，这使得第一地址记录表可以较不受到硬件(亦即存储器)空间上的限制。
图2是根据本发明第一实施例说明一种网络通讯系统的通讯方法流程图。请同时参照图1及图2，在步骤S210中，虚拟交换机114接收来自虚拟机器112_1~112_K其中之一的发出帧，其中虚拟机器112_1~112_K位于实体机器110中。在步骤S220中，虚拟交换机114封装所述发出帧的目的地机器地址。在步骤S230中，虚拟交换机114附加目的地交换机地址至发出帧。在步骤S240中，虚拟交换机114转发所述发出帧至云端网络120中的至少一实体交换机(例如实体交换机140_1)。
图3是根据本发明第二实施例说明一种网络通讯系统300的示意图。其中，实体机器110_1~110_R(R为正整数)中的各个虚拟机器分别透过虚拟交换机114_1~114_R与实体交换机140_2连接。举例而言，在实体机器110_1中，虚拟机器112_1_1~112_1_Q(Q为正整数)透过虚拟交换机114_1与实体交换机140_2连接；在实体机器110_R中，虚拟机器112R_1~112R_P(P为正整数)透过虚拟交换机114_R与实体交换机140_2连接。
在本实施例中，实体机器110_1~110_R可以分别以例如刀锋服务器(bladeserver)的方式来实现，多个刀锋服务器也可以进而组成机架式(rack mount)的服务器主机，并且可以透过实体交换机140_2(亦即ToR)来与云端网络120连接。
位于云端网络120中的实体交换机140_2透过云端网络120中的其他实体交换机与实体交换机140_1连接。而实体交换机140_1透过虚拟交换机314与实体机器310中的虚拟机器312_1~312_K连接。其中，所述的其他实体交换机可以是与另一个机架式服务器主机(由另一组刀锋服务器组成，其中每个刀锋服务器可以包括多个虚拟机器)所连接的ToR。也就是说，多个机架式服务器主机可以透过各自所连接的ToR来互相通讯。此外，多个机架式服务器主机也可以一起放置在货柜式(container)数据中心(data center)中，以便于设备维护人员统一管理。
在本发明的一实施例中，云端网络120中可以更包括核心网络设备，用于记录在云端网络120中的各个实体交换机的MAC地址。在所述核心网络设备上可以用TRILL的概念来降低此核心网络设备所用以记录云端网络120中的各个实体交换机的地址记录表空间。因此，云端网络120可以是一种TRILL集区(campus)的网络，而位于此TRILL集区网络中的各个实体交换机可以是在此TRILL集区网络中的RBridge(其可视为是具有路由功能的交换机)。
举一例而言，当实体机器310中的虚拟机器312_1想要与实体机器110_1中的虚拟机器112_1_Q通讯时，虚拟机器312_1可以发送带有虚拟机器112_1_Q的MAC地址的发出帧至虚拟交换机314。虚拟交换机314在接收到此发出帧后，便会封装其中的虚拟机器112_1_Q的MAC地址，并且附加上实体交换机140_1的MAC地址做为下一个目的地交换机地址。所以，此由虚拟交换机314所发送至实体交换机140_1的发出帧可以视为是一种带有MAC-in-MAC信息的帧。
也就是说，在将所述发出帧转发至虚拟机器112_1_Q过程中的各个接收端(例如实体交换机140_1、140_2以及虚拟交换机114_1)在接收到此发出帧时，只有实体机器110_1中的虚拟交换机114_1会以112_1_Q的MAC地址做为转发的目的地地址。而在传输过程中的各个转发所述发出帧的实体交换机(例如实体交换机140_1及140_2)将只会以下一个要转发的目的地实体交换机的MAC地址做为目的地地址。
实体交换机140_1在接收到此发出帧之后，可以利用自身的第二地址记录表以及RBridge的路由功能找出需经由哪些实体交换机才能将此发出帧传送至实体交换机140_2。因此，在将所述发出帧转发至虚拟机器112_1_Q的过程中，发出帧上的目的地交换机地址将会多次地被更改，也就是说，所述目的地交换机地址会被当时接收到此发出帧的实体交换机更改为下一个将传送到的实体交换机的MAC地址。
在经过了云端网络120中的多个实体交换机(亦即RBridge)的转发而将所述发出帧转发至实体交换机140_2时，实体交换机140_2可以接着将此发出帧的目的地交换机地址更改为虚拟交换机114_1的MAC地址并且进行转发。请注意，所述由虚拟机器312_1所发送的发出帧对于虚拟交换机1141而言是进入帧的身分。当虚拟交换机114_1接收到此进入帧之后，即可以将其中被封装的部分帧数据解封装，以得到被虚拟交换机314所封装的虚拟机器112_1_Q的MAC地址。接着，虚拟交换机1141借由查询自身的第一地址记录表，以将此进入帧的目的地交换机地址转换为虚拟机器112_1_Q的MAC地址，并将此进入帧发送至虚拟机器112_1_Q。
图4是根据本发明第二实施例说明一种网络通讯系统的通讯方法流程图。请同时参照图3及图4，当实体机器310中的虚拟机器312_1想要与实体机器110_1中的虚拟机器112_1_Q通讯时，在步骤S410中，虚拟交换机314将接收来自虚拟机器312_1的发出帧。在步骤S420中，虚拟交换机314封装此发出帧中的目的地机器地址(亦即虚拟机器112_1_Q的MAC地址)。在步骤S430中，虚拟交换机314附加目的地交换机地址(例如实体交换机140_1的MAC地址)至所述发出帧。在步骤S440中，虚拟交换机314转发此发出帧至云端网络120中的至少一实体交换机(例如实体交换机140_1)。
在经由云端网络120中的多个实体交换机的转发之后，在步骤S450中，虚拟交换机114_1接收由实体交换机140_2所获得的进入帧(亦即由虚拟机器312_1所发送的发出帧)。在步骤S460中，虚拟交换机114_1对此进入帧解封装，以得到目的地机器地址。接着，虚拟交换机114_1将进入帧其中的目的地交换机地址(亦即虚拟交换机114_1的MAC地址)转换为目的地机器地址(亦即虚拟机器112_1_Q的MAC地址)。在步骤S470中，虚拟交换机114_1将所述进入帧转发至虚拟机器112_1_Q。
综上所述，在本发明实施例所述的网络通讯系统中，各个虚拟机器皆需透过实体机器内部设置的虚拟交换机来与实体交换机连接，使得实体交换机仅需记忆与其相连的实体机器中虚拟交换机的机器地址，即可达成云端网络的帧传递。借此，透过有效减少在实体交换机上用来记录各个机器地址的储存空间，厂商可选用较低储存容量的存储器(例如CAM)来建置实体交换机，达到降低成本的目的。此外，由于虚拟交换机可以在实体机器中的既有存储器(例如RAM)中以网络伺服程序的软件方式来实现，因此也不需增加额外的系统成本。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims (10)

1.一种网络通讯系统，包括：
一云端网络，包括至少一实体交换机；
至少一实体机器，各该实体机器包括多个虚拟机器以及一虚拟交换机，各该虚拟机器透过该虚拟交换机以连接至该云端网络中的该至少一实体交换机，
其中，该虚拟交换机封装该些虚拟机器所发送的一发出帧的一目的地机器地址，并附加一目的地交换机地址至该发出帧以转发至该至少一实体交换机，且接收及分析从该至少一实体交换机所获得的一进入帧，以将该进入帧的该目的地交换机地址转换为该目的地机器地址，以转发至该些虚拟机器其中之一。
2.如权利要求1所述的网络通讯系统，其特征在于，该虚拟交换机包括一第一地址记录表，用以记录各该虚拟机器以及所连接的该至少一实体交换机的媒体存取控制地址。
3.如权利要求2所述的网络通讯系统，其特征在于，该至少一实体交换机包括一第二地址记录表，用以记录该云端网络中各个实体交换机的媒体存取控制地址。
4.如权利要求1所述的网络通讯系统，其特征在于，该发出帧的该目的地机器地址为该云端网络中一目的地虚拟机器的媒体存取控制地址。
5.如权利要求4所述的网络通讯系统，其特征在于，该发出帧的该目的地交换机地址为该云端网络中与该目的地虚拟机器相连接的一目的地实体交换机的媒体存取控制地址。
6.一种网络通讯方法，适用于一网络通讯系统的至少一实体机器，该传输方法包括：
接收来自多个虚拟机器其中之一的一发出帧，其中该些虚拟机器位于该至少一实体机器；
封装该发出帧的一目的地机器地址；
附加一目的地交换机地址至该发出帧；以及
转发该发出帧至该至少一实体交换机。
7.如权利要求6所述的网络通讯方法，还包括：
接收从该至少一实体交换机所获得的一进入帧；
将该进入帧的该目的地交换机地址转换为该目的地机器地址；以及
转发该进入帧至该些虚拟机器其中之一。
8.如权利要求6所述的网络通讯方法，其特征在于，至少一实体机器包括该些虚拟机器以及一虚拟交换机，且该虚拟交换机为一网络伺服程序，以实现该网络通讯方法。
9.如权利要求8所述的网络通讯方法，其特征在于，该虚拟交换机包括一第一地址记录表，用以记录各该虚拟机器以及所连接的该至少一实体交换机的媒体存取控制地址。
10.如权利要求9所述的网络通讯方法，其特征在于，该至少一实体交换机包括一第二地址记录表，用以记录该云端网络中各个实体交换机的媒体存取控制地址。
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