CN104539743A - 一种云计算系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一种云计算系统及其控制方法；所述云计算系统包括：设置于OpenStack管理平台中的Neutron模块；设置于软件定义网络SDN交换机中的云网络代理模块；所述Neutron模块用于根据所述云计算系统下发的操作指令计算出转发路径，将所述转发路径封装为应用程序编程接口API指令，通过API将所述API指令发送给所述云网络代理模块；所述云网络代理模块用于从所述API指令中解析出所述转发路径；将所述转发路径转换为openflow流表下发到所在SDN交换机中的硬件芯片。本发明能够降低基于OpenStack的云计算系统的建设成本并充分利用SDN交换机性能。

Description

一种云计算系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及网络领域，尤其涉及一种云计算系统及其网络控制方法。

背景技术

OpenStack是一个旨在为公共及私有云的建设与管理提供软件的开源项目。Openstack是一个云管理平台，帮助服务商和企业实现基础设施即服务(Infrastructure as a service，IaaS)。Openstack由多个组件组成，包括计算服务(Nova)、网络服务(Neutron)、镜像服务(Glance)、对象存储服务(Swift)、认证服务(Keystone)、用户界面(Horizon)等。

SDN(Software Define Network，软件定义网络)是新兴的网络控制方法，用于实现网络的软件统一管控。网络控制器是SDN的“大脑”，用软件的方式实现网络的控制功能，通过给网络设备下发相关的转发表项来控制整个网络的转发行为。

SDN应用于包括Openstack云管理平台的云计算系统有利于实现云计算环境下复杂网络的管控功能，并且与云计算环境下资源统一管理的思路相契合。

传统的基于SDN的云计算系统的结构如图1所示，部署专用的网络控制器(硬件服务器)用于从Openstack云管理平台接收网络配置、管理等操作指令，通过南向的配置接口下发来控制SDN交换机，具体而言，是根据所述操作指令计算出转发路径，然后将转发路径转换为openflow流表信息，下发到SDN交换机中。SDN交换机根据此openflow流表信息转发进入本SDN交换机的数据报文。

这种部署方式存在以下问题：

1)网络控制器造价昂贵。如果要消除单点故障，要实现网络控制器的集群，进一步增加了成本。

2)SDN交换机只是被动的接收openflow流表信息，造成性能浪费。

发明内容

本发明要解决的技术问题是如何降低基于OpenStack的云计算系统的建设成本并充分利用SDN交换机性能。

为了解决上述问题，本发明提供了一种云计算系统，包括：

设置于OpenStack管理平台中的Neutron模块；

设置于软件定义网络SDN交换机中的云网络代理模块；

所述Neutron模块用于根据所述云计算系统下发的操作指令计算出转发路径，将所述转发路径封装为应用程序编程接口API指令，通过API将所述API指令发送给所述云网络代理模块；

所述云网络代理模块用于从所述API指令中解析出所述转发路径；将所述转发路径转换为openflow流表下发到所在SDN交换机中的硬件芯片。

可选地，所述云网络代理模块还用于接收所述云计算平台中虚拟机的动态主机配置协议DHCP请求，根据预存的DHCP服务器地址将所述DHCP请求从广播消息变成单播消息后，发送到所述云计算平台中的DHCP服务器；并将所述DHCP Server返回的响应转发给相应的虚拟机。

可选地，所述云网络代理模块还用于接收虚拟机的地址解析协议ARP请求，并将本模块的介质访问控制MAC地址作为所述ARP请求的响应回复给相应的虚拟机。

可选地，所述Neutron模块还用于将所述云计算平台的配置参数封装在所述API指令中发送给所述云网络代理模块；

所述云网络代理模块还用于将所述API指令中的参数提取出来，保存到所在的SDN交换机的数据库中。

可选地，所述Neutron模块将所述API指令发送给所述云网络代理模块是指：

所述Neutron模块通过JSON远程过程调用协议发送所述API指令给所有受控的SDN交换机上的所述云网络代理模块。

本发明还提供了一种云计算系统的控制方法，包括：

设置于OpenStack管理平台中的Neutron模块根据所述云计算系统下发的操作指令计算出转发路径，将所述转发路径封装为应用程序编程接口API指令，通过API将所述API指令发送给设置于SDN交换机中的云网络代理模块；

所述云网络代理模块从所述API指令中解析出所述转发路径；将所述转发路径转换为openflow流表下发到所在SDN交换机中的硬件芯片。

可选地，所述的方法还包括：

所述云网络代理模块接收所述云计算平台中虚拟机的动态主机配置协议DHCP请求，根据预存的DHCP服务器地址将所述DHCP请求从广播消息变成单播消息后，发送到所述云计算平台中的DHCP服务器；并将所述DHCP Server返回的响应转发给相应的虚拟机。

可选地，所述的方法还包括：

所述云网络代理模块接收虚拟机的地址解析协议ARP请求，并将本模块的介质访问控制MAC地址作为所述ARP请求的响应回复给相应的虚拟机。

可选地，所述的方法还包括：

所述Neutron模块将所述云计算平台的配置参数封装在所述API指令中发送给所述云网络代理模块；

所述云网络代理模块将所述API指令中的参数提取出来，保存到所在的SDN交换机的数据库中。

可选地，所述将所述API指令发送给所述云网络代理模块包括：

所述Neutron模块通过JSON远程过程调用协议发送所述API指令给所有受控的SDN交换机上的所述云网络代理模块。

本发明通过在OpenStack的网络组件(Neutron)中部署网络控制器插件，在SDN交换机中部署云网络agent(代理)，可以使Openstack直接通过API配置SDN交换机，由SDN交换机中的云网络代理实现API消息到openflow流表信息的转换，减轻了Openstack部分的控制工作负担，并在云计算系统的网络部署中减去了昂贵的专用网络控制器设备，减少了基于Openstack的云计算系统的建设成本。本发明的优化方案还可以进一步利用SDN交换机的性能，减少所述云计算系统中控制节点的负担。

附图说明

图1是现有技术中基于SDN和OpenStack的云计算系统的结构图；

图2是使用本发明实施例的云计算系统的结构图；

图3是实施例二的控制方法的流程示意图；

图4是实施例二的例子中的网络创建流程示意图；

图5是实施例二的例子中的虚拟机创建流程示意图。

具体实施方式

下面将结合附图及实施例对本发明的技术方案进行更详细的说明。

需要说明的是，如果不冲突，本发明实施例以及实施例中的各个特征可以相互结合，均在本发明的保护范围之内。另外，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

实施例一、一种云计算系统，包括：

设置于OpenStack管理平台中的Neutron模块、以及设置于SDN交换机中的云网络代理模块；

所述Neutron模块用于根据所述云计算系统下发的操作指令计算出转发路径，将所述转发路径封装为API(应用程序编程接口)指令，通过API将所述API指令发送给所述云网络代理模块；

所述云网络代理模块用于从所述API指令中解析出所述转发路径；将所述转发路径转换为openflow流表下发到所在SDN交换机中的硬件芯片。

本实施例通过在OpenStack网络组件和SDN交换机处合理部署网络控制器相关功能，取消了独立网络控制器设备的部署需求，减少了云计算系统的网络建设成本，并充分利用了SDN交换机的性能。

所述Neutron模块为OpenStack管理平台中的网络组件，包括NeutronAPI、Neutron服务器和Neutron插件；本实施例在所述Neutron模块的Neutron插件中，增加了执行上述“计算转发路径并封装成API指发送”操作的一个插件，可称为网络控制器插件。

按照本实施例部署的云计算系统如图2所示。OpenStack管理平台通过Neutron模块向SDN交换机发送API指令，然后在SDN交换机内部的云网络代理模块上，将这些API指令翻译成openflow流表信息。通过图2的部署方式，由位于SDN交换机中的云网络代理模块向本SDN交换机下发openflow流表信息，能更充分的利用SDN交换机的处理能力。

可选地，本实施例还可以进一步将所述Openstack管理平台中网络相关的一些其它处理尽量分布到SDN交换机上，以降低所述Openstack管理平台的压力，而且可以减少Openstack管理平台跟SDN交换机之间的消息。

本实施例的一种实施方式中，所述云网络代理模块还可以用于接收所述云计算平台中虚拟机的DHCP(动态主机配置协议)请求，根据预存的DHCPServer(服务器)地址将所述DHCP请求从广播消息变成单播消息后，发送到所述云计算平台中的DHCP Server；并将所述DHCP Server返回的响应转发给相应的虚拟机。

本实施例的又一种实施方式中，所述云网络代理模块还可以用于接收虚拟机的地址解析协议ARP请求，并将本模块的MAC地址作为所述ARP请求的响应回复给相应的虚拟机。

上述两种实施方式中，所述云网络代理模块除了完成将API指令转换为openflow流表的工作以外，同时还实现DHCP Proxy(代理)和ARP Proxy的功能，这些功能原先由所述Openstack管理平台完成。DHCP Proxy会负责将虚拟机的DHCP请求从广播变成单播送到DHCP Server，而ARP Proxy则会直接代理回复虚拟机的ARP请求，从而提高处理效率，减少网络中的广播报文。

本实施例的一种实施方式中，所述Neutron模块还可以用于将所述云计算平台的配置参数封装在所述API指令中发送给所述云网络代理模块；

所述云网络代理模块还可以用于将所述API指令中的参数提取出来，保存到数据库中。

所述云网络代理模块还可以用于将所述API指令中的参数保存到数据库中。

本实施例的一种实施方式中，所述Neutron模块将所述API指令发送给所述云网络代理模块是指：所述Neutron模块通过JSON RPC(远程过程调用协议)发送所述API指令给所有受控的SDN交换机上的所述云网络代理模块。

实施例二、一种云计算系统的控制方法，如图3所示，包括：

S101、设置于OpenStack管理平台中的Neutron模块根据所述云计算系统下发的操作指令计算出转发路径，将所述转发路径封装为应用程序编程接口API指令，通过API将所述API指令发送给设置于SDN交换机中的云网络代理模块；

S102、所述云网络代理模块从所述API指令中解析出所述转发路径；将所述转发路径转换为openflow流表下发到所在SDN交换机中的硬件芯片。

本实施例的一种实施方式中，所述方法还包括：

所述云网络代理模块接收所述云计算平台中虚拟机的动态主机配置协议DHCP请求，根据预存的DHCP服务器地址将所述DHCP请求从广播消息变成单播消息后，发送到所述云计算平台中的DHCP服务器；并将所述DHCP Server返回的响应转发给相应的虚拟机。

本实施例的一种实施方式中，所述方法还包括：

所述云网络代理模块接收虚拟机的地址解析协议ARP请求，并将本模块的MAC地址作为所述ARP请求的响应回复给相应的虚拟机。

本实施例的一种实施方式中，所述方法还包括：

所述Neutron模块将所述云计算平台的配置参数封装在所述API指令中发送给所述云网络代理模块；

所述云网络代理模块将所述API指令中的参数提取出来，保存到所在的SDN交换机的数据库中。

本实施例的一种实施方式中，所述将所述API指令发送给所述云网络代理模块包括：

所述Neutron模块通过JSON远程过程调用协议发送所述API指令给所有受控的SDN交换机上的云网络代理模块。

下面用两个具体例子说明不同场景下的控制方法。

第一个例子中为用户创建网络的流程，如图4所示，包括步骤301～304：

301、用户通过Horizon创建网络；

302、Neutron Server从初始配置信息中提取参数，如网络类型NetworkType(Vlan)，并分配网段标识SegmentationId(VlanId)，将网络标识NetworkId连同从Horizon传过来的租约标识TenantId，调用Neutron插件中相对应的建立网络Create Network函数；

303、Neutron插件汇集所有参数，和计算出的转发路径一起生成API指令，通过JSON RPC发送所述API指令给所有受控的SDN Switch(交换机)上的云网络代理模块；

304、云网络代理模块从所述API指令中提取出NetworkId、NetworkName、TenantId、SegmentationId、NetworkType等参数，并存到本地数据库；提取出转发路径转换为openflow流表下发到硬件芯片。

第二个例子为虚拟机创建的过程，如图5所示，包括步骤401～406：

401、用户通过Horizon指定IP、image等参数，通知Nova创建VM(虚拟机)；

402、Nova-scheduler(Nova调度器)分配Compute Node(计算节点)和VM Mac(介质访问控制)地址；然后通知Compute Node上的Nova创建VM，Nova创建好之后，通知Neutron Server；

403、Neutron Server通知DHCP Server分配IP地址(待虚拟机DHCP租约到期，再次发送DHCP请求时，则由所述云网络代理模块转发给DHCPServer)，然后汇总所有参数，调用Neutron插件中相应的处理函数；

404、Neutron插件汇集所有参数，和计算出的转发路径一起生成API指令，通过JSON RPC发送所述API指令给所有受控的SDNSwitch上的云网络代理模块；

405、云网络代理模块从所述API指令中提取出VM MAC、IP、PortID、HostIP以及所属的TenantId、NetworkId、subnetId等信息，都保存到数据库；提取出转发路径转换为openflow流表；如果之前本Tenant(逻辑网络)内已有别的VM，通过内置Controller(控制器)向Openflow Agent发送Mod Flow(修改流表)消息；

406、Openflow Agent下发所述openflow流表到芯片。

本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序来指令相关硬件完成，所述程序可以存储于计算机可读存储介质中，如只读存储器、磁盘或光盘等。可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现。相应地，上述实施例中的各模块/单元可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。本发明不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种云计算系统，包括：

设置于OpenStack管理平台中的Neutron模块；

其特征在于，还包括：

设置于软件定义网络SDN交换机中的云网络代理模块；

所述Neutron模块用于根据所述云计算系统下发的操作指令计算出转发路径，将所述转发路径封装为应用程序编程接口API指令，通过API将所述API指令发送给所述云网络代理模块；

所述云网络代理模块用于从所述API指令中解析出所述转发路径；将所述转发路径转换为openflow流表下发到所在SDN交换机中的硬件芯片。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于：

所述云网络代理模块还用于接收所述云计算平台中虚拟机的动态主机配置协议DHCP请求，根据预存的DHCP服务器地址将所述DHCP请求从广播消息变成单播消息后，发送到所述云计算平台中的DHCP服务器；并将所述DHCP Server返回的响应转发给相应的虚拟机。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于：

所述云网络代理模块还用于接收虚拟机的地址解析协议ARP请求，并将本模块的介质访问控制MAC地址作为所述ARP请求的响应回复给相应的虚拟机。

4.如权利要求1所述的系统，其特征在于：

所述Neutron模块还用于将所述云计算平台的配置参数封装在所述API指令中发送给所述云网络代理模块；

所述云网络代理模块还用于将所述API指令中的参数提取出来，保存到所在的SDN交换机的数据库中。

5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述Neutron模块将所述API指令发送给所述云网络代理模块是指：

所述Neutron模块通过JSON远程过程调用协议发送所述API指令给所有受控的SDN交换机上的所述云网络代理模块。

6.一种云计算系统的控制方法，包括：

设置于OpenStack管理平台中的Neutron模块根据所述云计算系统下发的操作指令计算出转发路径，将所述转发路径封装为应用程序编程接口API指令，通过API将所述API指令发送给设置于SDN交换机中的云网络代理模块；

所述云网络代理模块从所述API指令中解析出所述转发路径；将所述转发路径转换为openflow流表下发到所在SDN交换机中的硬件芯片。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括：

所述云网络代理模块接收所述云计算平台中虚拟机的动态主机配置协议DHCP请求，根据预存的DHCP服务器地址将所述DHCP请求从广播消息变成单播消息后，发送到所述云计算平台中的DHCP服务器；并将所述DHCP Server返回的响应转发给相应的虚拟机。

8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括：

所述云网络代理模块接收虚拟机的地址解析协议ARP请求，并将本模块的介质访问控制MAC地址作为所述ARP请求的响应回复给相应的虚拟机。

9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括：

所述Neutron模块将所述云计算平台的配置参数封装在所述API指令中发送给所述云网络代理模块；

所述云网络代理模块将所述API指令中的参数提取出来，保存到所在的SDN交换机的数据库中。

10.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述将所述API指令发送给所述云网络代理模块包括：

所述Neutron模块通过JSON远程过程调用协议发送所述API指令给所有受控的SDN交换机上的所述云网络代理模块。