CN108092852A - 一种基于TCP协议的OpenStack流量采集方法 - Google Patents

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林康
游浣权
谭春海
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Abstract

本发明提供了一种基于TCP协议的OpenStack流量采集方法，具体方法为：设置采集探针、采集管理中心和采集接收器；所述采集探针部署在OpenStack的网络节点或计算节点上；所述采集管理中心和采集接收器部署在其他物理设备或者虚拟机上；所述采集探针对要采集的流量进行镜像管理，并将采集到的本机虚拟端口的数据包加上业务信息和时间戳信息进行重新封包为结果数据包，通过TCP协议将所述结果数据包发送到对应的流量分析应用。与现有技术相比，便于区分汇总的流量所属的虚拟机或虚拟网络或业务，能够很方便地自由选择镜像虚拟机的流量、虚拟网络对外的流量及虚拟路由器对公网的流量。

Description

一种基于TCP协议的OpenStack流量采集方法
技术领域
本发明涉及一种基于TCP协议的OpenStack流量采集方法，特别是涉及一种适用于基于TCP协议的OpenStack流量采集方法。
背景技术
现今，OpenStack已经演变成一种被广泛采用的云管理框架，而在OpenStack快速增长的同时，OpenStack云平台的安全及网络故障分析的需求越来越多，其中的一个要求是能够监控在OpenStack数据中心发现的基于虚拟网络结构的流量。通常，OpenStack虚拟机和虚拟网络的流量都要通过vswitch，目前即使在每个物理机上的vswitch上抓到包，由于OpenStack多租户的特点，流量汇总后也难以区分这些流量属于哪个业务或哪个虚拟机或者哪个虚拟网络，并且并没有一种可视化的方式来让用户根据自己的需求选择虚拟端口做镜像。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种基于TCP协议的，便于区分汇总的流量所属的虚拟机或虚拟网络的，OpenStack流量采集方法。
本发明采用的技术方案如下：一种基于TCP协议的OpenStack流量采集方法，具体方法为：设置采集探针（Capture Probe）、采集管理中心（Capture Manager）和采集接收器（Capture Receiver）；所述采集探针部署在OpenStack的网络节点或计算节点上；所述采集管理中心和采集接收器部署在其他物理设备(如服务器)或者虚拟机上；所述采集探针对要采集的流量进行镜像管理，并将采集到的本机虚拟端口的数据包加上业务信息和时间戳信息进行重新封包为结果数据包，通过TCP协议将所述结果数据包发送到对应的流量分析应用。
采集探针的两大功能：（1）流量镜像（使用openvswich的端口镜像命令实现）（2）流量采集和发送（使用TCP协议实现）。采用TCP协议，镜像流量能够可靠得传输到分析应用，并且分析应用可以自由部署（只要IP网络是通的）；时间戳在发送数据包到远端分析应用之前就已打上，这样的时间戳更精准；可以部署专用网络来传输镜像流量，不影响OpenStack的业务性能。
所述采集探针为一个openstack虚拟端口流量采集插件；所述采集管理中心为openstack虚拟端口流量采集管理中心；所有虚拟端口的流量采集通过采集管理中心来控制。如果只有一个采集接收器，则采集管理中心和采集接收器也可以部署在一台设备上；如果采集接收器与采集管理中心不在一台设备上，则采集接收器主动连接采集管理中心，告诉采集管理中心它是一个流量接收者，同样采集管理中心把所有的采集接收器 IP通过界面展示出来。
具体方法步骤为：
S1、采集探针连接采集管理中心，并将采集探针所在本机（一台OpenStack的计算节点或网络节点）的虚拟端口信息列表上报给采集管理中心；
S2、采集管理中心发送流量采集命令给目的镜像所在端口的采集探针；
S3、采集探针收到镜像命令，创建一个镜像端口，将源端口的流量镜像到镜像端口，同时跟采集接收器建立起TCP连接，将指定源端口的流量复制一份并加上业务ID和时间戳信息通过TCP协议发送给流量分析应用所在的目的IP；
所述虚拟端口指OpenStack创建的集成网桥（br-int）上的端口； 每个端口信息包括端口ID、租户名称、在集成网桥上对应的端口名称和IP地址。
采集探针启动时，读取保存到本地的本机镜像列表，及配置的采集管理中心 IP地址、调用OpenStack API所需的用户名和密码等。随后连接采集管理中心，直到连接成功，连接成功后，将本机的名称告诉采集管理中心（可选）。随后采集探针定时上报本机端口列表到采集管理中心。
集成网桥上的端口有四类：虚拟机的端口（qvo开头）、虚拟网络在虚拟路由器上的路由接口（qr开头）、虚拟路由器上的外部网关（qg开头）、dhcp服务接口（tap开头），分别对应虚拟机的流量、虚拟网络对外的流量、虚拟路由器对公网的流量、虚拟网络dhcp流量。
其中，所述S1中的虚拟端口信息的获取是通过调用OpenStack的API，先获取所有OpenStack环境的所有端口列表，再筛选出本机集成网桥上的端口。
所述方法还包括，所述S1中，采集管理中心通过采集探针获取本机的虚拟端口信息列表时，判断端口类型，如果是虚拟机的端口，端口信息还包括所在的虚拟机名称；如果是路由接口或外部网关，端口信息还包括router name、网络名称和子网信息。
所述方法还包括，所述S1中，采集管理中心通过采集探针获取本机的虚拟端口信息列表时，判断端口是否是已经镜像的端口，如果是，则端口信息还包括端口的业务ID和镜像目的IP。业务能够用作流量的业务区分，镜像后的流量加了业务信息，实现了流量按业务区分，方便流量分析应用按业务来分析流量，分析应用能根据数据包的业务ID和IP信息快速定位到某台虚拟机。
所述方法还包括，所述S2中，采集管理中心发送镜像命令给目的镜像所在端口的采集探针时，所述镜像命令包括目的镜像的业务ID、镜像目的IP和流量方向。
所述S3中，采集探针采集镜像端口的流量，在每一个原始包前加上packet_info头，packet_info头包括包长、业务ID和时间戳信息，通过TCP协议发送到采集接收器；采集接收器收到采集探针发过来的数据包后，进行包解析，并将解析出来的结果传到流量分析器进行分析处理。
所述方法还包括，采集管理中心收到采集探针发送过来的端口列表后，将采集探针的端口列表通过界面（本地GUI界面或Web界面）展示出来，进一步地，能够供用户操作。
所述方法还包括，用户通过采集管理中心选择端口做镜像，同时输入端口的业务ID及目的采集接收器的IP，采集管理中心发送镜像命令附带这些参数信息到端口所在的采集探针。
所述采集探针调用open vswitch的管理命令来执行采集管理中心的发送的镜像命令。
采集探针的具体部署方法为：在需要采集流量的计算节点或网络节点增加一张物理网卡，配置与目的IP在一个网络的IP作为流量采集本地IP，或者直接使用数据网络的通信IP作为流量采集本地IP，安装采集探针的组件，并配置采集管理中心的IP、调用OpenStack API所需的用户名和密码等，并运行安装好的采集探针组件。也可以使用现成的业务数据网络的网卡作为流量采集出口网卡。
所述方法还包括，在采集管理中心提供图形界面管理端口，用于选择镜像虚拟机的流量、虚拟网络对外的流量及虚拟路由器对公网的流量。提供图形界面管理端口镜像，用户可以很方便地自由选择镜像虚拟机的流量、虚拟网络对外的流量及虚拟路由器对公网的流量。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：镜像后的流量加了业务信息，实现了流量按业务区分，方便流量分析应用按业务来分析流量，分析应用能根据数据包的业务ID和IP信息快速定位到某台虚拟机。
附图说明
图1为本发明其中一实施例的系统结构示意图。
图2为本发明其中一实施例的采集探针定时上报本机端口列表到采集管理中心的流程图。
图3为本发明其中一实施例的镜像流程示意图。
图4为本发明其中一实施例的流量传送过程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，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用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本说明书（包括摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或者具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
具体实施例1
如图1所示，一种基于TCP协议的OpenStack流量采集方法，具体方法为：设置采集探针（Capture Probe）、采集管理中心（Capture Manager）和采集接收器（Capture Receiver）；所述采集探针部署在OpenStack的网络节点或计算节点上；所述采集管理中心和采集接收器部署在其他物理设备(如服务器)或者虚拟机上；所述采集探针对要采集的流量进行镜像管理，并将采集到的本机虚拟端口的数据包加上业务信息和时间戳信息进行重新封包为结果数据包，通过TCP协议将所述结果数据包发送到对应的流量分析应用。
采集探针的两大功能：（1）流量镜像（使用openvswich的端口镜像命令实现）（2）流量采集和发送（使用TCP协议实现）。采用TCP协议，镜像流量能够可靠得传输到分析应用，并且分析应用可以自由部署（只要IP网络是通的）；时间戳在发送数据包到远端分析应用之前就已打上，这样的时间戳更精准；可以部署专用网络来传输镜像流量，不影响OpenStack的业务性能。
所述采集探针为一个openstack虚拟端口流量采集插件；所述采集管理中心为openstack虚拟端口流量采集管理中心；所有虚拟端口的流量采集通过采集管理中心来控制。如果只有一个采集接收器，则采集管理中心和采集接收器也可以部署在一台设备上；如果采集接收器与采集管理中心不在一台设备上，则采集接收器主动连接采集管理中心，告诉采集管理中心它是一个流量接收者，同样采集管理中心把所有的采集接收器 IP通过界面展示出来。
具体实施例2
在具体实施例1的基础上，具体方法步骤为：
S1、采集探针连接采集管理中心，并将采集探针所在本机（一台OpenStack的计算节点或网络节点）的虚拟端口信息列表上报给采集管理中心；
S2、采集管理中心发送流量采集命令给目的镜像所在端口的采集探针；
S3、采集探针收到镜像命令，创建一个镜像端口，将源端口的流量镜像到镜像端口，同时跟采集接收器建立起TCP连接，将指定源端口的流量复制一份并加上业务ID和时间戳信息通过TCP协议发送给流量分析应用所在的目的IP；
所述虚拟端口指OpenStack创建的集成网桥（br-int）上的端口； 每个端口信息包括端口ID、租户名称、在集成网桥上对应的端口名称和IP地址。
采集探针启动时，读取保存到本地的本机镜像列表，及配置的采集管理中心 IP地址、调用OpenStack API所需的用户名和密码等。随后连接采集管理中心，直到连接成功，连接成功后，将本机的名称告诉采集管理中心（可选）。随后采集探针定时上报本机端口列表到采集管理中心。
具体实施例3
在具体实施例2的基础上，其中，所述S1中的虚拟端口信息的获取是通过调用OpenStack的API，先获取所有OpenStack环境的所有端口列表，再筛选出本机集成网桥上的端口。
具体实施例4
在具体实施例2或3的基础上，所述方法还包括，所述S1中，采集管理中心通过采集探针获取本机的虚拟端口信息列表时，判断端口类型，如果是虚拟机的端口，端口信息还包括所在的虚拟机名称；如果是路由接口或外部网关，端口信息还包括router name、网络名称和子网信息。
具体实施例5
在具体实施例2到4之一的基础上，所述方法还包括，所述S1中，采集管理中心通过采集探针获取本机的虚拟端口信息列表时，判断端口是否是已经镜像的端口，如果是，则端口信息还包括端口的业务ID和镜像目的IP。业务能够用作流量的业务区分，镜像后的流量加了业务信息，实现了流量按业务区分，方便流量分析应用按业务来分析流量，分析应用能根据数据包的业务ID和IP信息快速定位到某台虚拟机。
具体实施例6
在具体实施例2到5之一的基础上，所述方法还包括，所述S2中，采集管理中心发送镜像命令给目的镜像所在端口的采集探针时，所述镜像命令包括目的镜像的业务ID、镜像目的IP和流量方向。
具体实施例7
在具体实施例2到5之一的基础上，所述S3中，采集探针采集镜像端口的流量，在每一个原始包前加上packet_info头，packet_info头包括包长、业务ID和时间戳信息，通过TCP协议发送到采集接收器；采集接收器收到采集探针发过来的数据包后，进行包解析，并将解析出来的结果传到流量分析器进行分析处理。
具体实施例8
在具体实施例2到7之一的基础上，所述方法还包括，采集管理中心收到采集探针发送过来的端口列表后，将采集探针的端口列表通过界面（本地GUI界面或Web界面）展示出来，进一步地，能够供用户操作。
具体实施例9
在具体实施例8的基础上，所述方法还包括，用户通过采集管理中心选择端口做镜像，同时输入端口的业务ID及目的采集接收器的IP，采集管理中心发送镜像命令附带这些参数信息到端口所在的采集探针。
具体实施例10
在具体实施例1到9之一的基础上，采集探针的具体部署方法为：在需要采集流量的计算节点或网络节点增加一张物理网卡，配置与目的IP在一个网络的IP作为流量采集本地IP，或者直接使用数据网络的通信IP作为流量采集本地IP，安装采集探针的组件，并配置采集管理中心的IP、调用OpenStack API所需的用户名和密码等，并运行安装好的采集探针组件。
具体实施例11
一种基于隧道协议的Openstack流量采集方法，其具体包括：
采集探针的部署
在需要采集流量的计算或网络节点增加一张物理网卡，配置与采集接收器在一个网络的IP，安装采集探针组件，配置采集管理中心的IP，调用OpenStack API所需的用户名和密码等，运行采集探针组件。
端口列表的上报及展示
采集探针启动时，读取保存到本地的本机镜像列表（格式为（源端口名称、镜像端口名称、业务ID、目的IP）），及配置的采集管理中心 IP地址、调用OpenStack API所需的用户名和密码等。随后连接采集管理中心，直到连接成功，连接成功后，将本机的名称告诉采集管理中心（可选）。随后采集探针定时上报本机端口列表到采集管理中心，其上报流程如图2。
首先采集探针调用OpenStack API获取所有虚拟端口的信息及本机br-int上的端口信息，由于br-int上的端口的名字是由一个前缀加上虚拟端口ID前11个字符组成，所以判断OpenStack的虚拟端口是否对应在本机br-int上，只需取OpenStack的虚拟端口ID的前几个（不超过11个）字符在br-int的端口列表中查找就可以了。获取到本机端口列表后，调用OpenStack API获取端口的详细信息，每个端口的信息包含端口ID、租户名称、在br-int上的对应的名称、IP地址，如果是虚拟机的端口，包含所在虚拟机名称；如果是路由接口或外部网关，包含router name、网络名称、子网信息。再在本机镜像列表中查找是否是做过镜像的端口，如果是，就加上业务ID、目的IP信息。最后把本机端口列表发送给采集管理中心。同时在镜像端口列表中检测源端口是否还存在，如果不存在，就将镜像端口删除。另外，采集管理中心也可以主动向采集探针请求端口列表信息。发送给采集管理中心的本机端口列表的格式可以是json格式也可以是其他格式。
本机端口列表json格式设计如下：
{
"ports": [
{
"type": "vm",
"status": "ACTIVE",
" ovs_name ": "qvod80b1a3b-4f",
"device_name": "VM1",//虚拟机名称或路由名称
"network_name": "private1",
"tenant_name": "demo",//租户名称
"fixed_ips": [
{
"subnet_id": "008ba151-0b8c-4a67-98b5-0d2b87666062",//子网ID
"ip_address": "172.10.4.32"
}
],
"id":"d80b1a3b-4fc1-49f3-952e-1e2ab7081d8b",//port id
"bid":"234",//业务ID
"dst_ip": "192.168.3.16"//目的IP
},
{
"type": "router_interface",
"status": "ACTIVE",
"ovs_name": "qr9ae135f4-b6",
"device_name": "router1",//虚拟机名称或路由名称
"network_name": "private1",
"tenant_name": "demo",//租户名称
"fixed_ips": [
{
"subnet_id": "008ba151-0b8c-4a67-98b5-0d2b87666062",//子网ID
"ip_address": "172.10.4.1"
}
],
"id": "f71a6703-d6de-4be1-a91a-a570ede1d159",
"bid": "",//业务ID
"dst-ip": ""//目的IP
}
]
}
镜像处理
采集管理中心向采集探针发送镜像命令（镜像命令参数包括源端口名称、业务ID、目的IP、流量方向），采集探针收到镜像命令后，判断该端口是否已镜像，如果是，返回镜像结果给采集管理中心，如果没有，则创建镜像端口，根据流量方向调用Open vswitch镜像命令将源端口的流量镜像到目的镜像端口，同时更新本机镜像列表，并将镜像端口添加到与目的IP关联的镜像端口列表中，并于目的IP建立连接，将镜像成功结果返回给采集管理中心。流程图见图3。采集管理中心也可以向采集探针发送删除镜像命令。
流量传送流程
每个目的IP会建立一条连接，该目的IP会关联多个镜像端口，每条连接负责把其关联的端口的数据包读出来，通过TCP协议发送到目的Capture Receiver，Capture Receiver将数据包解析出来提交给分析应用。图4为一个连接的流量传送过程。
其中Packet_info头的如下设计：
2字节包长+4字节业务ID+8字节时间戳
Capture Receiver将收到的镜像流量解析成如下格式的数据包。
struct PACKET
{
uint32_t bufferLen;///< 为本数据包分配的Buffer大小
uint32_t packetLen;///< 实际的网络数据包大小，
uint32_t bId;///< 业务ID
uint64_t timestamp;///< 数据包时间戳
}
结构体的尾部紧接着是数据包内容信息。
Capture Receiver注册
当Capture Receiver连接上Capture Manager后，发送一条消息给Capture Manager表示它是一个Capture Receiver。Capture Manager收到消息后，将Capture Receiver的IP加到镜像目的IP列表中，并在界面中更新显示出来供做端口镜像时选择目的IP。

Claims (10)

1.一种基于TCP协议的OpenStack流量采集方法，具体方法为：设置采集探针、采集管理中心和采集接收器；所述采集探针部署在OpenStack的网络节点或计算节点上；所述采集管理中心和采集接收器部署在其他物理设备或者虚拟机上；所述采集探针对要采集的流量进行镜像管理，并将采集到的本机虚拟端口的数据包加上业务信息和时间戳信息进行重新封包为结果数据包，通过TCP协议将所述结果数据包发送到对应的流量分析应用。
2.根据权利要求1所述的流量采集方法，具体方法步骤为：
S1、采集探针连接采集管理中心，并将采集探针所在本机的虚拟端口信息列表上报给采集管理中心；
S2、采集管理中心发送流量采集命令给目的镜像所在端口的采集探针；
S3、采集探针收到镜像命令，创建一个镜像端口，将源端口的流量镜像到镜像端口，同时跟采集接收器建立起TCP连接，将指定源端口的流量复制一份并加上业务ID和时间戳信息通过TCP协议发送给流量分析应用所在的目的IP；
所述虚拟端口指OpenStack创建的集成网桥上的端口； 每个端口信息包括端口ID、租户名称、在集成网桥上对应的端口名称和IP地址。
3.根据权利要求2所述的流量采集方法，所述S1中的虚拟端口信息的获取是通过调用OpenStack的API，先获取所有OpenStack环境的所有端口列表，再筛选出本机集成网桥上的端口。
4.根据权利要求3所述的流量采集方法，所述方法还包括，所述S1中，采集管理中心通过采集探针获取本机的虚拟端口信息列表时，判断端口类型，如果是虚拟机的端口，端口信息还包括所在的虚拟机名称；如果是路由接口或外部网关，端口信息还包括router name、网络名称和子网信息。
5.根据权利要求2所述的流量采集方法，所述方法还包括，所述S1中，采集管理中心通过采集探针获取本机的虚拟端口信息列表时，判断端口是否是已经镜像的端口，如果是，则端口信息还包括端口的业务ID和镜像目的IP。
6.根据权利要求2所述的流量采集方法，所述方法还包括，所述S2中，采集管理中心发送镜像命令给目的镜像所在端口的采集探针时，所述镜像命令包括目的镜像的业务ID、镜像目的IP和流量方向。
7.根据权利要求2所述的流量采集方法，所述S3中，采集探针采集镜像端口的流量，在每一个原始包前加上packet_info头，packet_info头包括包长、业务ID和时间戳信息，通过TCP协议发送到采集接收器；采集接收器收到采集探针发过来的数据包后，进行包解析，并将解析出来的结果传到流量分析器进行分析处理。
8.根据权利要求2所述的流量采集方法，所述方法还包括，采集管理中心收到采集探针发送过来的端口列表后，将采集探针的端口列表通过界面展示出来。
9.根据权利要求8所述的流量采集方法，所述方法还包括，用户通过采集管理中心选择端口做镜像，同时输入端口的业务ID及目的采集接收器的IP，采集管理中心发送镜像命令附带这些参数信息到端口所在的采集探针。
10.根据权利要求1或2所述的流量采集方法，采集探针的具体部署方法为：在需要采集流量的计算节点或网络节点增加一张物理网卡，配置与目的IP在一个网络的IP作为流量采集本地IP，或者直接使用数据网络的通信IP作为流量采集本地IP，安装采集探针的组件，并配置采集管理中心的IP、调用OpenStack API所需的用户名和密码等，并运行安装好的采集探针组件。
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