CN104144096A - 虚拟网络层构建方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种虚拟网络层构建方法、装置及系统，该方法包括：通过虚拟网络设备Tun网卡建立虚拟网络接入点；通过所述虚拟网络接入点接入服务端以及客户端；在所述服务端与所述客户端之间建立虚拟网络通道；根据所述虚拟网络接入点以及所述虚拟网络通道构建虚拟网络层。实施本发明，通过虚拟网络设备Tun网卡构建虚拟网络层，从而系统地实现了通过虚拟网络层组网以及传输数据包的过程，避免了在组网以及数据包传输过程中对硬件的依赖。同时，构建本虚拟网络层，直接将虚拟IP地址作为用户的身份识别信息，身份验证以及鉴权过程得到简化，通过动态分配客户端的IP地址，使得组建网络的方式更为灵活，适应更多场景。

Description

虚拟网络层构建方法、装置及系统

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种虚拟网络层构建方法、装置及系统。

背景技术

针对现有技术中，在服务器与客户端之间建立通信网络后，主要是基于典型的IPV4或者IPV6网络实现网络数据包的传输。其中，服务器与客户端之间的数据包的传输通常包括加密、解密、验证、鉴权等操作过程。当客户端与服务器建立通信连接后，服务器动态分配客户端的IP地址。当客户端或者服务器有数据包的传输需求时，首先通过客户端向服务器上传用户的身份验证信息，当该用户的身份验证信息经过服务器的验证并通过后，再通过读取相关的访问权限，根据用户的访问权限获取相应的数据包，最后完成数据包的传输操作。

可以理解，根据现有技术建立的通信网络，通过服务器动态分配客户端的IP地址时，需要提供明文密码来进行用户身份的验证以及鉴权，安全性较差，容易造成用户身份信息的泄露。同时，在服务器端，一方面，对用户身份进行验证的过程较为复杂，另一方面，采用传统的网卡传输模式，需要依靠硬件网路板卡以实现数据包的传输，不利于实现系统精简化，不符合通信网络系统轻量化的需求。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题是提供一种虚拟网络层构建方法、装置及系统，以解决现有技术中，针对于现有的通信网络，用户身份的验证以及鉴权过程较为复杂、安全性较低，同时，采用明文密码容易造成用户身份信息泄露，需要依靠硬件网路板卡支持，以及通信网络系统精简化的缺陷。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

构造一种虚拟网络层构建方法，该方法包括以下步骤：

通过虚拟网络设备Tun网卡建立虚拟网络接入点；

通过虚拟网络接入点接入服务端以及客户端；

在服务端与客户端之间建立虚拟网络通道；

根据虚拟网络接入点以及虚拟网络通道构建虚拟网络层。

优选地，通过虚拟网络设备Tun网卡建立虚拟网络接入点之前还包括：在服务端以及客户端启动并初始化虚拟网络设备Tun网卡。

优选地，通过虚拟网络接入点接入服务端以及客户端具体包括：

客户端通过虚拟网络接入点向服务端发送寻址请求，服务端根据寻址请求向客户端返回虚拟地址，具体地，

服务端包括核心服务器以及负载均衡服务器，客户端根据链接需求向核心服务器或负载均衡服务器发送寻址请求；

当核心服务器接收到寻址请求时，核心服务器根据寻址请求向客户端返回虚拟地址；

当负载均衡服务器接收到寻址请求时，负载均衡服务器将寻址请求上传至核心服务器，核心服务器根据寻址请求向客户端返回虚拟地址。

优选地，在服务端与客户端之间建立虚拟网络通道具体包括：

通过服务端的第一虚拟网络设备Tun网卡以及客户端的第二虚拟网络设备Tun网卡建立虚拟网络链接；

通过虚拟网络链接传输IP数据包；具体地，

通过第一虚拟网络设备Tun网卡对IP数据包进行封装操作或者解封装操作；

通过第二虚拟网络设备Tun网卡对IP数据包进行解封装操作或者封装操作；

根据虚拟网络链接以及封装的IP数据包构建虚拟网络通道。

优选地，根据虚拟网络接入点以及虚拟网络通道构建虚拟网络层之后还包括，根据传输需求在虚拟网络层内规划IP数据包的传输路径。

本发明还提出了一种虚拟网络层构建装置，该装置包括：

虚拟网络接入点构建模块，用于通过虚拟网络设备Tun网卡建立虚拟网络接入点；

虚拟网络接入点接入模块，用于通过虚拟网络接入点接入服务端以及客户端；

虚拟网络通道构建模块，用于在服务端与客户端之间建立虚拟网络通道；

虚拟网络层构建模块，用于根据虚拟网络接入点以及虚拟网络通道构建虚拟网络层。

优选地，还包括虚拟网络设备Tun网卡初始化模块，用于在服务端以及客户端启动并初始化虚拟网络设备Tun网卡。

优选地，虚拟网络接入点接入模块用于向服务端发送寻址请求，根据寻址请求向客户端返回虚拟地址；虚拟网络接入点接入模块包括第一接入点接入单元以及第二接入点接入单元，其中，

第一接入点接入单元用于当核心服务器接收到寻址请求时，根据寻址请求向客户端返回虚拟地址；

第二接入点接入单元用于当负载均衡服务器接收到寻址请求时，将寻址请求上传至核心服务器，并根据寻址请求向客户端返回虚拟地址。

优选地，虚拟网络层构建模块包括虚拟网络链接构建单元、IP数据包传输单元以及IP数据包解封装单元，其中，

虚拟网络链接构建单元用于通过服务端的第一虚拟网络设备Tun网卡以及客户端的第二虚拟网络设备Tun网卡建立虚拟网络链接；

IP数据包传输单元用于通过虚拟网络链接传输IP数据包；

IP数据包解封装单元用于通过第一虚拟网络设备Tun网卡对IP数据包进行封装操作或者解封装操作，通过第二虚拟网络设备Tun网卡对IP数据包进行解封装操作或者封装操作；

该装置还包括传输路径规划模块，用于根据传输需求在虚拟网络层内规划IP数据包的传输路径。

本发明还提出了一种虚拟网络层构建系统，该系统包括以上虚拟网络层构建装置。

实施本发明，通过虚拟网络设备Tun网卡构建虚拟网络层，从而系统地实现了通过虚拟网络层组网以及传输数据包的过程，避免了在组网以及数据包传输过程中对硬件的依赖。同时，构建本虚拟网络层，直接将虚拟IP地址作为用户的身份识别信息，身份验证以及鉴权过程得到简化，通过动态分配客户端的IP地址，使得组建网络的方式更为灵活，适应更多场景。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明较佳实施例提供的虚拟网络层构建方法的流程图；

图2是本发明另一较佳实施例提供的虚拟网络层构建方法的流程图；

图3是本发明又一较佳实施例提供的虚拟网络层构建方法的流程图；

图4是本发明较佳实施例提供的虚拟网络层构建装置的结构框图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例一

图1是本发明较佳实施例提供的虚拟网络层构建方法的流程图。该方法包括以下步骤：

S1，通过Tun网卡建立虚拟网络接入点。通过服务端或者客户端的Tun网卡建立虚拟网络接入点，可以理解，虚拟网络接入点是建立在现有技术的网络接入点之上，通过虚拟地址以及虚拟接入协议构成，以完成虚拟地址分配、虚拟地址寻址、虚拟网络链接等操作的虚拟接入点。

在计算机网络中，TUN是操作系统内核中的虚拟网络设备。不同于普通靠硬件网路板卡实现的设备，这些虚拟的网络设备全部用软件实现，并向运行于操作系统上的软件提供与硬件的网络设备完全相同的功能。TUN模拟了网络层设备，操作第三层数据包比如IP数据封包。操作系统通过TUN设备向绑定该设备的用户空间的程序发送数据，反之，用户空间的程序也可以像操作硬件网络设备那样，通过TUN设备发送数据。在后种情况下，TUN设备向操作系统的网络栈投递(或“注入”)数据包，从而模拟从外部接受数据的过程。服务器如果拥有TUN模块，则可以开启VPN代理功能。

S2，通过虚拟网络接入点接入服务端以及客户端。首先，由客户端向服务端发送虚拟连接请求，当服务端接收到上述虚拟连接请求后，根据该虚拟连接请求向该客户端分配虚拟地址；然后，获取虚拟地址的客户端根据该虚拟地址信息接入上述服务端的虚拟网络接入点。同理，由第一服务端向第二服务端发送虚拟连接请求，当第二服务端接收到上述虚拟连接请求后，根据该虚拟连接请求向第一服务端分配虚拟地址；然后，获取虚拟地址的第一服务端根据该虚拟地址信息接入上述第二服务端的虚拟网络接入点。

S3，在服务端与客户端之间建立虚拟网络通道。当根据上述步骤，将服务端或者客户端接入虚拟网络接入点后，在服务端与客户端之间建立虚拟网络协议，通过该虚拟网络协议为服务端以及客户端规划独立的IP规则以及DNS(域名解析)规则。然后，根据该虚拟网络协议建立虚拟网络通道。可以理解，该虚拟网络通道建立在上述虚拟网络地址之上，并根据上述虚拟网络协议规则进行数据包的传输操作。

S4，根据虚拟网络接入点以及虚拟网络通道构建虚拟网络层。通过虚拟网络通道连接各个虚拟网络接入点，由此各个虚拟网络通道及其连接的各个虚拟网络接入点构建该虚拟网络层。可以理解，在该虚拟网络层内，当客户端需要将数据包传输至服务端时，首先，为该数据包设置虚拟的IP地址，同时，对该虚拟的IP地址进行封装操作，当完成封装操作后，将其通过虚拟网络通道发送至服务端的虚拟网络接入点，服务端的虚拟网络接入点首先将接收到的虚拟IP地址进行解封装操作，然后，将该虚拟IP地址还原为真实IP地址，最后，根据真实IP地址还原传送的数据包。

实施例二

图2是本发明另一较佳实施例提供的虚拟网络层构建方法的流程图。基于上述实施例，在步骤S1之前还包括步骤S0。

S0，在服务端以及客户端启动并初始化Tun网卡。在服务端以及客户端均设置Tun网卡。经过该Tun虚拟网卡的数据包接收和发送操作并不直接和真实的物理网卡关联，而是通过用户空间来进行数据包的转交。例如，在linux下，通过Tun虚拟网卡接口实现核心态和用户态数据包的交互，有以下多种方式：可以通用socket创建特殊套接字，利用套接字实现数据交互；通过proc文件系统创建文件来进行数据交互；还可以使用设备文件的方式，访问设备文件会调用虚拟网卡接口相应的例程，Tun虚拟网卡接口本身就是核心态和用户态的一个接口，基于Tun的虚拟网卡接口即是利用设备文件实现用户态和核心态的数据包交互过程。

进一步地，在上述步骤S2，通过虚拟网络接入点接入服务端以及客户端中，具体包括：

客户端通过虚拟网络接入点向服务端发送寻址请求，服务端根据寻址请求向客户端返回虚拟地址，具体地：

服务端包括核心服务器以及负载均衡服务器，客户端根据链接需求向核心服务器或负载均衡服务器发送寻址请求；

a，当核心服务器接收到寻址请求时，核心服务器根据寻址请求向客户端返回虚拟地址；

b，当负载均衡服务器接收到寻址请求时，负载均衡服务器将寻址请求上传至核心服务器，核心服务器根据寻址请求向客户端返回虚拟地址。

可以理解，负载均衡服务器，可看做是本方法中的控制服务器，一方面，可以将客户端的的连接请求都首先发到该负载均衡服务器，然后由该负载均衡服务器根据各个实际处理服务器状态，将请求具体分配到某个实际处理的核心服务器中，对外公开的域名与IP地址均交付该负载均衡服务器完成，同时，可以理解的是，在本方法中，对上述公开的域名以及IP地址均是经Tun网卡虚拟化的。另一方面，可以认为，本方法通过负载均衡服务器负责负载均衡控制，承担负载均衡任务分配，例如，对虚拟网络连接请求的转发等。

进一步地，在上述步骤S3，服务端与客户端之间建立虚拟网络通道中，具体包括：

通过服务端的第一Tun网卡以及客户端的第二Tun网卡建立虚拟网络链接；

通过虚拟网络链接传输IP数据包。

具体地：

a，通过第一Tun网卡对IP数据包进行封装操作或者解封装操作。例如，通过第一Tun网卡对IP数据包进行封装操作，然后将封装后的IP数据包通过第一Tun网卡虚拟的第一虚拟网络接入点传输至第二Tun网卡虚拟的第二虚拟网络接入点；第二虚拟网络接入点解封装接收到的IP数据包，然后，通过第二Tun网卡还原该IP数据包的真实IP地址，进而还原该IP数据包。

b，通过第二Tun网卡对IP数据包进行解封装操作或者封装操作。该步骤的实施方式如上例所述，在此不再赘述。

可以理解，在该步骤中，在IP数据包的解封装操作之前，通过本虚拟网络层，直接将虚拟IP的地址作为用户的身份识别信息，身份验证以及鉴权过程得到简化。当身份验证以及鉴权通过后，在进行该步骤的IP数据包传输与解封装操作。同时，本方法还可以通过服务端或者客户端的Tun网卡设置虚拟的动态IP地址，通过动态分配客户端的IP地址，使得组建网络的方式更为灵活，适应更多场景。

最后，根据虚拟网络链接以及封装的IP数据包构建虚拟网络通道。

实施例三

图3是本发明又一较佳实施例提供的虚拟网络层构建方法的流程图。基于上述实施例，在步骤S4之后还包括步骤S5。

S5，根据传输需求在虚拟网络层内规划IP数据包的传输路径。

例如，根据传输需求，在虚拟网络层内规划IP数据包的传输路径表，该传输路径表可以是由Tun网卡建立的虚拟路由器中保存着的各种传输路径的相关数据，供虚拟路由选择时使用。同时，该传输路径表中保存着由虚拟网络通道构建的虚拟子网的标志信息、虚拟路由器的个数和下一个虚拟路由器的名字等内容。

可以理解，该传输路径表可以是由系统管理员预先设置好的，也可以由虚拟网络层动态修改，可以由虚拟路由器自动调整，也可以由上述核心服务器或者负载均衡服务器的主机控制。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来控制相关的硬件完成，所述的程序可以在存储于一计算机可读取存储介质中，所述的存储介质，如ROM/RAM、磁盘、光盘等。

实施例四

图4是本发明较佳实施例提供的虚拟网络层构建装置的结构框图。该装置包括：

虚拟网络接入点构建模块10，用于通过Tun网卡100建立虚拟网络接入点；

虚拟网络接入点接入模块20，用于通过虚拟网络接入点接入服务端以及客户端；

虚拟网络通道构建模块30，用于在服务端与客户端之间建立虚拟网络通道；

虚拟网络层构建模块40，用于根据虚拟网络接入点以及虚拟网络通道构建虚拟网络层。

进一步地，该装置还包括Tun网卡初始化模块50，用于在服务端以及客户端启动并初始化Tun网卡100。

进一步地，虚拟网络接入点接入模块20用于向服务端发送寻址请求，根据寻址请求向客户端返回虚拟地址；虚拟网络接入点接入模块20包括第一接入点接入单元21以及第二接入点接入单元22，其中，

第一接入点接入单元21用于当核心服务器接收到寻址请求时，根据寻址请求向客户端返回虚拟地址；

第二接入点接入单元22用于当负载均衡服务器接收到寻址请求时，将寻址请求上传至核心服务器，并根据寻址请求向客户端返回虚拟地址。

进一步地，虚拟网络层构建模块30包括虚拟网络链接构建单元31、IP数据包传输单元32以及IP数据包解封装单元33，其中，

虚拟网络链接构建单元31用于通过服务端的第一Tun网卡以及客户端的第二Tun网卡建立虚拟网络链接；

IP数据包传输单元32用于通过虚拟网络链接传输IP数据包；

IP数据包解封装单元33用于通过第一Tun网卡对IP数据包进行封装操作或者解封装操作，通过第二Tun网卡对所述IP数据包进行解封装操作或者封装操作；

该装置还包括传输路径规划模块60，用于根据传输需求在虚拟网络层内规划IP数据包的传输路径。

实施例五

本发明还提出了一种基于Tun网卡的虚拟网络层构建系统，该系统包括以上基于Tun网卡的虚拟网络层构建装置。可以理解，该系统可应用于通信运营商的服务器或者通信网络之中。

实施本发明，通过Tun网卡构建虚拟网络层，从而系统地实现了通过虚拟网络层组网以及传输数据包的过程，避免了在组网以及数据包传输过程中对硬件的依赖。同时，构建本虚拟网络层，直接将虚拟IP地址作为用户的身份识别信息，身份验证以及鉴权过程得到简化，通过动态分配客户端的IP地址，使得组建网络的方式更为灵活，适应更多场景。

需要说明的是，上述方法实施例中的技术特征在本装置均对应适用，这里不再重述。

以上参照附图说明了本发明的优选实施例，并非因此局限本发明的权利范围。本领域技术人员不脱离本发明的范围和实质，可以有多种变型方案实现本发明，比如作为一个实施例的特征可用于另一实施例而得到又一实施例。凡在运用本发明的技术构思之内所作的任何修改、等同替换和改进，均应在本发明的权利范围之内。

Claims (10)

1.一种虚拟网络层构建方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

通过虚拟网络设备Tun网卡建立虚拟网络接入点；

通过所述虚拟网络接入点接入服务端以及客户端；

在所述服务端与所述客户端之间建立虚拟网络通道；

根据所述虚拟网络接入点以及所述虚拟网络通道构建虚拟网络层。

2.根据权利要求1所述的虚拟网络层构建方法，其特征在于，通过所述虚拟网络设备Tun网卡建立所述虚拟网络接入点之前还包括：在所述服务端以及所述客户端启动并初始化所述虚拟网络设备Tun网卡。

3.根据权利要求2所述的虚拟网络层构建方法，其特征在于，通过所述虚拟网络接入点接入所述服务端以及所述客户端具体包括：

所述客户端通过所述虚拟网络接入点向所述服务端发送寻址请求，所述服务端根据所述寻址请求向所述客户端返回虚拟地址，具体地，

所述服务端包括核心服务器以及负载均衡服务器，所述客户端根据链接需求向所述核心服务器或所述负载均衡服务器发送寻址请求；

当所述核心服务器接收到所述寻址请求时，所述核心服务器根据所述寻址请求向所述客户端返回所述虚拟地址；

当所述负载均衡服务器接收到所述寻址请求时，所述负载均衡服务器将所述寻址请求上传至所述核心服务器，所述核心服务器根据所述寻址请求向所述客户端返回所述虚拟地址。

4.根据权利要求3所述的虚拟网络层构建方法，其特征在于，在所述服务端与所述客户端之间建立所述虚拟网络通道具体包括：

通过所述服务端的第一虚拟网络设备Tun网卡以及所述客户端的第二虚拟网络设备Tun网卡建立虚拟网络链接；

通过所述虚拟网络链接传输IP数据包；具体地，

通过所述第一虚拟网络设备Tun网卡对所述IP数据包进行封装操作或者解封装操作；

通过所述第二虚拟网络设备Tun网卡对所述IP数据包进行解封装操作或者封装操作；

根据所述虚拟网络链接以及封装的所述IP数据包构建所述虚拟网络通道。

5.根据权利要求4所述的虚拟网络层构建方法，其特征在于，根据所述虚拟网络接入点以及所述虚拟网络通道构建虚拟网络层之后还包括，根据传输需求在所述虚拟网络层内规划所述IP数据包的传输路径。

6.一种虚拟网络层构建装置，其特征在于，所述装置包括：

虚拟网络接入点构建模块，用于通过虚拟网络设备Tun网卡建立虚拟网络接入点；

虚拟网络接入点接入模块，用于通过所述虚拟网络接入点接入服务端以及客户端；

虚拟网络通道构建模块，用于在所述服务端与所述客户端之间建立虚拟网络通道；

虚拟网络层构建模块，用于根据所述虚拟网络接入点以及所述虚拟网络通道构建虚拟网络层。

7.根据权利要求6所述的虚拟网络层构建装置，其特征在于，还包括虚拟网络设备Tun网卡初始化模块，用于在所述服务端以及所述客户端启动并初始化所述虚拟网络设备Tun网卡。

8.根据权利要求7所述的虚拟网络层构建装置，其特征在于，所述虚拟网络接入点接入模块用于向所述服务端发送寻址请求，根据所述寻址请求向所述客户端返回虚拟地址；所述虚拟网络接入点接入模块包括第一接入点接入单元以及第二接入点接入单元，其中，

所述第一接入点接入单元用于当所述核心服务器接收到所述寻址请求时，根据所述寻址请求向所述客户端返回所述虚拟地址；

所述第二接入点接入单元用于当所述负载均衡服务器接收到所述寻址请求时，将所述寻址请求上传至所述核心服务器，并根据所述寻址请求向所述客户端返回所述虚拟地址。

9.根据权利要求8所述的虚拟网络层构建装置，其特征在于，所述虚拟网络层构建模块包括虚拟网络链接构建单元、IP数据包传输单元以及IP数据包解封装单元，其中，

所述虚拟网络链接构建单元用于通过所述服务端的第一虚拟网络设备Tun网卡以及所述客户端的第二虚拟网络设备Tun网卡建立虚拟网络链接；

所述IP数据包传输单元用于通过所述虚拟网络链接传输IP数据包；

所述IP数据包解封装单元用于通过所述第一虚拟网络设备Tun网卡对所述IP数据包进行封装操作或者解封装操作，通过所述第二虚拟网络设备Tun网卡对所述IP数据包进行解封装操作或者封装操作；

所述装置还包括传输路径规划模块，用于根据传输需求在所述虚拟网络层内规划所述IP数据包的传输路径。

10.一种虚拟网络层构建系统，其特征在于，所述系统包括上述权利要求6-9所述的虚拟网络层构建装置。