CN108512678A - 一种基于overlay技术的实物设备接入虚拟网络的方法及系统 - Google Patents

一种基于overlay技术的实物设备接入虚拟网络的方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于overlay技术的实物设备接入虚拟网络的方法及系统，首先得出虚拟网络中实物设备接入点与相应的vxlan_id的对应关系，将vxlan_id分配的结果与br_in网桥相关联，在br_in网桥上添加端口与虚拟网络之间进行映射，然后将实物接入设备与br_out网桥中的vlan做映射，br_out为实物设备接入点的内部映射，通过vlan_id将实物设备接入点的端口映射到br_out上的虚拟端口，最终通过br_out和br_in上的流表控制vlan_id与vxlan_id的映射关系，使得虚拟网络的实物接入点映射到实物接入设备的端口上，从而将实物设备接入虚拟网络。

Description

一种基于overlay技术的实物设备接入虚拟网络的方法及 系统
技术领域
本发明涉及虚拟化领域，具体涉及基于overlay技术的实物设备接入虚拟网络的方法及系统。
背景技术
SDN(software-defined networking，软件定义网络)分离了网络的控制平面和数据平面，为网络的控制和管理提供了统一的接口，屏蔽了不同网络设备间的差异。同时随着虚拟化技术的不断发展与完善，一种由虚拟机节点构成的虚拟化网络在恶意软件分析、网络协议分析、病毒行为分析以及实物设备测试等领域得到广泛应用。通过SDN技术与虚拟化技术相融合能够提高虚拟网络的可配置能力。利用这种网络进行实物设备测试的优势在于可以利用软件的方法变换设备接入的测试网络拓扑，在丰富了测试环境的同时又省去了搭建拓扑所用的人力物力。但是，虚拟网络接入实物设备时仍存在许多亟待解决的问题，如接入实物设备时机和形式固定，实物设备在虚拟网络中的接入点固定，对实物设备流量的监控和导出复杂等。
目前针对实物设备接入虚拟网络的主要方法是通过动态配置VLAN，将虚拟网络流量通过VLAN导出到实物设备接入口。
这种接入方法的主要缺点是：
(1)通过VLAN对网络设备进行配置的灵活性差，对于不同的网络设备需要改变配置方式；
(2)对接入的实物设备数量有较大的限制，这是由于VLAN_ID描述字段只有8位，最多可划分的VLAN数量为4096个；
(3)接入实物设备一个的主要应用是对实物设备的工作状态进行监控，而通过VLAN接入实物设备的方法需要通过流量镜像技术在接入交换机上进行分析采集，这种方法操作繁琐，不易实现。
发明内容
针对上述已有方法存在的问题，本发明公开了一种基于overlay技术的实物设备接入虚拟网络的方法及系统，能够在不改变实物设备连接关系的情况下，自动化更新接入点，从而实现与虚拟网络联通的目的。
一种基于overlay技术的实物设备接入虚拟网络的系统，包括初始化模块、虚拟网络拓扑分析模块、数据流规则管理模块以及流量监控模块，其中：
所述初始化模块用于初始化虚拟网桥和虚拟网桥之间相连的虚拟端口，并且按照配置信息将物理网卡加入到相应的虚拟网桥中；
所述虚拟网络拓扑分析模块用于接收远程任务并进行分析，得到实物设备与虚拟网络的接入点，完成对实物接入点与vxlan的映射；
所述数据流规则管理模块通过分析实物接入点与vxlan的映射关系，并划分数据流规则，最终将数据流规则下发到虚拟网桥中；
所述流量监控模块用于对成功接入到虚拟网络中的实物设备与虚拟网络之间通信的流量进行监控和分析。
进一步地，所述虚拟网桥包括通过ovs(Open vSwitch)提供的ovsdb配置命令创建的两个虚拟网桥br_out和br_in；br_out用于接收实物设备发出的流量，按照流量接入端口对流量进行分类，并将分类后的流量发送到br_in上；接收从br_in发送过来的虚拟网络流量，并根据vlan信息将其发送到不同的实物设备；br_in用于接收从br_out发送过来的实物设备流量，将流量的vlan信息转换为vxlan信息并通过物理网卡发送到虚拟网络中去，以及接收从虚拟网络中发送过来的流量，并将虚拟网络流量按照vxlan信息进行分类，将其转为对应的vlan信息发送出去；两个虚拟网桥通过虚拟端口patch_port连接。
一种基于overlay技术的实物设备接入虚拟网络的方法，具体步骤包括：
(1)初始化通过ovs提供的ovsdb配置命令创建的两个虚拟网桥br_in和br_out以及虚拟网桥之间的虚拟端口patch_port，并且按照配置信息将物理网卡加入到相应的虚拟网桥中。
(2)接收远程任务并进行分析，得到实物设备与虚拟网络的接入点，并将接入点与相应的vxlan绑定。
(3)规划数据流规则并将数据流规则下发到br_in和br_out两个虚拟网桥中。
(4)对实物设备接入虚拟网络中的方式进行配置以使实物设备接入虚拟网络。
进一步地，步骤(2)中，绑定通过接入点划分相应的vxlan_id实现。
进一步地，步骤(4)中，根据接入虚拟网络中的实物设备的类型和品牌对实物设备接入虚拟网络中的方式进行配置。
进一步地，所述实物设备包括终端设备(如主机，服务器等)和网络设备(如交换机，路由器等)。
进一步地，当实物设备为终端设备时，配置其IP地址并且保证与虚拟网络接入点属于同一网络中；当实物设备为网络设备时，通过不同的策略生成配置信息，如接入设备为交换机设备，则给出交换机的vlan配置等信息；接入设备为路由器设备，则给出路由器的路由配置信息。
进一步地，当同一实物设备接入不同的虚拟网络时，接收远程发送来的新的配置信息，根据虚拟网络的变化，重新规划vxlan与实物设备接入点的映射关系，并构建overlay网络，使得新的虚拟网络与实物设备相联通。
进一步地，当同一实物设备接入到同一虚拟网络中不同的接入点时，事先将实物接入点进行配置，在运行期间发送接入点重新规划命令即可完成实物设备接入点的动态调整。
进一步地，上述方法还包括当实物设备成功接入到虚拟网络中时，对实物设备与虚拟网络之间通信的流量进行监控和分析。
进一步地，上述方法还包括清理虚拟网桥br_in和br_out中的配置信息，还原相关vxlan配置信息和相关数据流控制信息。
该方法主要思想如下：
首先对网络描述文件进行自动化分析并得出拓扑连接关系，进而得出虚拟网络中实物设备接入点与相应的vxlan_id的对应关系，将vxlan_id分配的结果与br_in网桥相关联，在br_in网桥上添加端口与虚拟网络之间进行映射。然后将实物接入设备与br_out网桥中的vlan做映射，br_out为实物设备接入点的内部映射，通过vlan_id将实物设备接入点的端口映射到br_out上的虚拟端口，这样br_out就成为实物设备接入点的内部代理。最终通过br_out和br_in上的流表控制vlan_id与vxlan_id的映射关系，使得虚拟网络的实物接入点映射到实物接入设备的端口上，达到实物设备接入虚拟网络的目的。除此之外，通过动态控制映射关系可以控制实物设备在虚拟网络内部的接入点，这样不但实现了实物设备接入虚拟网络中的目的，还达到动态控制虚拟网络的上的实物设备接点的目的。由于实物设备接入虚拟网络中的所有流量都是通过br_in和br_out两个虚拟网桥进行处理转发的，所以对实物设备流量进行监控，就可以看成是对两个虚拟网桥的流量监控，通过对虚拟网桥进行简单配置就可以将流量样本导出进行分析。
当虚拟网络动态变化时，对于实物设备接入系统而言，发生变化的只有虚拟网络中实物接入点的映射关系。按上述方法重新计算出虚拟网络实物接入点和实物设备接口的映射关系，就可以实现实物设备接入不同虚拟网络中不需要重新连接的目的。
与已公开的方法相比，具有如下优点：
(1)实物设备接入到不同的虚拟网络中不需要重新连接；
(2)能够在虚拟网络运行时动态接入实物设备；
(3)在同一虚拟网络中实物接入点动态调整；
(4)接入实物设备的数量得到扩展；
(5)支持将连接好的实物设备子网接入到虚拟网络中；
(6)通过对接入点的信息采集，可以获取到实物设备流量信息并可以将实物设备发出的流量全部导出，以供后续做进一步分析使用。
附图说明
图1本发明基于overlay技术的实物设备接入虚拟网络的系统结构图。
图2本发明基于overlay技术的实物设备接入虚拟网络的方法流程图。
图3本发明初始化模块的工作流程图。
图4本发明虚拟网络拓扑分析模块的工作流程图。
图5本发明数据流规则管理模块的工作流程图。
图6本发明流量监控模块的工作流程图。
具体实施方式
本发明公开了一种基于overlay技术的实物设备接入虚拟网络的系统，如图1所示，从图中可以看出，该系统是实物设备和虚拟网络之间的桥梁。主要硬件组成主要包括实物接入设备和流量控制服务器两部分组成，其中实物接入设备为事先配置好VLAN的普通交换机设备；流量控制服务器主要功能是把从实物设备发出的流量发送到目标的虚拟网络接入点上，并且把虚拟网络中发往实物设备的流量进行分类处理，然后分发给实物设备。图中br_out,br_in为通过ovs(Open vSwitch)创建的两个虚拟网桥，两个虚拟网桥通过虚拟端口patch_port连接。其中br_out的作用主要有两个：第一个作用是接收实物设备发出的流量，并按照流量接入端口对流量进行分类，并将分类后的流量发送到br_in上；第二个作用是接收从br_in发送过来的虚拟网络流量，并根据vlan信息将其发送到不同的实物设备。br_in同样有两个作用：第一个作用为接收从br_out发送过来的实物设备流量，并将流量的vlan信息转换为vxlan信息通过物理网卡发送到虚拟网络中去；第二个作用为接收从虚拟网络中发送过来的流量，并将虚拟网络流量按照vxlan信息进行分类，将其转为对应的vlan信息发送出去。
具体来说，实物设备接入虚拟网络的系统主要包括初始化模块、虚拟网络拓扑分析模块、数据流规则管理模块以及流量监控模块。对应的工作流程如图2所示，具体步骤如下：
(1)初始化阶段：此阶段主要任务是初始化br_in、br_out以及patch_port，主要方法为通过ovs提供的ovsdb配置命令来创建虚拟网桥和虚拟端口，并且按照配置信息，将物理网卡加入到相应的网桥中去。
(2)稳定阶段：此阶段主要任务是分析下发任务并完成接入相关配置。首先接收远程任务并进行分析，得到实物设备与虚拟网络的接入点，完成对实物接入点与vxlan_id的映射，最后规划数据流规则并将数据流规则下发到br_in和br_out两个虚拟网桥中。
在完成拓扑分析、接入点映射和流规则下发之后，需要生成实物设备接入虚拟网络中的配置方式，以便用户通过对接入实物设备进行简单配置就可以达到与虚拟网络中的节点进行通信目的。
在本系统中将实物设备分为两种：终端设备(如主机，服务器等)、网络设备(如交换机，路由器等)。对于终端设备，需要配置其IP地址并且保证与虚拟网络接入点属于同一网络中，这样就能实现与虚拟网络中的虚拟节点通信；对于网络设备，接入设备的配置变得复杂，需要通过不同的策略生成配置信息。
当同一被测设备接入不同的虚拟网络时，不需要重新连接实物设备。只需要远程发送新的配置信息给实物设备接入系统，系统根据虚拟网络的变化，重新规划系统中vxlan与实物设备接入点的映射关系，并构建overlay网络，使得新的虚拟网络与实物设备相联通。对于同一实物设备接入到同一虚拟网络中不同的接入点时，需要事先将实物接入点进行配置，在运行期间只需要发送接入点重新规划命令即可完成实物设备接入点的动态调整。
当实物设备成功接入到虚拟网络中时，本系统可以对实物设备与虚拟网络之间通信的流量进行监控和分析，方便对实物设备的测试和监控。
(3)结束阶段：此阶段的主要任务是，清理虚拟网桥br_in和br_out中的配置信息，还原相关数据。
下面，结合相应的附图对各模块进行详细说明。
图3给出了初始化模块的工作流程图，其具体实施步骤如下：
(1)读取系统程序配置文件，其中信息包括接收消息的地址和控制运行的端口等信息；
(2)启动消息系统循环接收任务消息，如果接收到退出任务，则程序退出；
(3)加载网络控制器，控制器会循环监听6653端口，等待虚拟网桥连接，并获取已经连接网桥的控制权限；
(4)监测流量处理服务器上虚拟网桥状态，如果网桥br_in或网桥br_out没有创建，则创建虚拟网桥，以及网桥之间相连的虚拟端口。创建网桥成功后将网桥注册到网络控制器，以便网络控制器能够获取网桥的控制权；
图4给出了虚拟网络拓扑分析模块的工作流程图，其具体实施步骤如下：
(1)获取任务相关信息，包括虚拟网络中包含节点的类型、虚拟网络的连接关系等；
(2)结合数据库信息分析出虚拟网络中各个虚拟节点在虚拟化服务器上的分布情况，分析所得的信息包括虚拟节点所在服务器ip地址和虚拟节点类型；
(3)分析虚拟网络拓扑描述文件，如果找到实物设备则分析实物设备接入点位置，并将实物设备接入点所在的服务器写入数据库中，数据信息包含虚拟网络拓扑标识，接入对端虚拟节点编号等；
图5给出了数据流规则管理模块的工作流程图，其具体实施步骤如下：
(1)虚拟网络拓扑分析，获取变化后的虚拟网络对应的接口映射信息；
(2)将虚拟网络接入点信息映射到流量分析服务器的br_in上，即将接口的信息与vxlan_id k进行绑定；
(3)将br_in的映射信息与br_out中的vlan v信息进行映射，即将vxlan_id与vlan_id进行绑定；
(4)创建流规则为br_out接收到的数据流中vlan_id为v的数据流则通过br_in中vxlan_id为k的虚拟端口发送到虚拟网络中；创建流规则为br_in接收到的虚拟网络中数据流中vxlan_id为k的数据流则通过br_out中vlan_id为v的端口发送给实物设备；
(5)下发流规则到虚拟网桥br_in和br_out。
图6给出了流量监控模块的工作流程图，其具体实施步骤如下：
(1)配置br_out将流量数据导出到流量监控模块；
(2)流量监控模块根据过滤规则(数据流类型、数据流目的地址、数据流原地址等)将收集到的数据流进一步过滤；
(3)将过滤的结果保存到数据库或文件中。

Claims (10)

1.一种基于overlay技术的实物设备接入虚拟网络的系统，包括初始化模块、虚拟网络拓扑分析模块、数据流规则管理模块以及流量监控模块，其中：
所述初始化模块用于初始化虚拟网桥和虚拟网桥之间相连的虚拟端口，并且按照配置信息将物理网卡加入到相应的虚拟网桥中；
所述虚拟网络拓扑分析模块用于接收远程任务并进行分析，得到实物设备与虚拟网络的接入点，完成对实物接入点与vxlan的映射；
所述数据流规则管理模块通过分析实物接入点与vxlan的映射关系，并划分数据流规则，最终将数据流规则下发到虚拟网桥中；
所述流量监控模块用于对成功接入到虚拟网络中的实物设备与虚拟网络之间通信的流量进行监控和分析。
2.如权利要求1所述的基于overlay技术的实物设备接入虚拟网络的系统，其特征在于，所述虚拟网桥包括通过ovs提供的ovsdb配置命令创建的两个虚拟网桥br_out和br_in；br_out用于接收实物设备发出的流量，按照流量接入端口对流量进行分类，并将分类后的流量发送到br_in上；接收从br_in发送过来的虚拟网络流量，并根据vlan信息将其发送到不同的实物设备；br_in用于接收从br_out发送过来的实物设备流量，将流量的vlan信息转换为vxlan信息并通过物理网卡发送到虚拟网络中去，以及接收从虚拟网络中发送过来的流量，并将虚拟网络流量按照vxlan信息进行分类，将其转为对应的vlan信息发送出去；两个虚拟网桥通过虚拟端口patch_port连接。
3.一种基于overlay技术的实物设备接入虚拟网络的方法，具体步骤包括：
(1)初始化通过ovs提供的ovsdb配置命令创建的两个虚拟网桥br_in和br_out以及虚拟网桥之间的虚拟端口patch_port，并且按照配置信息将物理网卡加入到相应的虚拟网桥中；
(2)接收远程任务并进行分析，得到实物设备与虚拟网络的接入点，并将接入点与相应的vxlan绑定；
(3)规划数据流规则并将数据流规则下发到br_in和br_out两个虚拟网桥中；
(4)对实物设备接入虚拟网络中的方式进行配置以使实物设备接入虚拟网络。
4.如权利要求3所述的基于overlay技术的实物设备接入虚拟网络的方法，其特征在于，步骤(2)中，绑定通过接入点划分相应的vxlan_id实现。
5.如权利要求3所述的基于overlay技术的实物设备接入虚拟网络的方法，其特征在于，步骤(4)中，根据接入虚拟网络中的实物设备的类型和品牌对实物设备接入虚拟网络中的方式进行配置。
6.如权利要求3所述的基于overlay技术的实物设备接入虚拟网络的方法，其特征在于，所述实物设备包括终端设备和网络设备。
7.如权利要求6所述的基于overlay技术的实物设备接入虚拟网络的方法，其特征在于，当实物设备为终端设备时，配置其IP地址并且保证与虚拟网络接入点属于同一网络中；当实物设备为网络设备时，通过不同的策略生成配置信息。
8.如权利要求3所述的基于overlay技术的实物设备接入虚拟网络的方法，其特征在于，当同一实物设备接入不同的虚拟网络时，接收远程发送来的新的配置信息，根据虚拟网络的变化，重新规划vxlan与实物设备接入点的映射关系，并构建overlay网络，使得新的虚拟网络与实物设备相联通；当同一实物设备接入到同一虚拟网络中不同的接入点时，事先将实物接入点进行配置，在运行期间发送接入点重新规划命令即可完成实物设备接入点的动态调整。
9.如权利要求3所述的基于overlay技术的实物设备接入虚拟网络的方法，其特征在于，还包括当实物设备成功接入到虚拟网络中时，对实物设备与虚拟网络之间通信的流量进行监控和分析。
10.如权利要求3所述的基于overlay技术的实物设备接入虚拟网络的方法，其特征在于，还包括清理虚拟网桥br_in和br_out中的配置信息，还原相关vxlan配置信息和相关数据流控制信息。
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