CN104702476A - 分布式网关、基于分布式网关的报文处理方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种分布式网关、基于分布式网关的报文处理方法及装置，用以提高网络部署的灵活性和可扩展性，实现负载分担和流量优化，提高效率。该分布式网关包括多个网络虚拟化边缘点NVE；各NVE具有相同的虚拟网络协议VIP地址，并具有相同的虚拟媒体接入控制VMAC地址；各NVE通过外层隧道IP地址与其他NVE建立互通隧道；各NVE配置有用于发布对应子网的网段路由的路由协议。
Description
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种分布式网关、基于分布式网关的报文处理方法及装置。
背景技术
随着云计算技术的发展，面向大规模租户的公有云和混合云数据中心成为网络建设的热点，同时，这种新的网络服务模式为网络建设提出了新的要求。例如，为了能够提供公有云和混合云数据中心这一服务，需要建设以应用为中心的基础设施架构、全面自动化和可编程的网络基础设施以及能够支持物理、虚拟和云基础设施的通用开放平台等。
分布式网关是建立在分布式系统基础上的网间连接器,它具有功能分散、危险分散、可靠性高、模块结构好等优点，在可扩展性、规模、效率等方面都有独特的优势，能够实现网络灵活部署、负载分担以及流量优化，能够支持任意子网、任意位置的网络连接。
在网关负载分担协议（英文：Gateway Load-Balancing Protocol，缩写：GLBP）中，将多台路由器配置成一个组，该组内的路由器向用户提供同一个网络协议（英文：Internet Protocol，缩写：IP）地址，并且组内所有成员都能够为用户提供数据转发功能，不存在空闲的路由器。具体为：该组内的所有路由器在为用户提供单一的IP地址的同时，组内的每台路由器都为用户提供不同的媒体接入控制（英文：Media Access Control，缩写：MAC）地址，这样用户发送到该IP的数据包能够按照不同的MAC地址成功地分担到各个路由器。其中，组内的各个路由器之间可以通过hello数据包进行交流，即组内的路由器每3秒钟以组播的方式发送一个hello数据包，使用的组播地址为224.0.0.102，采用的协议为用户数据报（英文：User Datagram Protocol，缩写：UDP）协议，采用的端口号为3222。
从上述分析可知，虽然GLBP中可以实现各个网关（路由器）之间的流量分担，但每个网关都需要有自己专属的MAC地址，不能共用一个MAC地址，实现较复杂。
发明内容
本发明提供一种分布式网关、基于该分布式网关的报文处理方法及装置，用以提高网络部署的灵活性和可扩展性，实现负载分担和流量优化，提高效率。
第一方面，本发明提供一种分布式网关，应用于三层网络虚拟化NVO3网络中，所述分布式网关包括多个网络虚拟化边缘点NVE；
各NVE具有相同的虚拟网络协议VIP地址，并具有相同的虚拟媒体接入控制VMAC地址；
各NVE之间通过外层隧道IP地址建立互通隧道；
各NVE配置有用于发布对应子网的网段路由的路由协议。
结合第一方面，在第一种可能的实现方式中，所述各NVE的外层隧道IP地址通过本地环回Loopback端口进行配置。
结合第一方面或第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，所述路由协议为内部网关协议IGP或边界网关协议BGP。
结合第一方面、第一种可能的实现方式或第二种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，所述各NVE对应子网中的设备的网关地址配置为所述VIP地址。
结合第一方面、第一种可能的实现方式、第二种可能的实现方式或第三种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，所述各NVE进行广播时，
分别将其它各NVE的外层隧道IP地址作为NVO3报文的外层IP地址对待广播的报文进行NVO3封装；
或者，
将组播IP地址作为NVO3报文的外层IP地址对待广播报文进行NVO3封装。
第二方面，本发明提供了一种基于第一方面提供的分布式网关的报文处理方法，应用于三层网络虚拟化NVO3网络中，所述方法包括：
NVE接收携带目的设备标识的报文，查找本地保存的地址解析协议ARP表获取相应的ARP信息，所述ARP表中包含有子网中的各设备的网络协议IP地址、媒体接入控制MAC地址以及与直接关联的NVE的外层隧道IP地址的对应关系；
所述NVE根据获取的所述ARP信息发送所述报文。
结合第二方面，在第一种可能的实现方式中，所述方法还包括：
所述NVE接收直接关联的源设备广播发送的ARP请求报文，获取所述ARP请求报文中的ARP信息并保存在所述ARP表中，通过互通隧道将所述ARP请求报文发送至所述分布式网关中的其他各NVE；
若所述ARP请求报文的目标设备为所述分布式网关，所述NVE向所述源设备返回ARP响应报文，所述ARP响应报文中携带所述VMAC地址；
若所述ARP请求报文的目标设备为另一NVE直接关联的设备，所述NVE接收所述另一NVE返回的ARP响应报文，获取所述ARP响应报文中的ARP信息并保存至所述ARP表中，所述ARP响应报文由所述目标设备在接收所述另一NVE发送的所述ARP请求报文后生成并返回给所述另一NVE。
结合第二方面或第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，所述方法还包括：
所述NVE根据获取的所述ARP信息发送所述报文时，若根据获取的所述ARP信息确定目的设备为所述NVE直接关联的设备时，所述NVE将所述报文发送给所述目的设备；
若根据获取的所述ARP信息确定所述目的设备为其他NVE直接关联的设备时，所述NVE将所述报文发送给与所述目的设备直接关联的NVE，由与所述目的设备直接关联的NVE将所述报文发送给所述目的设备；
若根据获取的所述ARP信息确定所述目的设备为所述分布式网关管理的子网外的设备时，根据所述ARP信息查找路由信息并发送至下一跳设备。
结合第二方面或第一种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，所述携带目的设备标识的报文为外部设备发送的报文，所述方法还包括：
所述NVE查找本地保存的ARP表确定不存在相应的ARP信息时，所述NVE向其他各NVE发送携带所述目的设备标识的ARP请求报文，由其他各NVE将所述ARP请求报文发送给直接关联的各设备；
所述NVE接收另一NVE发送的携带所述目的设备标识相应的ARP信息的ARP响应报文，获取所述目的设备标识相应的ARP信息并保存在所述ARP表中。
结合第二方面或第一种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，所述方法还包括：
若所述携带目的设备标识的报文为外部设备发送的目标IP地址为所述VIP地址的ARP请求报文，所述NVE向所述外部设备发送携带所述NVE的ARP信息的ARP响应报文。
第三方面，本发明提供了一种网络虚拟化边缘点NVE装置，包括：
接收模块，用于接收携带目的设备标识的报文，查找本地保存的地址解析协议ARP表获取相应的ARP信息，所述ARP表中包含有子网中各设备的网络协议IP地址、媒体接入控制MAC地址以及与直接关联的NVE的外层隧道IP地址的对应关系；
发送模块，用于根据获取的所述ARP信息发送所述报文。
结合第三方面，在第一种可能的实现方式中，所述接收模块还用于：
接收直接关联的源设备广播发送的ARP请求报文，获取所述ARP请求报文中的ARP信息并保存在所述ARP表中，通过互通隧道将所述ARP请求报文发送至所述分布式网关中的其他各NVE，所述ARP请求报文的目标设备为所述分布式网关时，
所述发送模块还用于：向所述源设备返回ARP响应报文，所述ARP响应报文中携带所述VMAC地址；
或
所述接收模块还用于：
接收直接关联的源设备广播发送的ARP请求报文，获取所述ARP请求报文中的ARP信息并保存在所述ARP表中，通过互通隧道将所述ARP请求报文发送至所述分布式网关中的其他各NVE，所述ARP请求报文的目标设备为另一NVE直接关联的设备时，以及接收所述另一NVE返回的ARP响应报文，获取所述ARP响应报文中的ARP信息并保存至所述ARP表中，所述ARP响应报文由所述目标设备在接收所述另一NVE发送的所述ARP请求报文后生成并返回给所述另一NVE。
结合第三方面或第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，所述发送模块具体用于：
若根据获取的所述ARP信息确定目的设备为所述NVE直接关联的设备时，将所述报文发送给所述目的设备；
若根据获取的所述ARP信息确定所述目的设备为其他NVE直接关联的设备时，将所述报文发送给与所述目的设备直接关联的NVE，由与所述目的设备直接关联的NVE将所述报文发送给所述目的设备；
若根据获取的所述ARP信息确定所述目的设备为所述分布式网关管理的子网外的设备时，根据所述ARP信息查找路由信息并发送至下一跳设备。
结合第三方面或第一种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，若所述携带目的设备标识的报文为外部设备发送的报文，所述发送模块还用于：
查找本地保存的ARP表确定不存在相应的ARP信息时，向其他各NVE发送携带所述目的设备标识的ARP请求报文，由其他各NVE将所述ARP请求报文发送给直接关联的各设备；
所述接收模块还用于：
接收另一NVE发送的携带所述目的设备标识相应的ARP信息的ARP响应报文，获取所述目的设备标识相应的ARP信息并保存在所述ARP表中。
结合第三方面或第一种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，若所述携带目的设备标识的报文为外部设备发送的目标IP地址为所述VIP地址的ARP请求报文，所述接收模块接收所述报文后，所述发送模块还用于：
向所述外部设备发送携带所述NVE的ARP信息的ARP响应报文。
基于上述技术方案，本发明实施例中，通过设置分布式网关的各NVE具有相同的VIP和VMAC，各NVE之间通过外层隧道IP地址建立互通隧道，有效地降低了分布式网关的实现复杂度，提高了网络部署的灵活性。由于组成分布式网关的各NVE具有相同的VIP和VMAC地址，使得基于本发明实施例提供的分布式网关部署的网络在可扩展性、规模、效率等方面都具有独特的优势，能够更好地支持云平台的发展。
附图说明
图1为本发明实施例中分布式网关的结构示意图；
图2为本发明实施例中基于分布式网关的三层网络架构示意图；
图3为本发明实施例中NVO3封装格式示意图；
图4为本发明实施例中另一NVO3封装格式示意图；
图5为本发明实施例中报文处理方法的流程示意图；
图6A为本发明实施例中NVE结构示意图；
图6B为本发明实施例中另一NVE结构示意图；
图7为第一具体实施例的处理流程示意图；
图8为第二具体实施例的处理流程示意图；
图9为第三具体实施例的处理流程示意图；
图10为第五具体实施例的处理流程示意图；
图11为第六具体实施例的处理流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，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它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明第一实施例中提供了一种分布式网关，应用于三层网络虚拟化（英文：Network Virtualization Over Layer3，缩写：NVO3）网络中，如图1所示，该分布式网关包括多个网络虚拟化边缘点（英文：Network VirtualizationEndpoint，缩写：NVE），其中，对于同一个子网的各NVE具有相同的虚拟网络协议（英文：Virtual Internet Protocol，缩写：VIP）地址，并具有相同的虚拟媒体接入控制（英文：Virtual Media Access Control，缩写：VMAC）地址，各NVE之间通过外层隧道IP地址建立互通隧道，各NVE配置有用于发布对应子网的网段路由的路由协议。每个NVE都能够和其他所有NVE进行互通，图1为了简化，仅仅画出了部分NVE之间的互通隧道。
其中，外层隧道IP地址用于NVE对报文进行NVO3封装时作为外层IP地址，以便NVE按照将NVO3报文发送至该外层IP地址对应的目的设备。
较佳地，在各NVE上设置对应子网的三层接口，接口的IP设置为NVE的VIP，接口的MAC设置为NVE的VMAC，且各NVE采用相同的设置。
优选地，每个外层隧道IP地址通过其本地环回（Loopback）端口进行配置。
实际应用中，每个NVE上保存有关于分布式网关中的各NVE与对应子网中的各设备的关联关系的配置信息。
具体实施中，需要配置各NVE采用的广播方式，较佳地，各NVE配置为头端复制的NVO3广播方式，或者，配置为IP组播的NVO3广播方式。其中，所谓头端复制的NVO3广播方式，即NVE将待广播的报文复制为多份，分别进行NVO3封装并发送至其他各NVE，进行NVO3封装时，将外层IP地址设为目的NVE的外层隧道IP地址。所谓IP组播的NVO3广播方式，即NVE将待广播报文进行NVO3封装时，将外层IP地址设为组播IP地址，通过网络支持组播，将报文发送到其他各NVE。
其中，将每个NVE对应子网中的设备的网关地址配置为VIP地址。
较佳地，NVE上配置的用于发布对应子网的网段路由的路由协议为内部网关协议（英文：Interior Gateway Protocol，缩写：IGP）或边界网关协议（英文：Border Gateway Protocol，缩写：BGP）。
例如，如图2所示，在NVO3网络中，外部设备的IP地址为172.16.1.100，三层网络（L3Network）通过路由器（Router）连接至广域网（WAN），该三层网络（192.168.1.0/24）基于BGP协议与WAN建立通信，三层网络内部基于IGP协议建立通信，三层网络与各子网之间通过分布式网关建立网络连接，该分布式网关包括三个NVO3NVE，该三个NVO3NVE的VIP地址（G-VIP）均配置为192.168.1.1/24，VMAC地址（G-VMAC）均配置为001122-334455，该三个NVO3NVE通过Loopback口配置的外层隧道IP地址各不相同，分别为1.1.1.1、2.2.2.2、3.3.3.3。该外层隧道IP地址为NVE之间建立隧道时使用的外层IP地址。这里，每个NVO3NVE下有属于同一个子网的VM，其中，外层隧道IP地址为1.1.1.1的NVO3NVE直接关联的设备包括虚拟机（英文：Virtual Machine）VM2和VM3，外层隧道IP地址为2.2.2.2的NVO3NVE直接关联的设备包括虚拟机VM4和VM5，外层隧道IP地址为3.3.3.3的NVO3NVE直接关联的设备包括虚拟机VM6和VM7。
实际应用中，每个NVE直接关联的设备可以包括若干虚拟机和/或主机（Host）。
实际应用中，一个NVE可以支持多网关，即该NVE上部署多个分布式网关的VIP和VMAC。
以下实施例中，各NVE之间通过互通隧道进行通信，且各NVE之间进行通信时报文采用NVO3封装，NVE在接收NVO3报文后需要剥去NVO3封装后再发送给下一跳设备。
例如，如图3所示为使用通用路由封装的网络虚拟化（NVGRE）中采用的封装格式，该NVO3封装包括外层以太网头、外层IP头（包含外层IP地址）、通用路由封装（英文：Generic Route Encapsulation，缩写：GRE）头、内层以太网头、内层IP头（包含内层IP地址）以及净荷，NVE在接收到以该NVO3封装格式封装的NVO3报文后需要剥去该NVO3报文中的外层以太网头、外层IP头以及GRE头，再按照内层IP头转发。
又例如，如图4所示为虚拟可扩展局域网（VXLAN）中采用的封装格式，该NVO3封装包括外层以太网头、外层IP头（即外层IP地址）、外层用户数据报协议（UDP）头、VXLAN头、内层以太网头、内层IP头（即内层IP地址）以及净荷，NVE在接收该NVO3封装格式封装的NVO3报文后，需要剥去外层以太网头、外层IP头、外层UDP头以及VXLAN头，再按照内层IP头转发。
本发明第二实施例中，提供了一种基于第一实施例中提供的分布式网关的报文处理方法，应用于三层网络虚拟化NVO3网络中，如图5所示，报文处理的具体过程如下：
步骤501：NVE接收携带目的设备标识的报文，查找本地保存的ARP表获取相应的ARP信息。
本发明实施例中，如表1所示，ARP表中包含有子网中的各设备的IP地址、MAC地址以及直接关联的NVE的外层隧道IP地址的对应关系。
表1
较佳地，NVE还需要进行地址解析协议（英文：Address ResolutionProtocol，缩写：ARP）学习，具体如下：
NVE接收直接关联的源设备广播发送的ARP请求报文，获取该ARP请求报文中的ARP信息并保存在本地的ARP表中，通过互通隧道将该ARP请求报文发送至分布式网关中的其他各NVE，由其他各NVE获取该ARP请求报文中的ARP信息并保存在本地的ARP表中。
若该ARP请求报文的目标设备为分布式网关，即所述ARP请求报文请求的是分布式网关的MAC地址，所述NVE向所述源设备发送携带VMAC的ARP响应报文。
若该ARP请求报文的目标设备为另一NVE直接关联的设备，所述NVE接收该另一NVE返回的单播ARP响应报文，获取该ARP响应报文中的ARP信息并保存至本地的ARP表中，该ARP响应报文为该另一NVE在将该ARP请求报文广播发送给直接关联的各设备后，由各设备中的目标设备在确定该ARP请求报文为针对自身的ARP请求后生成并发送给该另一NVE的。该另一NVE获取该ARP响应报文中的信息并保存在本地的ARP表，然后将该ARP响应报文发送给所述NVE。
实际应用中，每个NVE在接收到ARP请求报文时，仅学习发送该请求报文的设备的ARP信息；每个NVE在接收到响应报文时，仅学习发送响应报文设备的ARP信息。
本发明实施例中，NVE之间采用NVO3报文格式进行通信，NVE在接收到NVO3报文后除保存IP地址和MAC地址的对应关系外，还需要保存相应的外层隧道IP地址，以便为目的设备为指定VM的报文进行NVO3封装时，将外层IP地址设为该VM直接关联的NVE的外层隧道IP地址。
具体实施中，NVE接收携带目的设备标识的报文，可以有多种情况，列举如下：NVE接收网络路由转发的外部设备发送的报文，其中，网络路由转发报文至分布式网关时，根据路由协议确定接收该报文的NVE；或者，NVE接收其他NVE发送的报文；或者，NVE接收对应子网中的设备发送的报文。
在一个具体实施中，NVE接收网络路由转发的外部设备发送的报文后，查找本地保存的ARP表确定不存在相应的ARP信息时，NVE向其他各NVE发送携带目的设备标识的ARP请求报文，所述目的设备标识为所述ARP请求报文的目标设备标识；由其他各NVE将该ARP请求报文发送给直接关联的各设备；
NVE接收另一NVE发送的携带目的设备标识相应的ARP信息的ARP响应报文，获取该ARP响应报文中的该目的设备标识相应的ARP信息并保存在ARP表中。所述ARP响应报文是由所述另一NVE直接关联的、与目的设备标识相应的目标设备生成并发送的。
步骤502：NVE根据获取的ARP信息发送报文。
具体实施中，若根据获取的ARP信息确定目的设备为NVE直接关联的设备时，该NVE直接将报文发送给目的设备；
若根据获取的ARP信息确定目的设备为其他NVE直接关联的设备时，NVE将报文发送给与目的设备直接关联的NVE，由与目的设备直接关联的NVE将报文发送给目的设备；
若根据获取的ARP信息确定目的设备为分布式网关管理的子网外的设备时，根据ARP信息查找路由信息并发送至下一跳设备。
其中，若该报文为外部设备发送的目标地址为分布式网关VIP地址的ARP请求报文，NVE接收网络路由转发的外部设备发送的所述报文后，向外部设备发送携带该NVE的ARP信息的ARP响应报文。
基于与上述第一、第二实施例相同的原理，本发明第三实施例中，还提供了一种网络虚拟化边缘点NVE，所述NVE为图1所示分布式网关包括的多个NVE中的任意一个。具体实施参见上述第一、第二实施例的具体描述，重复之处不再赘述，如图6A所示，该NVE主要包括：
接收模块601，用于接收携带目的设备标识的报文，查找本地保存的地址解析协议ARP表获取相应的ARP信息，所述ARP表中包含有子网中各设备的网络协议IP地址、媒体接入控制MAC地址以及与直接关联的NVE的外层隧道IP地址的对应关系；
发送模块602，用于根据获取的所述ARP信息发送所述报文。
其中，ARP表可参见表1所示。
在一个具体的实施中，接收模块601还用于：
接收直接关联的源设备广播发送的ARP请求报文，获取所述ARP请求报文中的ARP信息并保存在所述ARP表中，通过互通隧道将所述ARP请求报文发送至所述分布式网关中的其他各NVE，所述ARP请求报文的目标设备为所述分布式网关时，
所述发送模块602还用于：向所述源设备返回ARP响应报文，所述ARP响应报文中携带所述VMAC地址；
或
所述接收模块601还用于：
接收直接关联的源设备广播发送的ARP请求报文，获取所述ARP请求报文中的ARP信息并保存在所述ARP表中，通过互通隧道将所述ARP请求报文发送至所述分布式网关中的其他各NVE，所述ARP请求报文的目标设备为另一NVE直接关联的设备时，以及接收所述另一NVE返回的ARP响应报文，获取所述ARP响应报文中的ARP信息并保存至所述ARP表中，所述ARP响应报文由所述目标设备在接收所述另一NVE发送的所述ARP请求报文后生成并返回给所述另一NVE。
在另一个具体的实施中，发送模块602具体用于：
若根据获取的所述ARP信息确定目的设备为所述NVE直接关联的设备时，将所述报文发送给所述目的设备；
若根据获取的所述ARP信息确定所述目的设备为其他NVE直接关联的设备时，将所述报文发送给与所述目的设备直接关联的NVE，由与所述目的设备直接关联的NVE将所述报文发送给所述目的设备；
若根据获取的所述ARP信息确定所述目的设备为所述分布式网关管理的子网外的设备时，根据所述ARP信息查找路由信息并发送至下一跳设备。
具体实施中，NVE接收携带目的设备标识的报文，可以有多种情况，列举如下：NVE接收网络路由转发的外部设备发送的报文，其中，网络路由转发报文至分布式网关时，根据路由协议确定接收该报文的NVE；或者，NVE接收其他NVE发送的报文；或者，NVE接收对应子网中的设备发送的报文。
具体地，若携带目的设备标识的报文为外部设备发送的报文，所述发送模块602还用于：
查找本地保存的ARP表确定不存在相应的ARP信息时，向其他各NVE发送携带所述目的设备标识的ARP请求报文，由其他各NVE将所述ARP请求报文发送给直接关联的各设备；
所述接收模块601还用于：
接收另一NVE发送的携带所述目的设备标识相应的ARP信息的ARP响应报文，获取所述目的设备标识相应的ARP信息并保存在所述ARP表中。
除了图6A所描述的NVE结构外，本发明第四实施例中，还提供了另一种NVE结构，其具体实施原理可参见上述第一、第二实施例中的描述，重复之处不再赘述，如图6B所示，该NVE包括收发器61、存储器62以及处理器63，其中，
收发器61用于接收携带目的设备标识的报文，以及根据获取的ARP信息发送报文；
存储器62用于存储ARP表，该ARP表中包含有子网中各设备的网络协议IP地址、媒体接入控制MAC地址以及与直接关联的NVE的外层隧道IP地址的对应关系；
处理器63用于查找存储器62中保存的ARP表，获取与收发器61接收的报文中携带的目的设备标识相应的ARP信息。
本实施例中，ARP表的结构可参见表1所示。
其中，NVE需要进行地址解析协议（英文：Address Resolution Protocol，缩写：ARP）学习以获得ARP表。
在一个具体实施中，收发器61接收直接关联的源设备广播发送的ARP请求报文；处理器63获取所述ARP请求报文中的ARP信息并保存在存储器62的所述ARP表中；
收发器61通过互通隧道将所述ARP请求报文发送至所述分布式网关中的其他各NVE，处理器63确定所述ARP请求报文的目标设备为所述分布式网关时，指示收发器61向所述源设备返回ARP响应报文，所述ARP响应报文中携带所述VMAC地址。
在另一个具体实施中，收发器61接收直接关联的源设备广播发送的ARP请求报文；
处理器63获取所述ARP请求报文中的ARP信息并保存在存储器62的所述ARP表中；
收发器61通过互通隧道将所述ARP请求报文发送至所述分布式网关中的其他各NVE；
处理器63确定所述ARP请求报文的目标设备为另一NVE直接关联的设备时，指示收发器61接收所述另一NVE返回的ARP响应报文；
处理器63获取所述ARP响应报文中的ARP信息并保存至存储器62的所述ARP表中，所述ARP响应报文由所述目标设备在接收所述另一NVE发送的所述ARP请求报文后生成并返回给所述另一NVE。
实际应用中，每个NVE在接收到ARP请求报文时，仅学习发送该请求报文的设备的ARP信息；每个NVE在接收到响应报文时，仅学习发送响应报文设备的ARP信息。
在另一个具体的实施中，处理器63根据获取的所述ARP信息确定目的设备为所述NVE直接关联的设备时，指示收发器61将所述报文发送给所述目的设备；
处理器63根据获取的所述ARP信息确定所述目的设备为其他NVE直接关联的设备时，指示收发器61将所述报文发送给与所述目的设备直接关联的NVE，由与所述目的设备直接关联的NVE将所述报文发送给所述目的设备；
处理器63根据获取的所述ARP信息确定所述目的设备为所述分布式网关管理的子网外的设备时，根据所述ARP信息查找路由信息，并指示收发器61将将所述报文发送至下一跳设备。
本发明实施例中，NVE之间采用NVO3报文格式进行通信，收发器61在接收到NVO3报文后，处理器63除保存IP地址和MAC地址的对应关系外，还需要保存相应的外层隧道IP地址，以便为目的设备为指定VM的报文进行NVO3封装时，将外层IP地址设为该VM直接关联的NVE的外层隧道IP地址。并且，处理器63还用于对报文进行NVO3封装后指示收发器61发送给其他NVE，或者，解析NVO3报文以去除NVO3封装并获取ARP信息，并指示收发器61将去除NVO3封装后的报文发送给子网中的设备或子网外的下一跳设备。
具体实施中，收发器61接收携带目的设备标识的报文，可以有多种情况，列举如下：收发器61接收网络路由转发的外部设备发送的报文，其中，网络路由转发报文至分布式网关时，根据路由协议确定接收该报文的NVE；或者，收发器61接收其他NVE发送的报文；或者，收发器61接收对应子网中的设备发送的报文。
具体地，处理器63确定携带目的设备标识的报文为外部设备发送的报文，查找本地保存的ARP表确定不存在相应的ARP信息时，指示收发器61向其他各NVE发送携带所述目的设备标识的ARP请求报文，由其他各NVE将所述ARP请求报文发送给直接关联的各设备；
收发器61接收另一NVE发送的携带所述目的设备标识相应的ARP信息的ARP响应报文，处理器63获取所述目的设备标识相应的ARP信息并保存在存储器62的所述ARP表中。
以下通过几个具体实施例对本发明实施例提供的分布式网关及其报文处理过程进行举例说明，具体如下：
第一具体实施例，如图7所示，以外层隧道IP地址为1.1.1.1的NVE1下的子网中的VM2，与外层隧道IP地址为3.3.3.3的NVE3下的子网中的VM7的互通为例，对属于不同NVE下的子网中设备之间进行二层网络互通的具体过程如下：
步骤701：VM2向直接关联的NVE1发送携带VM7的IP地址和MAC地址的报文。
步骤702：NVE1查找本地的ARP表，根据该ARP表中保存的VM7的ARP信息以及与VM7直接关联的NVE3的外层隧道IP地址对接收的报文增加NVO3封装后，发送给三层网络（L3Network），三层网络按照封装后的报文中携带的外部目的IP地址将该报文发送的NVE3。
封装后的报文中内部源IP（Inner SIP）为VM2的IP地址，内部源MAC（Inner SMAC）为VM2的MAC地址，内部目的IP（Inner DIP）为VM7的IP地址，内部目的MAC（Inner DMAC）为VM7的MAC地址，外部源IP（OuterSIP）为NVE1的外层隧道IP地址，外部目的IP（Outer DIP）为NVE3的外层隧道IP地址，外部源MAC（Outer SMAC）为NVE1的MAC地址（非VMAC），外部目的MAC（Outer DMAC）为直连的路由器的三层接口MAC。
步骤703：NVE3接收该封装后的报文后，剥去该报文的NVO3封装，即终结外部目的MAC和外部目的IP，按照报文中携带的内部目的MAC将去除NVO3封装后的报文发送给VM7。
第二具体实施例，如图8所示，在各子网中的设备进行二层网络互通之前，子网中的设备需要通过ARP报文互相学习对端设备的MAC地址，其中，设备发起的ARP请求采用广播形式，在NVO3网络中，二层网络的广播可以采用IP组播或头端复制等模式，具体过程举例如下：
步骤801：VM2广播发送ARP请求报文，所述ARP请求报文的目标IP为VM7的IP地址；该ARP请求报文到达同一子网内的VM3以及直接关联的NVE1。
步骤802：NVE1接收所述ARP请求报文，通过头端复制（或IP组播）的方式将该ARP请求报文封装为NVO3报文后发往所述分布式网关中的其他各NVE。
步骤803：其他各NVE（NVE2、NVE3）收到该NVO3报文后，去除NVO3封装，通过查找内层MAC确定所述ARP请求报文为广播报文（即内层MAC为全F）后，将去除NVO3封装后的ARP请求报文发送给各自子网中的各VM，其他各NVE学习ARP请求报文中携带的ARP信息并保存至本地的ARP表。
步骤804：VM7收到该ARP请求报文后，根据该报文中携带的目标IP地址确定所述ARP请求报文为请求自身MAC地址的ARP请求报文后，生成ARP响应报文，将该ARP响应报文单播发送给直接关联的NVE3；所述ARP响应报文中携带有VM7的IP地址和MAC地址。
步骤805：NVE3将该ARP响应报文封装为单播NVO3隧道报文并发往VM2直接关联的NVE1。
步骤806：NVE1接收该单播NVO3隧道报文后去除NVO3封装，查找内层MAC地址，并按照内层MAC地址将所述去除NVO3封装后的ARP响应报文发往VM2，同时NVE1学习该单播NVO3隧道报文中的ARP信息。
第三具体实施例，如图9所示，子网中的设备（VM或Host）向该分布式网关（NVE）发起ARP请求时，考虑各NVE共用同一个VIP，只由与该设备直接关联的NVE进行答复，其他NVE不作答复，只学习ARP请求报文中的ARP信息，具体过程如下：
步骤901：VM2发起请求网关VIP（G-VIP）的MAC地址的ARP请求报文，该ARP请求报文到达同一子网内的VM3以及直接关联的NVE1。
步骤902：NVE1接收所述ARP请求报文，通过头端复制（或IP组播）的方式将该ARP请求报文封装为NVO3报文后发往所述分布式网关中的其他各NVE。
步骤903：其他各NVE（NVE2、NVE3）收到该NVO3报文后，去除NVO3封装，通过查找内层MAC确定为所述ARP请求报文为广播报文（即内层MAC为全F）后，将所述去除NVO3封装后的ARP请求报文发送给各自子网中的各VM，学习ARP请求报文中携带的ARP信息并保存至本地的ARP表。
步骤904：NVE1生成ARP响应报文并发送给VM2。所述ARP响应报文中携带所述分布式网关的VIP和VMAC。
本发明实施例中，子网中的设备（VM、Host）与网关之间的二层网络通信，是在子网中的设备与直接关联的NVE之间的二层通信。
这里，不建议由NVE主动发起对子网中设备的通信，因此VM回复的报文只能到达直接关联的NVE，如果发起通信的NVE不是与该设备直接关联的NVE，发起通信的NVE将收不到回复的报文，导致通信失败。
第四具体实施例，各NVE对应子网中的设备与各NVE对应的子网外的设备进行三层网络通信的具体过程为：VM2发送目的IP地址为172.6.1.100的报文至直接关联的NVE1；NVE1查找目的IP的路由信息，并按照该路由信息将报文转发至下一跳设备，由下一跳设备对该报文继续转发，直至到达目的设备。
第五具体实施例，如图10所示，各NVE通过IGP、BGP等协议对外发布同一个子网的路由，外部设备发起的向子网中的设备的三层网络通信的具体过程如下：
步骤1001：IP地址为172.16.1.100的外部设备发送目的IP为VM2的IP地址（192.168.1.2）的报文，所述报文通过路由权值选择最短路径到达最近的网关NVE2。
步骤1002：NVE2在本地的ARP表中查找与目的IP相应的ARP信息（即与目的IP对应的目的MAC以及与目的IP对应的NVE的外层隧道IP地址），根据找到的ARP信息将所述报文重新封装为NVO3报文，将所述NVO3报文发往VM2直接关联的NVE1。
步骤1003：NVE1接收到所述NVO3报文后剥去NVO3封装，根据报文中携带的目的MAC，将报文转发给目的设备VM2。
第六具体实施例，如图11所示，各NVE通过IGP、BGP等协议对外发布同一个子网的路由，外部设备发起的向子网中的设备的三层网络通信的具体过程如下：
步骤1101：IP地址为172.16.1.100的外部设备发送目的IP为VM2的IP地址（192.168.1.2）的报文，通过路由权值选择最短路径到达最近的网关NVE2。
步骤1102：NVE2未在本地的ARP表中找到与目的IP相应的ARP信息，发起目标IP地址为VM2的IP地址的ARP请求报文，将该ARP请求报文发送至直接关联的子网中的各VM（VM4、VM5），并且将该ARP请求报文封装为NVO3报文发送给所述分布式网关中的其他各NVE（NVE1和NVE3）。
步骤1103：NVE1、NVE3分别剥去收到的NVO3报文的NVO3封装，将去除NVO3封装后的ARP请求报文发送给各自子网中的各VM。
步骤1104：VM2收到ARP请求报文后，确定所述ARP请求报文中携带的目标IP地址为自身的IP地址，生成携带自身ARP信息的ARP响应报文并发送给直接关联的NVE1。
步骤1105：NVE1将所述ARP响应报文封装为NVO3报文后发送给其他各NVE。
步骤1106：NVE2和NVE3接收NVO3报文并剥去NVO3封装获得ARP响应报文，并学习其中携带的VM2的ARP信息，NVE2根据获取的VM2的ARP信息（即目的IP的ARP信息），将外部设备的报文重新封装后发送给与VM2直接关联的NVE1。
步骤1107：NVE1收到该重新封装的报文后，剥去NVO3封装后，根据所述目的IP地址，将所述报文发送给VM2。
第七具体实施例，外部设备与子网的网关NVE进行通信的具体过程如下：IP地址为172.16.1.100的外部设备发送目的IP地址为所述分布式网关的VIP（G-VIP）的请求报文，并经路由权值选择最短路径转发至NVE2；NVE2向外部设备返回响应报文。
以上第一～第七具体实施例中，分布式网关部署于同一区域内，实际应用中，分布式网关还支持跨区域部署，无需做任何特殊处理。
基于上述技术方案，本发明实施例中通过设置分布式网关的各NVE具有相同的VIP和VMAC，各NVE之间通过外层隧道IP地址建立互通隧道，有效地降低了分布式网关的实现复杂度，提高了网络部署的灵活性。由于组成分布式网关的各NVE具有相同的VIP和VMAC地址，各NVE在本地保存ARP表，该ARP表中包含有子网中的各设备的IP地址、MAC地址以及直接关联的NVE的外层隧道IP地址的对应关系，NVE在接收报文后，根据报文中携带目的设备标识在本地查找ARP表获取相应的ARP信息，即可按照获取的ARP信息发送报文，使得基于本发明实施例提供的分布式网关部署的网络在可扩展性、规模、效率等方面都具有独特的优势，能够更好地支持云平台的发展。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (15)
1.一种分布式网关，应用于三层网络虚拟化NVO3网络中，其特征在于，包括多个网络虚拟化边缘点NVE；
各NVE具有相同的虚拟网络协议VIP地址，并具有相同的虚拟媒体接入控制VMAC地址；
各NVE通过外层隧道IP地址与其他NVE建立互通隧道；
各NVE配置有用于发布对应子网的网段路由的路由协议。
2.如权利要求1所述的分布式网关，其特征在于，所述各NVE的外层隧道IP地址通过本地环回Loopback端口进行配置。
3.如权利要求1或2所述的分布式网关，其特征在于，所述路由协议为内部网关协议IGP或边界网关协议BGP。
4.如权利要求1或2所述的分布式网关，其特征在于，所述各NVE对应子网中的设备的网关地址配置为所述VIP地址。
5.如权利要求1或2所述的分布式网关，其特征在于，所述各NVE进行广播时，
分别将其他各NVE的外层隧道IP地址作为NVO3报文的外层IP地址，对待广播的报文进行NVO3封装；
或者，
将组播IP地址作为NVO3报文的外层IP地址对待广播报文进行NVO3封装。
6.一种基于权利要求1所述的分布式网关的报文处理方法，其特征在于，包括：
NVE接收携带目的设备标识的报文，查找本地保存的地址解析协议ARP表获取相应的ARP信息，所述ARP表中包含有子网中各设备的网络协议IP地址、媒体接入控制MAC地址以及与直接关联的NVE的外层隧道IP地址的对应关系；
所述NVE根据获取的所述ARP信息发送所述报文。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
所述NVE接收直接关联的源设备广播发送的ARP请求报文，获取所述ARP请求报文中的ARP信息并保存在所述ARP表中，通过互通隧道将所述ARP请求报文发送至所述分布式网关中的其他各NVE，所述ARP请求报文的目标设备为所述分布式网关时，所述NVE向所述源设备返回ARP响应报文，所述ARP响应报文中携带所述VMAC地址；或
所述NVE接收直接关联的源设备广播发送的ARP请求报文，获取所述ARP请求报文中的ARP信息并保存在所述ARP表中，通过互通隧道将所述ARP请求报文发送至所述分布式网关中的其他各NVE，所述ARP请求报文的目标设备为另一NVE直接关联的设备时，所述NVE接收所述另一NVE返回的ARP响应报文，获取所述ARP响应报文中的ARP信息并保存至所述ARP表中，所述ARP响应报文由所述目标设备在接收所述另一NVE发送的所述ARP请求报文后生成并返回给所述另一NVE。
8.如权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述NVE根据获取的所述ARP信息发送所述报文，包括：
若根据获取的所述ARP信息确定目的设备为所述NVE直接关联的设备时，所述NVE将所述报文发送给所述目的设备；
若根据获取的所述ARP信息确定所述目的设备为其他NVE直接关联的设备时，所述NVE将所述报文发送给与所述目的设备直接关联的NVE，由与所述目的设备直接关联的NVE将所述报文发送给所述目的设备；
若根据获取的所述ARP信息确定所述目的设备为所述分布式网关管理的子网外的设备时，根据所述ARP信息查找路由信息并发送至下一跳设备。
9.如权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述携带目的设备标识的报文为外部设备发送的报文，则所述方法还包括：
所述NVE查找本地保存的ARP表确定不存在相应的ARP信息时，所述NVE向其他各NVE发送携带所述目的设备标识的ARP请求报文，由其他各NVE将所述ARP请求报文发送给直接关联的各设备；
所述NVE接收另一NVE发送的携带所述目的设备标识相应的ARP信息的ARP响应报文，获取所述目的设备标识相应的ARP信息并保存在所述ARP表中。
10.如权利要求6或7所述的方法，其特征在于，若所述携带目的设备标识的报文为外部设备发送的目标IP地址为所述VIP地址的ARP请求报文，所述NVE接收所述报文后，所述方法还包括：
所述NVE向所述外部设备发送携带所述NVE的ARP信息的ARP响应报文。
11.一种网络虚拟化边缘点NVE，所述NVE为权利要求1所述的分布式网关包括的多个NVE中的任意一个，其特征在于，所述NVE包括：
接收模块，用于接收携带目的设备标识的报文，查找本地保存的地址解析协议ARP表获取相应的ARP信息，所述ARP表中包含有子网中各设备的网络协议IP地址、媒体接入控制MAC地址以及与直接关联的NVE的外层隧道IP地址的对应关系；
发送模块，用于根据获取的所述ARP信息发送所述报文。
12.如权利要求11所述的NVE，其特征在于，
所述接收模块还用于：
接收直接关联的源设备广播发送的ARP请求报文，获取所述ARP请求报文中的ARP信息并保存在所述ARP表中，通过互通隧道将所述ARP请求报文发送至所述分布式网关中的其他各NVE；
所述ARP请求报文的目标设备为所述分布式网关时，所述发送模块还用于：
向所述源设备返回ARP响应报文，所述ARP响应报文中携带所述VMAC地址；
或
所述接收模块还用于：
接收直接关联的源设备广播发送的ARP请求报文，获取所述ARP请求报文中的ARP信息并保存在所述ARP表中，通过互通隧道将所述ARP请求报文发送至所述分布式网关中的其他各NVE，所述ARP请求报文的目标设备为另一NVE直接关联的设备时，以及接收所述另一NVE返回的ARP响应报文，获取所述ARP响应报文中的ARP信息并保存至所述ARP表中，所述ARP响应报文由所述目标设备在接收所述另一NVE发送的所述ARP请求报文后生成并返回给所述另一NVE。
13.如权利要求11或12所述的NVE，其特征在于，所述发送模块具体用于：
若根据获取的所述ARP信息确定目的设备为所述NVE直接关联的设备时，将所述报文发送给所述目的设备；
若根据获取的所述ARP信息确定所述目的设备为其他NVE直接关联的设备时，将所述报文发送给与所述目的设备直接关联的NVE，由与所述目的设备直接关联的NVE将所述报文发送给所述目的设备；
若根据获取的所述ARP信息确定所述目的设备为所述分布式网关管理的子网外的设备时，根据所述ARP信息查找路由信息并发送至下一跳设备。
14.如权利要求11或12所述的NVE，其特征在于，所述携带目的设备标识的报文为外部设备发送的报文，所述发送模块还用于：
当所述接收模块查找本地保存的ARP表确定不存在相应的ARP信息时，向其他各NVE发送携带所述目的设备标识的ARP请求报文，由其他各NVE将所述ARP请求报文发送给直接关联的各设备；
所述接收模块还用于：
接收另一NVE发送的携带所述目的设备标识相应的ARP信息的ARP响应报文，获取所述目的设备标识相应的ARP信息并保存在所述ARP表中。
15.如权利要求11或12所述的NVE，其特征在于，若所述携带目的设备标识的报文为外部设备发送的目标IP地址为所述VIP地址的ARP请求报文，所述接收模块接收所述报文后，所述发送模块还用于：
向所述外部设备发送携带所述NVE的ARP信息的ARP响应报文。
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