CN107124364B - 基于软件定义网络控制器的网络arp完全代理方法及系统 - Google Patents

基于软件定义网络控制器的网络arp完全代理方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于软件定义网络控制器的网络ARP完全代理方法及系统，当虚拟机对数据中心物理网络发起ARP寻址时，软件定义网络控制器下发流表，通过流表回复虚拟机，使得虚拟机获得的中心的MAC地址为统一MAC地址，软件定义网络控制器代理虚拟机发起ARP寻找，根据数据中心物理网络的回复信息记录邻居表，根据邻居记录信息，下发修改目标MAC为物理数据中心目标IP对应的MAC地址并转发流表；当数据中心物理网络对云虚拟网络发起寻址时，软件定义网络控制器下发将数据报文的源MAC地址修改成统一MAC地址并转发流表，ARP代理转发处理全部由流表完成，资源消耗低，并且无单点瓶颈，软件定义网络控制器的邻居子系统可以有效抑制ARP广播寻址的频率，大大减轻物理承载网络的压力。

Description

基于软件定义网络控制器的网络ARP完全代理方法及系统
技术领域
本发明涉及软件技术领域，尤其涉及一种基于软件定义网络控制器的网络ARP完全代理方法及系统。
背景技术
在云虚拟网络中，数据中心经过云虚拟化后，使得IP地址出现10-30倍的增长。在大规模虚拟网络下，虚拟主机发起的大量ARP(Address Reso lution Protocol，地址解析协议)广播报文会严重影响数据中心承载网络的网络质量，甚至瘫痪整个数据中心网络。
为了解决ARP广播风暴问题，云虚拟网络会使用ARP代理的方式抑制ARP广播行为。在业界主流的方法是通过ARP代理进程监听ARP报文并主动回复ARP响应。但是使用ARP代理进程的缺点是ARP代理进程本身容易单点瓶颈，如果ARP代理进程受到ARP攻击容易瘫痪。并且受限于Linux bridge的邻居子系统学习机制，ARP代理不能完全抑制ARP广播。对于数据中心物理网络对云虚拟网络发起的ARP广播，使用ARP代理进程的方式目前没有有效的解决方案。另外一种方案是通过SDN控制器通过首包机制监听ARP报文并且由SDN控制器主动回复ARP的方式抑制ARP广播。这样的方案缺点是SDN控制器处理性能会成为单点。上诉两个方案都无法实现低消耗无单点的ARP代理，无法抑制数据中心对云虚拟网络发起的ARP广播报文。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术中的ARP代理无法抑制数据中心对云虚拟网络发起的ARP广播报文的问题，提出了一种基于软件定义网络控制器的网络ARP完全代理方法及系统，能够有效抑制ARP广播寻址的频率。
一方面，本发明提供一种基于软件定义网络控制器的网络ARP完全代理方法，包括：
虚拟机对数据中心物理网络发起ARP寻址；
软件定义网络控制器下发流表，通过所述流表回复虚拟机，使得所述虚拟机获得的数据中心物理网络的MAC地址为统一MAC地址；
虚拟机发起IP通讯报文；
软件定义网络控制器接收所述IP通讯报文，并根据所述IP通讯报文确定数据中心物理网络的IP地址；
所述软件定义网络控制器获取所述数据中心物理网络的IP地址对应的MAC地址，并记录到邻居表；
所述软件定义网络控制器根据所述邻居表下发流表至虚拟交换机，所述流表动作修改目标MAC地址为所述数据中心物理网络的IP地址对应的MAC地址，根据所述流表转发所述IP通讯报文；
所述数据中心物理网络接收所述IP通讯报文并进行回复；
所述数据中心物理网络发起ARP广播寻址首包；
所述软件定义网络控制器根据所述ARP广播判断目标地址是否为云内地址；
如果是，则软件定义网络控制器配置反向响应流表，修改所述数据中心物理网络的源MAC地址为统一MAC地址，通过所述反向响应流表进行回复，回复的地址为虚拟机的MAC地址或弹性IP的MAC地址。
进一步地，所述邻居表为分布式，用于记录邻居表所属的计算节点；
所述邻居表包括记录IP地址、记录IP地址对应的MAC地址、记录上次更新时间以及记录生存时间。
进一步地，所述软件定义网络控制器获取所述数据中心物理网络的IP地址对应的MAC地址，并记录到邻居表，包括：
软件定义网络控制器根据所述IP地址访问所述数据中心物理网络获取所述数据中心物理网络的IP地址对应的MAC地址，建立所述数据中心物理网络的IP地址与MAC地址的映射关系，并存储至所述邻居表。
进一步地，所述软件定义网络控制器根据所述ARP广播判断目标地址是否为云内地址，包括：
软件定义网络控制器根据所述ARP广播获取目标地址，将所述目标地址与预先存储的云内虚拟机的地址进行比较，根据比较结果确定所述目标地址是否为云内地址。
进一步地，所述统一MAC地址为FE:FF:FF:FF:FF:FF。
另一方面，本发明还提供一种基于软件定义网络控制器的网络ARP完全代理系统，包括：N个计算节点、软件定义网络控制器以及数据中心物理网络，所述计算节点包括虚拟机和虚拟交换机，其中N为大于或等于2的整数；
虚拟机用于对数据中心物理网络发起ARP寻址；
软件定义网络控制器用于下发流表，通过所述流表回复虚拟机，使得所述虚拟机获得的数据中心物理网络的MAC地址为统一MAC地址；
所述虚拟机还用于发起IP通讯报文；
所述软件定义网络控制器还用于接收所述IP通讯报文，并根据所述IP通讯报文确定数据中心物理网络的IP地址，获取所述数据中心物理网络的IP地址对应的MAC地址，并记录到邻居表，根据所述邻居表下发流表至虚拟交换机，所述流表动作修改目标MAC地址为所述数据中心物理网络的IP地址对应的MAC地址，根据所述流表转发所述IP通讯报文；
所述数据中心物理网络用于接收所述IP通讯报文并进行回复；
所述数据中心物理网络还用于发起ARP广播寻址首包；
所述软件定义网络控制器还用于根据所述ARP广播判断目标地址是否为云内地址；如果是，则软件定义网络控制器配置反向响应流表，修改所述数据中心物理网络的源MAC地址为统一MAC地址，通过所述反向响应流表进行回复，回复的地址为虚拟机的MAC地址或弹性IP的MAC地址。
进一步地，所述软件定义网络控制器的数量为N个，分别与各计算节点中的虚拟交换机通信连接。
本发明提供的基于软件定义网络控制器的网络ARP完全代理方法及系统，当虚拟机对物理数据中心发起寻址时，软件定义网络控制器根据邻居记录信息，下发修改目标MAC为物理数据中心目标IP对应的MAC地址并转发流表；当数据中心物理网络对云虚拟网络发起寻址时，软件定义网络控制器下发将数据报文的源MAC地址修改成统一MAC地址并转发流表，ARP代理转发处理全部由流表完成，资源消耗低，并且无单点瓶颈，支持代理云虚拟网络对数据中心物理网络的ARP寻址，支持数据中心物理网络对云虚拟网络的ARP寻址实现ARP完全代理，软件定义网络控制器的邻居子系统可以有效抑制ARP广播寻址的频率，大大减轻物理承载网络的压力。
附图说明
图1为本发明提供的基于软件定义网络控制器的网络ARP完全代理方法一种实施例的流程图。
图2为本发明提供的基于软件定义网络控制器的网络ARP完全代理系统一种实施例的结构示意图。
图3为本发明提供的基于软件定义网络控制器的网络ARP完全代理系统另一种实施例的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例一
参考图1，本实施例提供一种基于软件定义网络控制器的网络ARP完全代理方法，包括：
步骤S101，虚拟机对数据中心物理网络发起ARP寻址；
步骤S102，软件定义网络控制器下发流表，通过所述流表回复虚拟机，使得所述虚拟机获得的数据中心物理网络的MAC地址为统一MAC地址；
步骤S103，虚拟机发起IP通讯报文；
步骤S104，软件定义网络控制器接收所述IP通讯报文，并根据所述IP通讯报文确定数据中心物理网络的IP地址；
步骤S105，所述软件定义网络控制器获取所述数据中心物理网络的IP地址对应的MAC地址，并记录到邻居表；
步骤S106，所述软件定义网络控制器根据所述邻居表下发流表至虚拟交换机，所述流表动作修改目标MAC地址为所述数据中心物理网络的IP地址对应的MAC地址，根据所述流表转发所述IP通讯报文；
步骤S107，所述数据中心物理网络接收所述IP通讯报文并进行回复；
步骤S108，所述数据中心物理网络发起ARP广播寻址首包；
步骤S109，所述软件定义网络控制器根据所述ARP广播判断目标地址是否为云内地址；
步骤S110，如果是，则软件定义网络控制器配置反向响应流表，修改所述数据中心物理网络的源MAC地址为统一MAC地址，通过所述反向响应流表进行回复，回复的地址为虚拟机的MAC地址或弹性IP的MAC地址。
具体地，步骤S101和步骤S102为软件定义网络控制器代理虚拟机ARP寻址。
步骤S103和步骤S104中，虚拟机首先发起IP通讯报文，与虚拟机建立通讯连接的软件定义网络控制器接收所述IP通讯报文，对所述IP通讯报文进行解析获得目标IP地址，确定该目标IP地址为数据中心物理网络的IP地址。
步骤S105中，软件定义网络控制器代理虚拟机寻址，根据所述IP地址访问所述数据中心物理网络获取所述数据中心物理网络的IP地址对应的MAC地址，建立所述数据中心物理网络的IP地址与MAC地址的映射关系，并存储至所述邻居表。
作为一种优选的实施方式，邻居表为分布式，用于记录邻居表所属的计算节点；
所述邻居表包括记录IP地址、记录IP地址对应的MAC地址、记录上次更新时间以及记录生存时间。
邻居表格式如表1所示：
表1
进一步地，步骤S106-步骤S107中，软件定义网络控制器根据邻居表信息下发流表，流表修改目标MAC地址为所述数据中心物理网络的IP地址对应的MAC地址，根据所述流表转发所述IP通讯报文至数据中心物理网络，数据中心物理网络接收该IP通讯报文并进行回复。
至此，完成代理虚拟机发起寻址的流程。
进一步地，步骤S108-步骤S109中，数据中心物理网络发起ARP广播寻址首包，软件定义网络控制器接收所述ARP广播寻址首包，并进行分析，判断目标地址是否为云内地址：软件定义网络控制器根据所述ARP广播获取目标地址，将所述目标地址与预先存储的云内虚拟机的地址进行比较，根据比较结果确定所述目标地址是否为云内地址，如果所述目标地址与任一预先存储的云内虚拟机的地址一致，则确定所述目标地址为云内地址，如果该目标地址不是云内地址，则下发丢弃策略。
步骤S110中，如果确定该目标地址为云内地址，则软件定义网络控制器配置反向响应流表，修改所述数据中心物理网络的源MAC地址为统一MAC地址，通过所述反向响应流表回复该ARP广播，回复的地址为虚拟机的MAC地址或弹性IP的MAC地址。
其中，弹性IP为虚拟机的一对一NAT IP地址，弹性IP的MAC默认为计算节点物理网卡的MAC地址。
作为一种优选的实施方式，统一MAC地址为FE:FF:FF:FF:FF:FF。
作为一种优选的实施方式，反射响应流表格式如表2所示：
表2
至此，完成代理数据中心物理网络对虚拟机发起的ARP寻址。
本实施例提供的基于软件定义网络控制器的网络ARP完全代理方法，ARP代理转发处理全部由流表完成，资源消耗低，并且无单点瓶颈，支持代理云虚拟网络对数据中心物理网络的ARP寻址，支持数据中心物理网络对云虚拟网络的ARP寻址实现ARP完全代理，软件定义网络控制器的邻居子系统可以有效抑制ARP广播寻址的频率，大大减轻物理承载网络的压力。
实施例二
参考图2，本实施例提供一种基于软件定义网络控制器的网络ARP完全代理系统，包括：N个计算节点101、软件定义网络控制器102以及数据中心物理网络103，计算节点包括虚拟机104和虚拟交换机105，其中N为大于或等于2的整数；
虚拟机104用于对数据中心物理网络发起ARP寻址；
软件定义网络控制器102用于下发流表，通过所述流表回复虚拟机，使得所述虚拟机获得的数据中心物理网络的MAC地址为统一MAC地址；
虚拟机104用于发起IP通讯报文；
软件定义网络控制器102用于接收所述IP通讯报文，并根据所述IP通讯报文确定数据中心物理网络的IP地址，获取所述数据中心物理网络的IP地址对应的MAC地址，并记录到邻居表，根据所述邻居表下发流表至虚拟交换机105，所述流表动作修改目标MAC地址为数据中心物理网络的IP地址对应的MAC地址，根据流表转发所述IP通讯报文；
数据中心物理网络103用于接收所述IP通讯报文并进行回复；
数据中心物理网络103还用于发起ARP广播寻址首包；
软件定义网络控制器102还用于根据所述ARP广播判断目标地址是否为云内地址；如果是，则软件定义网络控制器配置反向响应流表，修改所述数据中心物理网络的源MAC地址为统一MAC地址，通过所述反向响应流表进行回复，回复的地址为虚拟机的MAC地址或弹性IP的MAC地址。
具体工作原理请参考实施例一，在此不再赘述。
作为一种优选的实施方式，参考图3，所述代理系统为分布式架构，软件定义网络控制,102的数量为N个，分别与各计算节点中的虚拟交换机通信连接。
本实施例提供的基于软件定义网络控制器的网络ARP完全代理系统，架构简单，ARP代理转发处理全部由流表完成，资源消耗低，并且无单点瓶颈，支持代理云虚拟网络对数据中心物理网络的ARP寻址，支持数据中心物理网络对云虚拟网络的ARP寻址实现ARP完全代理，软件定义网络控制器的邻居子系统可以有效抑制ARP广播寻址的频率，大大减轻物理承载网络的压力。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于软件定义网络控制器的网络ARP完全代理方法，其特征在于，包括：
虚拟机对数据中心物理网络发起ARP寻址；
软件定义网络控制器下发流表，通过所述流表回复虚拟机，使得所述虚拟机获得的数据中心物理网络的MAC地址为统一MAC地址；
虚拟机发起IP通讯报文；
软件定义网络控制器接收所述IP通讯报文，并根据所述IP通讯报文确定数据中心物理网络的IP地址；
所述软件定义网络控制器获取所述数据中心物理网络的IP地址对应的MAC地址，并记录到邻居表；
所述软件定义网络控制器根据所述邻居表下发流表至虚拟交换机，所述流表动作修改目标MAC地址为所述数据中心物理网络的IP地址对应的MAC地址，根据所述流表转发所述IP通讯报文；
所述数据中心物理网络接收所述IP通讯报文并进行回复；
所述数据中心物理网络发起ARP广播寻址首包；
所述软件定义网络控制器根据所述ARP广播判断目标地址是否为云内地址；所述云内地址是指任一预先存储的云内虚拟机的地址；
如果是，则软件定义网络控制器配置反向响应流表，修改所述数据中心物理网络的源MAC地址为统一MAC地址，通过所述反向响应流表进行回复，回复的地址为虚拟机的MAC地址或弹性IP的MAC地址；所述弹性IP的MAC地址为计算节点物理网卡的MAC地址。
2.根据权利要求1所述的基于软件定义网络控制器的网络ARP完全代理方法，其特征在于，所述邻居表为分布式，用于记录邻居表所属的计算节点；
所述邻居表包括记录IP地址、记录IP地址对应的MAC地址、记录上次更新时间以及记录生存时间。
3.根据权利要求1所述的基于软件定义网络控制器的网络ARP完全代理方法，其特征在于，所述软件定义网络控制器获取所述数据中心物理网络的IP地址对应的MAC地址，并记录到邻居表，包括：
软件定义网络控制器根据所述IP地址访问所述数据中心物理网络获取所述数据中心物理网络的IP地址对应的MAC地址，建立所述数据中心物理网络的IP地址与MAC地址的映射关系，并存储至所述邻居表。
4.根据权利要求1所述的基于软件定义网络控制器的网络ARP完全代理方法，其特征在于，所述软件定义网络控制器根据所述ARP广播判断目标地址是否为云内地址，包括：
软件定义网络控制器根据所述ARP广播获取目标地址，将所述目标地址与预先存储的云内虚拟机的地址进行比较，根据比较结果确定所述目标地址是否为云内地址。
5.根据权利要求1所述的基于软件定义网络控制器的网络ARP完全代理方法，其特征在于，所述统一MAC地址为FE:FF:FF:FF:FF:FF。
6.一种基于软件定义网络控制器的网络ARP完全代理系统，其特征在于，包括：N个计算节点、软件定义网络控制器以及数据中心物理网络，所述计算节点包括虚拟机和虚拟交换机，其中N为大于或等于2的整数；
虚拟机用于对数据中心物理网络发起ARP寻址；
软件定义网络控制器用于下发流表，通过所述流表回复虚拟机，使得所述虚拟机获得的数据中心物理网络的MAC地址为统一MAC地址；
所述虚拟机还用于发起IP通讯报文；
所述软件定义网络控制器还用于接收所述IP通讯报文，并根据所述IP通讯报文确定数据中心物理网络的IP地址，获取所述数据中心物理网络的IP地址对应的MAC地址，并记录到邻居表，根据所述邻居表下发流表至虚拟交换机，所述流表动作修改目标MAC地址为所述数据中心物理网络的IP地址对应的MAC地址，根据所述流表转发所述IP通讯报文；
所述数据中心物理网络用于接收所述IP通讯报文并进行回复；
所述数据中心物理网络还用于发起ARP广播寻址首包；
所述软件定义网络控制器还用于根据所述ARP广播判断目标地址是否为云内地址；如果是，则软件定义网络控制器配置反向响应流表，修改所述数据中心物理网络的源MAC地址为统一MAC地址，通过所述反向响应流表进行回复，回复的地址为虚拟机的MAC地址或弹性IP的MAC地址；所述云内地址是指任一预先存储的云内虚拟机的地址；所述弹性IP的MAC地址为计算节点物理网卡的MAC地址。
7.根据权利要求6所述的基于软件定义网络控制器的网络ARP完全代理系统，其特征在于，所述软件定义网络控制器的数量为N个，分别与各计算节点中的虚拟交换机通信连接。
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