CN107257291A - 一种网络设备数据交互方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种网络设备数据交互方法和系统，方法包括：为每个网络设备配置若干以太网卡以实现网络设备两两连接；基于bond技术为每个网络设备建立虚拟网卡并配置对应IP；发送/接收ARP请求以建立网络设备之间的路由规则；基于路由规则进行数据包的传输。该系统用于执行对应方法。本发明通过网卡进行网络设备的两两连接，基于bond技术对网卡进行管理，通过获取网络设备之间的地址信息以实现数据的传输过程，可以节省独立的交换机，有利于对现有的系统进行改造。

Description

一种网络设备数据交互方法和系统
技术领域
本发明涉及一种网络设备数据交互方法和系统，属于数据传输领域。
背景技术
分布式存储系统，是将数据分散存储在多台独立的设备上。传统的网络存储系统采用集中的存储服务器存放所有数据，存储服务器成为系统性能的瓶颈，也是可靠性和安全性的焦点，不能满足大规模存储应用的需要。分布式网络存储系统采用可扩展的系统结构，利用多台存储服务器分担存储负荷，利用位置服务器定位存储信息，它不但提高了系统的可靠性、可用性和存取效率，还易于扩展。
传统存储网络主要基于FC，传输带宽和延迟远远优于千兆以太网，随着10Gb/40Gb以太网的普及，分布式存储的传输带宽和时延得到了较大的改善。但是10Gb/40Gb以太网交换机仍然比较昂贵。
发明内容
为了解决上述问题，本发明通过提供一种网络设备数据交互方法和系统。
本发明采用的技术方案一方面为一种网络设备数据交互方法，包括以下步骤：为每个网络设备配置若干以太网卡以实现网络设备两两连接；基于bond技术为每个网络设备建立虚拟网卡并配置对应IP；发送/接收ARP请求以建立网络设备之间的路由规则；基于路由规则进行数据包的传输。
优选地，基于bond驱动建立虚拟网卡并配置对应IP，绑定以太网卡以配置MAC地址，标记以太网卡为端口。
优选地，建立网络设备之间的路由规则的步骤包括：发送ARP请求，该ARP请求包括目的IP地址，所述目的IP地址为发送ARP请求的对端的网络设备的IP地址；接收ARP请求，解析ARP请求以获得目的IP地址，与网络设备自身的IP地址进行比较，匹配则返回ARP响应；接收ARP响应后，通过解析ARP响应，获得目的IP对应的MAC地址，并根据接收的端口，创建路由规则。
优选地，还包括检测待发送的数据包类型，其中，待发送的数据包类型为ARP请求，则通过端口广播ARP请求，通过接收其他网络设备返回的ARP响应获取目的IP地址对应的MAC地址，并根据接收端口创建路由规则；待发送的数据包类型为非ARP请求，则获取其数据发送目的IP，查询路由规则以获取目的MAC和对应的端口，通过对应端口发送数据包。
优选地，还包括查询路由规则，如果没有找到对应的端口，则缓存数据包并基于所述目的IP生成一个ARP请求并发送，如果收到对应的ARP响应，则基于ARP响应和接收端口，生成路由规则，基于路由规则进行数据包的传输。
优选地，还包括查询路由规则，如果没有找到对应的端口，则丢弃数据包并基于所述目的IP生成一个ARP请求。
本发明采用的技术方案另一方面为一种网络设备数据交互系统，包括若干网络设备，包括：
配置模块，用于为每个网络设备配置若干以太网卡以实现网络设备两两连接；虚拟网卡模块，用于基于bond技术为每个网络设备建立虚拟网卡并配置对应IP；路由模块，用于发送/接收ARP请求以建立网络设备之间的路由规则；数据传输模块，用于基于路由规则进行数据包的传输。
优选地，基于bond驱动建立虚拟网卡并配置对应IP，绑定以太网卡以配置MAC地址，标记以太网卡为端口。
优选地，建立网络设备之间的路由规则的步骤包括：发送ARP请求，该ARP请求包括目的IP地址，所述目的IP地址为发送ARP请求的对端的网络设备的IP地址；接收ARP请求，解析ARP请求以获得目的IP地址，与网络设备自身的IP地址进行比较，匹配则返回ARP响应；接收ARP响应后，通过解析ARP响应，获得目的IP对应的MAC地址，并根据接收的端口，创建路由规则。
优选地，还包括检验模块，用于检测待发送的数据包类型，其中，待发送的数据包类型为ARP请求，则通过端口广播ARP请求，通过接收其他网络设备返回的ARP响应获取目的IP地址对应的MAC地址，并根据接收端口创建路由规则；待发送的数据包类型为非ARP请求，则获取其数据发送目的IP，查询路由规则以获取目的MAC和对应的端口，通过对应端口发送数据包。
优选地，所述检验模块还用于查询路由规则，如果没有找到对应的端口，则缓存数据包并基于所述目的IP生成一个ARP请求并发送，如果收到对应的ARP响应，则基于ARP响应和接收端口，生成路由规则，基于路由规则进行数据包的传输。
优选地，所述检验模块还用于查询路由规则，如果没有找到对应的端口，则丢弃数据包并基于所述目的IP生成一个ARP请求。
本发明的有益效果为通过网卡进行网络设备的两两连接，基于bond技术对网卡进行管理，通过获取网络设备之间的地址信息以实现数据的传输过程，可以节省独立的交换机，有利于对现有的系统进行改造。
附图说明
图1所示为基于本发明实施例的一种网络设备数据交互方法的示意图；
图2所示为基于本发明实施例的基于VMware esxi虚拟化平台的3节点集群；
图3所示为基于本发明实施例的基于Linux服务器的3节点集群。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明进行说明。
基于发明的实施例1，如图1所示一种网络设备数据交互方法，包括以下步骤：为每个网络设备配置若干以太网卡以实现网络设备两两连接；基于bond技术为每个网络设备建立虚拟网卡并配置对应IP；发送/接收ARP请求以建立网络设备之间的路由规则；基于路由规则进行数据包的传输。
bond的原理是创建一个虚拟网卡，关联多个物理网络，以实现网卡的聚合；在这种模式下，网卡不像在通常情况下，只接收目的硬件地址是自身MAC的以太网帧，对于别的数据帧都滤掉，以减轻驱动程序的负担；而是接收网络上所有的数据帧，而且修改了驱动程序中的MAC地址，将两块网卡的MAC地址改成相同，可以接收特定MAC的数据帧，然后把相应的数据帧传送给bond驱动程序处理。
网络设备可以为主机，为主机设置N-1个网卡(N为全部网络设备的数量)以实现主机的两两连接，基于bond的原理，为主机设置一个bond模块/程序/驱动，用于配置给全部的网卡(单个网络设备所具有的以太网卡)IP地址，然后单个主机(例如APP或者主机程序需求数据的交互，则发出ARP请求以建立路由关系)会发送ARP请求，即通过其所属所有网卡向对应的另一个主机发出ARP请求，接收ARP请求的主机的bond驱动会把ARP请求中包含的IP信息读取下来，并结合本主机的IP信息，如果两者匹配，则发送一个ARP响应回去。
基于发明的实施例1的一种网络设备数据交互方法，基于bond驱动建立虚拟网卡并配置对应IP，绑定以太网卡以配置MAC地址，标记以太网卡为端口。
虚拟网卡的目的是聚合多个物理网卡，屏蔽不同物理网卡的连接差异性，即实现数据传输目的的分配，在整体上，将所有的网卡视为一个单独的网卡，其IP地址即所有的网卡的IP地址(也可以是其中若干网卡共享一个或者数个IP)，同时在实际的数据转接时，则基于实际MAC地址以进行数据的交互。
基于发明的实施例1的一种网络设备数据交互方法，建立网络设备之间的路由规则的步骤包括：发送ARP请求，该ARP请求包括目的IP地址，所述目的IP地址为发送ARP请求的对端的网络设备的IP地址；接收ARP请求，解析ARP请求以获得目的IP地址，与网络设备自身的IP地址进行比较，匹配则返回ARP响应；接收ARP响应后，通过解析ARP响应，获得目的IP对应的MAC地址，并根据接收的端口，创建路由规则。
ARP协议概述：
IP数据包常通过以太网发送。在以太网通讯时，源主机的应用程序知道目的主机的IP地址和端口号，却不知道目的主机的硬件地址(MAC地址，同一个服务器上做bond的多个网卡，MAC地址可以配置为相同，可以以不相同)，而数据包首先是被网卡接收到再去处理上层协议的，如果接收到的数据包的硬件地址与本机不符，则直接丢弃。因此在通讯前必须获得目的主机的硬件地址。ARP址解析协议(Address Resolution Protocol，ARP)协议就起到这个作用。
ARP工作时，首先发送出一个含有所希望的IP地址的以太网广播数据包。目的地主机收到该广播数据包后，从接收数据包的端口返回一个响应作为应答。发送者收到该响应后，将记录接收到响应的端口，用于通信。
首先，主机A具有N-1个端口(即网卡)，发送ARP请求并通过所有端口发送到其他的主机，ARP请求即是主机的IP的信息的验证；接收到ARP请求的其他主机，会将自身的IP验证是否是对方需要的地址，如果是则返回ARP响应；当收到ARP响应的时候，则说明找到了目的IP，就可以知道是那一个端口可以连到目的IP，据此建立一个路由连接表。
基于发明的实施例1的一种网络设备数据交互方法，还包括检测待发送的数据包类型，其中，待发送的数据包类型为ARP请求，则通过端口广播ARP请求，通过接收其他网络设备返回的ARP响应获取目的IP地址对应的MAC地址，并根据接收端口创建路由规则；待发送的数据包类型为非ARP请求，则获取其数据发送目的IP，查询路由规则以获取目的MAC和对应的端口，通过对应端口发送数据包。
由于网络设备(主机)或者以太网卡(即所述网卡或端口)存在故障的可能，因此会不时的刷新路由规则，因此网络设备会检测待发送的数据包类型，如果是ARP请求的数据包，则进行如实施例的路由规则建立过程以更新路由规则，如果是单纯的一般的数据包，则根据数据包内包括的目的IP按照路由规则进行数据传输。
基于发明的实施例1的一种网络设备数据交互方法，还包括查询路由规则，如果没有找到对应的端口，则缓存数据包并基于所述目的IP生成一个ARP请求并发送，如果收到对应的ARP响应，则基于ARP响应和接收端口，生成路由规则，基于路由规则进行数据包的传输。
基于发明的实施例1的一种网络设备数据交互方法，还包括查询路由规则，如果没有找到对应的端口，则丢弃数据包并基于所述目的IP生成一个ARP请求。
例如，某个主机D如果没有找到对应的端口，则直接放弃数据包并返回路由错误，触发数据包的来源的主机进行其他的操作(发送ARP请求建立路由规则)。
基于发明的实施例2,一种网络设备数据交互系统，包括若干网络设备，包括：
配置模块，用于为每个网络设备配置若干以太网卡以实现网络设备两两连接；虚拟网卡模块，用于基于bond技术为每个网络设备建立虚拟网卡并配置对应IP；路由模块，用于发送/接收ARP请求以建立网络设备之间的路由规则；数据传输模块，用于基于路由规则进行数据包的传输。
基于发明的实施例2的一种网络设备数据交互系统，基于bond驱动建立虚拟网卡并配置对应IP，绑定以太网卡以配置MAC地址，标记以太网卡为端口。
基于发明的实施例2的一种网络设备数据交互系统，建立网络设备之间的路由规则的步骤包括：发送ARP请求，该ARP请求包括目的IP地址，所述目的IP地址为发送ARP请求的对端的网络设备的IP地址；接收ARP请求，解析ARP请求以获得目的IP地址，与网络设备自身的IP地址进行比较，匹配则返回ARP响应；接收ARP响应后，通过解析ARP响应，获得目的IP对应的MAC地址，并根据接收的端口，创建路由规则。
基于发明的实施例2的一种网络设备数据交互系统，还包括检验模块，用于检测待发送的数据包类型，其中，待发送的数据包类型为ARP请求，则通过端口广播ARP请求，通过接收其他网络设备返回的ARP响应获取目的IP地址对应的MAC地址，并根据接收端口创建路由规则；待发送的数据包类型为非ARP请求，则获取其数据发送目的IP，查询路由规则以获取目的MAC和对应的端口，通过对应端口发送数据包。
基于发明的实施例2的一种网络设备数据交互系统，所述检验模块还用于查询路由规则，如果没有找到对应的端口，则缓存数据包并基于所述目的IP生成一个ARP请求并发送，如果收到对应的ARP响应，则基于ARP响应和接收端口，生成路由规则，基于路由规则进行数据包的传输。
基于发明的实施例2的一种网络设备数据交互系统，所述检验模块还用于查询路由规则，如果没有找到对应的端口，则丢弃数据包并基于所述目的IP生成一个ARP请求。
基于发明的实施例3，如图2所示的基于VMware esxi虚拟化平台的3节点集群。
由于esxi的vswith默认网卡是连接物理交换机，把多个物理网卡作为等价的上行链路出口，vswitch并没有针对物理网络出口的路由规则配置，因此通过在两两互联的网络接口上建立一个vswitch并不能解决互联互通问题。
在3台服务器两两互联的基础上，在每台esxi服务器上对每一个物理网卡建立一个vswitch，分别为vswitch0、vswitch1。然后在esxi上创建一个Linux虚拟机VM0，虚拟机VM0配置的2个虚拟机网卡VF0和VF1分别关联vswitch0和vswitch1。Linux虚拟机VM0中基于虚拟网卡VF0、VF1创建虚拟网卡Bond0，并给Bond0配置对应的IP地址。
Bond0的bond内核模块通过监控并分析ARP消息建立路由转发规则。bond模块接收到ARP消息后，确认接收该ARP消息的bond网卡slave端口(VF0或VF1)，并解析并获取ARP消息中的源IP和目的MAC信息；基于该IP和slave端口的映射生成路由规则，并保存在bond模块的路由转发表中(即从网卡NIC0或者NIC1选择路径)。如果该路由转发表中已经保存了该IP的路由信息并且和基于最新ARP消息生成的路由转发规则不一致，则用最新规则替换。
基于发明的实施例4，如图3所示的基于Linux服务器的3节点集群。
我们在3台Linux服务器两两互联的基础上，在每台Linux服务器(Server 0～2)上基于物理网卡NIC0和NIC1，创建虚拟网卡Bond0，并给Bond0配置对应的IP地址。
Bond0的bond内核模块通过监控并分析ARP消息建立路由转发规则。bond模块接收到ARP消息后，确认接收该ARP消息的bond网卡slave端口(NIC0或NIC1)，并解析并获取ARP消息中的源IP和目的MAC信息；基于该IP和slave端口的映射生成路由规则，并保存在bond模块的路由转发表中。如果该路由转发表中已经保存了该IP的路由信息并且和基于最新ARP消息生成的路由转发规则不一致，则用最新规则替换。
以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，都应属于本发明的保护范围。在本发明的保护范围内其技术方案和/或实施方式可以有各种不同的修改和变化。

Claims (12)

1.一种网络设备数据交互方法，其特征在于，包括以下步骤：
为每个网络设备配置若干以太网卡以实现网络设备两两连接；
基于bond技术为每个网络设备建立虚拟网卡并配置对应IP；
发送/接收ARP请求以建立网络设备之间的路由规则；
基于路由规则进行数据包的传输。
2.根据权利要求1所述的一种网络设备数据交互方法，其特征在于，基于bond驱动建立虚拟网卡并配置对应IP，绑定以太网卡以配置MAC地址，标记以太网卡为端口。
3.根据权利要求2所述的一种网络设备数据交互方法，其特征在于，建立网络设备之间的路由规则的步骤包括：
发送ARP请求，该ARP请求包括目的IP地址，所述目的IP地址为发送ARP请求的对端的网络设备的IP地址；
接收ARP请求，解析ARP请求以获得目的IP地址，与网络设备自身的IP地址进行比较，匹配则返回ARP响应；
接收ARP响应后，通过解析ARP响应，获得目的IP对应的MAC地址，并根据接收的端口，创建路由规则。
4.根据权利要求3所述的一种网络设备数据交互方法，其特征在于，还包括检测待发送的数据包类型，其中，
待发送的数据包类型为ARP请求，则通过端口广播ARP请求，通过接收其他网络设备返回的ARP响应获取目的IP地址对应的MAC地址，并根据接收端口创建路由规则；
待发送的数据包类型为非ARP请求，则获取其数据发送目的IP，查询路由规则以获取目的MAC和对应的端口，通过对应端口发送数据包。
5.根据权利要求4所述的一种网络设备数据交互方法，其特征在于，还包括查询路由规则，如果没有找到对应的端口，则缓存数据包并基于所述目的IP生成一个ARP请求并发送，如果收到对应的ARP响应，则基于ARP响应和接收端口，生成路由规则，基于路由规则进行数据包的传输。
6.根据权利要求4所述的一种网络设备数据交互方法，其特征在于，还包括查询路由规则，如果没有找到对应的端口，则丢弃数据包并基于所述目的IP生成一个ARP请求。
7.一种网络设备数据交互系统，包括若干网络设备，其特征在于，包括：
配置模块，用于为每个网络设备配置若干以太网卡以实现网络设备两两连接；
虚拟网卡模块，用于基于bond技术为每个网络设备建立虚拟网卡并配置对应IP；
路由模块，用于发送/接收ARP请求以建立网络设备之间的路由规则；
数据传输模块，用于基于路由规则进行数据包的传输。
8.根据权利要求7所述的一种网络设备数据交互系统，其特征在于，基于bond驱动建立虚拟网卡并配置对应IP，绑定以太网卡以配置MAC地址，标记以太网卡为端口。
9.根据权利要求8所述的一种网络设备数据交互系统，其特征在于，建立网络设备之间的路由规则的步骤包括：
发送ARP请求，该ARP请求包括目的IP地址，所述目的IP地址为发送ARP请求的对端的网络设备的IP地址；
接收ARP请求，解析ARP请求以获得目的IP地址，与网络设备自身的IP地址进行比较，匹配则返回ARP响应；
接收ARP响应后，通过解析ARP响应，获得目的IP对应的MAC地址，并根据接收的端口，创建路由规则。
10.根据权利要求9所述的一种网络设备数据交互系统，其特征在于，还包括检验模块，用于检测待发送的数据包类型，其中，
待发送的数据包类型为ARP请求，则通过端口广播ARP请求，通过接收其他网络设备返回的ARP响应获取目的IP地址对应的MAC地址，并根据接收端口创建路由规则；
待发送的数据包类型为非ARP请求，则获取其数据发送目的IP，查询路由规则以获取目的MAC和对应的端口，通过对应端口发送数据包。
11.根据权利要求10所述的一种网络设备数据交互系统，其特征在于，所述检验模块还用于查询路由规则，如果没有找到对应的端口，则缓存数据包并基于所述目的IP生成一个ARP请求并发送，如果收到对应的ARP响应，则基于ARP响应和接收端口，生成路由规则，基于路由规则进行数据包的传输。
12.根据权利要求10所述的一种网络设备数据交互系统，其特征在于，所述检验模块还用于查询路由规则，如果没有找到对应的端口，则丢弃数据包并基于所述目的IP生成一个ARP请求。
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