CN108712308B - 虚拟网络中检测网络设备的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种虚拟网络中检测网络设备的方法和装置。所述方法包括：当检测到对抽象网络设备的网络检测请求后，在用户态下向内核网络协议栈注入标准数据；控制将所述内核网络协议栈将所述标准处理后的数据发送至待检测到的抽象网络设备；在用户态下从所述抽象网络设备获取所述数据，得到待检测的数据；根据所述待检测的数据和注入的数据，验证数据的一致性，得到虚拟网络的故障信息。

Description

虚拟网络中检测网络设备的方法和装置
技术领域
本发明涉及信息处理领域，尤指一种虚拟网络中检测网络设备的方法和装置。
背景技术
网络虚拟化是云计算中的一个重要组成部分，云数据中心前端计算网络主要由大量的二层接入设备及少量的三层设备组成，是标准的传统三层结构。随着云数据中心的逐渐普及，特别是随着近来OpenStack社区的壮大以及相关技术的快速发展，SDN技术与云数据中心的结合愈加的紧密。更多的网络功能将逐步转移到装有特定网络虚拟化软件的商用服务器，采用抽象网络设备，减少物理网络设备的使用，促进了网络自动化以及灵活性。
有别于传统的网络，云计算数据中心大部分的网络流量是通过服务器内部的软件实现转发与控制的，经过一系列抽象网络设备以及流量管控后，最终达到目的设备或虚拟机。云数据中心不能通过直接操作硬件完成网络通信，而需要直接或间接的操作一个底层系统为我们抽象出来的设备。一个常见的情况是，系统里装有一个硬件网卡，系统为其生成一个网络设备实例，如eth0，用户需要对eth0发出命令以配置或使用它了。更多的硬件会带来更多的设备实例，虚拟的硬件也会带来更多的设备实例。随着网络技术，虚拟化技术的发展，更多的高级网络设备被加入了到了基础系统中，使得情况变得更加复杂。那么如何检测虚拟网络中网络故障是亟待解决的问题。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种虚拟网络中检测网络设备的方法和装置，实现在虚拟网络中检测网络故障。
为了达到本发明目的，本发明提供了一种虚拟网络中检测网络设备的方法，包括：
当检测到对抽象网络设备的网络检测请求后，在用户态下向内核网络协议栈注入标准数据；
控制将所述内核网络协议栈将所述标准处理后的数据发送至待检测到的抽象网络设备；
在用户态下从所述抽象网络设备获取所述数据，得到待检测的数据；
根据所述待检测的数据和注入的数据，验证数据的一致性，得到虚拟网络的故障信息。
其中，所述方法还具有如下特点：所述控制将所述内核网络协议栈将所述标准处理后的数据发送至待检测到的抽象网络设备，包括：
控制内核网络协议栈对数据处理后，通过虚拟网络VETH反转通讯再所述数据再次送入到所述内核网络协议栈；
控制将所述内核网络协议栈将所述发送至待检测到的抽象网络设备。
其中，所述方法还具有如下特点：
通过执行write()操作将数据直接写入内核网络协议栈完成向所述内核网络协议栈发送数据的操作；
通过执行read()请求向内核网络协议栈查询是否有数据需要被发送出去，如果检测到有数据，则从所述内核网络协议栈取出所述数据，完成所述内核网络协议栈发送数据的操作。
其中，所述方法还具有如下特点：所述根据所述待检测的数据和注入的数据，验证数据的一致性，得到虚拟网络的故障信息之后，所述方法还包括：
当检测到数据不一致后，获取所述待检测的数据的传输路径；
根据所述传输路径，确定发生故障的抽象网络设备。
其中，所述方法还具有如下特点：所述在用户态下向内核网络协议栈注入标准数据之前，所述方法还包括：
输出虚拟网络中网络设备抽象类型；
接收对用户选择的目标网络设备抽象类型；
根据所述目标网设备抽象类型，确定标准数据的报文配置信息。
一种虚拟网络中检测网络设备的装置，包括：
注入模块，用于当检测到对抽象网络设备的网络检测请求后，在用户态下向内核网络协议栈注入标准数据；
控制模块，用于控制将所述内核网络协议栈将所述标准处理后的数据发送至待检测到的抽象网络设备；
第一获取模块，用于在用户态下从所述抽象网络设备获取所述数据，得到待检测的数据；
验证模块，用于根据所述待检测的数据和注入的数据，验证数据的一致性，得到虚拟网络的故障信息。
其中，所述装置还具有如下特点：所述控制模块包括：
处理单元，用于控制内核网络协议栈对数据处理后，通过虚拟网络VETH反转通讯再所述数据再次送入到所述内核网络协议栈；
发送单元，用于控制将所述内核网络协议栈将所述发送至待检测到的抽象网络设备。
其中，所述装置还具有如下特点：
所述处理请求，用于通过执行write()操作将数据直接进入内核网络协议栈；
所述发送单元，用于执行read()请求向内核网络协议栈查询是否有数据需要被发送出去，如果检测到有数据，则从所述内核网络协议栈取出所述数据。
其中，所述装置还具有如下特点：所述装置还包括：
第二获取模块，用于当检测到数据不一致后，获取所述待检测的数据的传输路径；
第一确定模块，用于根据所述传输路径，确定发生故障的抽象网络设备。
其中，所述装置还具有如下特点：所述装置还包括：
输出模块，用于在用户态下向内核网络协议栈注入标准数据之前，输出虚拟网络中网络设备抽象类型；
接收模块，用于接收对用户选择的目标网络设备抽象类型；
第二确定模块，用于根据所述目标网设备抽象类型，确定标准数据的报文配置信息。
本发明提供的实施例，在用户态操作网络数据，与内核网络协议栈完成直接交互，能有效地测试验证云数据中心内的网络流向，解耦物理网络设备与抽象网络设备，快速定位故障节点，实现在虚拟网络中检测网络故障。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。
图1为本发明提供的虚拟网络中检测网络设备的方法的流程图；
图2为本发明提供的虚拟网络中数据流向的示意图；
图3为本发明提供的虚拟网络中检测网络设备的装置的结构图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
图1为本发明提供的虚拟网络中检测网络设备的方法的流程图。图1所示方法包括：
步骤101、当检测到对抽象网络设备的网络检测请求后，在用户态下向内核网络协议栈注入标准数据；
步骤102、控制将所述内核网络协议栈将所述标准处理后的数据发送至待检测到的抽象网络设备；
步骤103、在用户态下从所述抽象网络设备获取所述数据，得到待检测的数据；
步骤104、根据所述待检测的数据和注入的数据，验证数据的一致性，得到虚拟网络的故障信息。
本发明提供的方法实施例，在用户态操作网络数据，与内核网络协议栈完成直接交互，能有效地测试验证云数据中心内的网络流向，解耦物理网络设备与抽象网络设备，快速定位故障节点，实现在虚拟网络中检测网络故障。
下面对本发明提供的方法实施例作进一步说明：
基于上述问题，本发明提出了一种针对云数据中心抽象网络设备网络流量的追踪方案，通过整合虚拟化技术中经常使用的几种网络设备抽象类型：Bridge、802.1.q VLANdevice、VETH、TAP，准确追踪到虚拟网络中网络流量的流向，为云计算中心中虚拟网络问题的定位排查提供了一种较为便捷的方法，且对常见的网络虚拟化环境都用较好的适用性。
本方案采用C++高级语言与抽象网络设备交互，在用户态下向内核网络协议栈注入数据，内核处理数据后通过VETH设备反转通讯，再次将数据送入内核网络协议栈，将数据转移至抽象网络设备，最后在用户态下读出数据，并与注入的数据做比较，验证是否与期望的结果一致。
在本发明提供的一个方法实施例中，所述控制将所述内核网络协议栈将所述标准处理后的数据发送至待检测到的抽象网络设备，包括：
控制内核网络协议栈对数据处理后，通过虚拟网络VETH反转通讯再所述数据再次送入到所述内核网络协议栈；
控制将所述内核网络协议栈将所述发送至待检测到的抽象网络设备。
通过与内核态的抽象网络设备直接交互，数据可控的注入到内核网络协议栈以及从内核网络协议栈读出，对网络数据流量做到了精准分析。
通过执行write()操作将数据直接写入内核网络协议栈完成向所述内核网络协议栈发送数据的操作；
通过执行read()请求向内核网络协议栈查询是否有数据需要被发送出去，如果检测到有数据，则从所述内核网络协议栈取出所述数据，完成所述内核网络协议栈发送数据的操作。
在本发明中读写操作时基于伪char设备来实现的，打开普通文件一样打开伪char设备进行读写。当执行write()操作时，数据直接进入内核网络协议栈，相当于内核收到了一个网络数据包，如同普通的物理网卡从外界收到一包数据一样；当程序执行read()请求时，相当于向内核查询是否有需要被发送出去的数据，有的话取出到程序里，完成发送数据功能；最终通过read()/write()操作，和系统网络核心进行通讯。
其中，所述方法还具有如下特点：所述在用户态下向内核网络协议栈注入标准数据之前，所述方法还包括：
输出虚拟网络中网络设备抽象类型；
接收对用户选择的目标网络设备抽象类型；
根据所述目标网设备抽象类型，确定标准数据的报文配置信息。
其中，注入数据报文的节点是可选的，可随机的选择要注入的关键的抽象网络设备节点，再借由抽象网络设备的不同功能以及接口，直接调用其接生成不同的TCP/IP协议报文，发送到内核网络协议栈。当然，虚拟网络设备的注册，移除操作，并不影响正常的网络数据流。这样方便虚拟网络的维护和管理，提高管理效率。
在本发明提供的一个方法实施例中，所述根据所述待检测的数据和注入的数据，验证数据的一致性，得到虚拟网络的故障信息之后，所述方法还包括：
当检测到数据不一致后，获取所述待检测的数据的传输路径；
根据所述传输路径，确定发生故障的抽象网络设备。
针对该实施例中的方法，本发明提供一个实例进行具体说明：
图2为本发明提供的虚拟网络中数据流向的示意图。图2所示示意图中，，在一个复杂的抽象网络元素组合出的虚拟网络里，一个中心Bridge：bridge0下attach了4个网络设备，包括2个VETH设备，1个TAP设备tap0，1个物理网卡eth0。在VETH的另外一端又创建了VLAN子设备。Linux上共存在2个VLAN网络，既vlan1与vlan2。其中一个vlan1下连接了bridge1，bridge1又连接了tap1。物理网卡和外部网络相连，并且在它之下创建了一个VLANID为2的VLAN子设备。
程序执行write()操作，向tap0写入携带VLAN ID 1 Tag的ARP报文。
内核认为tap0收到了报文，从而会触发转发动作，bridge0将收到ARP@vlan1的报文。
bridge0处理此ARP@vlan1的报文，根据TCP/IP二层协议发现是一个广播请求，于是向它所知道的所有端口广播此报文，其中两路进入VETH设备的一端，一路进入物理网卡设备eth0,eth0将会向外界发送ARP@vlan100，但eth0的VLAN子设备不会收到它，因为此数据方向为请求发送而不是请求接收。
VETH将请求方向转换，此时在另一端得到请求接受的ARP@vlan100报文。
对端VETH设备发现有数据需要接受，并且自己有两个VLAN子设备，于是执行VLAN处理逻辑。其中一个子设备是vlan100，与ARP@vlan100吻合，于是去除VLAN ID 100的Tag转发到这个子设备上，重新成为标准的以太网ARP报文。另一个子设备由于ID不吻合，不会得到此报文。
其中一VLAN子设备又被attach到另一个桥bridge1上，于是转发自己收到的ARP报文。
bridge1广播ARP报文。
最终另外一个TAP设备tap1收到此请求发送报文，程序通过read()可以得到它。
网络流量通过node1的物理网卡eth1直接发送到物理交换机，交换机通过物理vlan设置，转发到node2的eth1网卡，最终到达vm2。
上述实例中，通过设计合理的追踪方法描述，能够快速追踪到虚拟化网络里的数据流向，结合对抽象网络设备的直接读写，进而提升云数据中心网络问题定位以及排查的效率；通过深入网络虚拟化的底层，集成了云数据中心中常用的各种抽象网络设备。通过程序直接读写抽象设备，可在虚拟网络的关键节点上直接往内核网络协议栈注入数据，能比较明确的判断网络流量在关键路径上的关键变化。
图3为本发明提供的虚拟网络中检测网络设备的装置的结构图。图2所示装置包括：
注入模块301，用于当检测到对抽象网络设备的网络检测请求后，在用户态下向内核网络协议栈注入标准数据；
控制模块302，用于控制将所述内核网络协议栈将所述标准处理后的数据发送至待检测到的抽象网络设备；
第一获取模块303，用于在用户态下从所述抽象网络设备获取所述数据，得到待检测的数据；
验证模块304，用于根据所述待检测的数据和注入的数据，验证数据的一致性，得到虚拟网络的故障信息。
在本发明提供的一个装置实施例中，所述控制模块202包括：
处理单元，用于控制内核网络协议栈对数据处理后，通过虚拟网络VETH反转通讯再所述数据再次送入到所述内核网络协议栈；
发送单元，用于控制将所述内核网络协议栈将所述发送至待检测到的抽象网络设备。
在本发明提供的一个装置实施例中，所述处理请求，用于通过执行write()操作将数据直接进入内核网络协议栈；
所述发送单元，用于执行read()请求向内核网络协议栈查询是否有数据需要被发送出去，如果检测到有数据，则从所述内核网络协议栈取出所述数据。
在本发明提供的一个装置实施例中，所述装置还包括：
第二获取模块，用于当检测到数据不一致后，获取所述待检测的数据的传输路径；
第一确定模块，用于根据所述传输路径，确定发生故障的抽象网络设备。
在本发明提供的一个装置实施例中，所述装置还包括：
输出模块，用于在用户态下向内核网络协议栈注入标准数据之前，输出虚拟网络中网络设备抽象类型；
接收模块，用于接收对用户选择的目标网络设备抽象类型；
第二确定模块，用于根据所述目标网设备抽象类型，确定标准数据的报文配置信息。
本发明提供的装置实施例，在用户态操作网络数据，与内核网络协议栈完成直接交互，能有效地测试验证云数据中心内的网络流向，解耦物理网络设备与抽象网络设备，快速定位故障节点，实现在虚拟网络中检测网络故障。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的全部或部分步骤可以使用计算机程序流程来实现，所述计算机程序可以存储于一计算机可读存储介质中，所述计算机程序在相应的硬件平台上(如系统、设备、装置、器件等)执行，在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用集成电路来实现，这些步骤可以被分别制作成一个个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
上述实施例中的各装置/功能模块/功能单元可以采用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，也可以分布在多个计算装置所组成的网络上。
上述实施例中的各装置/功能模块/功能单元以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述提到的计算机可读取存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求所述的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种虚拟网络中检测网络设备的方法，其特征在于，包括：
当检测到对抽象网络设备的网络检测请求后，在用户态下向内核网络协议栈注入数据，在控制内核网络协议栈对数据处理后，通过虚拟网络VETH反转通讯将所述数据再次送入到所述内核网络协议栈，得到标准处理后的数据；
控制所述内核网络协议栈将所述标准处理后的数据发送至待检测到的抽象网络设备；
在用户态下从所述抽象网络设备获取所述数据，得到待检测的数据；
根据所述待检测的数据和注入的数据，验证数据的一致性，得到虚拟网络的故障信息。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
通过执行write()操作将数据直接写入内核网络协议栈完成向所述内核网络协议栈发送数据的操作；
通过执行read()请求向内核网络协议栈查询是否有数据需要被发送出去，如果检测到有数据，则从所述内核网络协议栈取出所述数据，完成所述内核网络协议栈发送数据的操作。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述待检测的数据和注入的数据，验证数据的一致性，得到虚拟网络的故障信息之后，所述方法还包括：
当检测到数据不一致后，获取所述待检测的数据的传输路径；
根据所述传输路径，确定发生故障的抽象网络设备。
4.根据权利要求1至3任一所述的方法，其特征在于，所述在用户态下向内核网络协议栈注入标准数据之前，所述方法还包括：
输出虚拟网络中网络设备抽象类型；
接收对用户选择的目标网络设备抽象类型；
根据所述目标网络设备抽象类型，确定标准数据的报文配置信息。
5.一种虚拟网络中检测网络设备的装置，其特征在于，包括：
注入模块，用于当检测到对抽象网络设备的网络检测请求后，在用户态下向内核网络协议栈注入数据，在控制内核网络协议栈对数据处理后，通过虚拟网络VETH反转通讯将所述数据再次送入到所述内核网络协议栈，得到标准处理后的数据；
控制模块，用于控制所述内核网络协议栈将所述标准处理后的数据发送至待检测到的抽象网络设备；
第一获取模块，用于在用户态下从所述抽象网络设备获取所述数据，得到待检测的数据；
验证模块，用于根据所述待检测的数据和注入的数据，验证数据的一致性，得到虚拟网络的故障信息。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：
所述注入模块，用于通过执行write()操作将数据直接进入内核网络协议栈；
所述控制模块，用于执行read()请求向内核网络协议栈查询是否有数据需要被发送出去，如果检测到有数据，则从所述内核网络协议栈取出所述数据。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
第二获取模块，用于当检测到数据不一致后，获取所述待检测的数据的传输路径；
第一确定模块，用于根据所述传输路径，确定发生故障的抽象网络设备。
8.根据权利要求5至7任一所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
输出模块，用于在用户态下向内核网络协议栈注入标准数据之前，输出虚拟网络中网络设备抽象类型；
接收模块，用于接收对用户选择的目标网络设备抽象类型；
第二确定模块，用于根据所述目标网络设备抽象类型，确定标准数据的报文配置信息。
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