CN109462511B - 网络的建立方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种网络的建立方法及装置，其中，该方法包括：通过路由器连接多个物理节点形成集群网络，其中，每个物理节点上运行有容器；通过代理Agent程序自动管理所述集群网络中的物理节点，其中，所述Agent程序部署在每个物理节点上，实现了Agent对集群网络的自动管理，例如动态更新每个物理节点的上的路由信息，从而较为简单的实现了跨节点的网络互通，解决了相关技术中的跨节点网络互通的过程操作复杂的问题。

Description

网络的建立方法及装置
技术领域
本申请涉及计算机领域，尤其涉及一种网络的建立方法及装置。
背景技术
相关技术中，Docker容器技术是基于Linux LXC技术衍生的一种新型虚拟化技术，从2013年诞生之日起便持续得到开发者和企业的关注和青睐。使用Docker技术，开发者可以轻松的在容器上部署和运行应用，并通过配置文件轻松实现应用的自动化安装、部署和升级，也可以很方便的将生产环境和开发环境分离，互不影响。是实现DevOpts方法论的一种最佳实践，减少了后期运维人员的工作量和工作难度。
Kubernetes是一个全新的基于容器技术的分布式架构领先方案。
Kubernetes(k8s)是Google开源的容器集群管理系统(谷歌内部:Borg)。在Docker技术的基础上，为容器化的应用提供部署运行、资源调度、服务发现和动态伸缩等一系列完整功能，提高了大规模容器集群管理的便捷性。在现在的大规模容器管理和编排场景下，使用Kubernetes是一种最佳实践。本文中讨论的容器环境均基于Docker+Kubernetes架构。
在容器集群环境下，网络是必须要解决的问题之一，因为随着互联网和私有云业务的发展，使用容器技术来承载微服务成为目前主流的服务端架构。随着业务规模的不断扩张，容器集群的规模也从原来的几十个、几百个扩展到成千上万个，单节点的物理服务器无法承载数以万计的容器，所以容器必须分布式的运行和调度，从而跨节点的容器网络连通成为了必须解决的网络问题。
针对相关技术中的跨节点网络互通的过程操作复杂的问题，目前还没有有效的解决方案。
发明内容
本申请提供的网络的建立方法及装置，能够解决相关技术中的跨节点网络互通的过程操作复杂的问题。
根据本申请的一个实施例，提供了一种网络的建立方法，包括：通过路由器连接多个物理节点形成集群网络，其中，每个物理节点上运行有容器；通过代理Agent程序自动管理所述集群网络中的物理节点，其中，所述Agent程序部署在每个物理节点上。
根据本申请的另一个实施例，还提供了一种网络的建立装置，包括：连接模块，用于通过路由器连接多个物理节点形成集群网络，其中，每个物理节点上运行有容器；管理模块，用于通过代理Agent程序自动管理所述集群网络中的物理节点，其中，所述Agent程序部署在每个物理节点上。
根据本申请的另一个实施例，还提供了一种存储介质，所述存储介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被设置为运行时执行上述实施例中任一项所述的方法。
根据本申请的另一个实施例，还提供了一种电子装置，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为运行所述计算机程序以执行上述实施例任一项中所述的方法。
通过上述步骤，通过路由器连接多个物理节点形成集群网络，其中，每个物理节点上运行有容器；通过代理Agent程序自动管理所述集群网络中的物理节点，其中，所述Agent程序部署在每个物理节点上，实现了Agent对集群网络的自动管理，例如动态更新每个物理节点的上的路由信息，从而较为简单的实现了跨节点的网络互通，解决了相关技术中的跨节点网络互通的过程操作复杂的问题。
附图说明
图1是根据本申请实施例的网络的建立方法流程图；
图2是根据相关技术中的基于路由方式打通集群网络的网络架构示意图；
图3是根据相关技术中的双网卡独立大二层交换网络示意图；
图4是根据本申请另一个实施例的基于虚拟大二层网络实现容器网络互通网络架构图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
下面是本申请文件中的名词解释：
Kubernetes由谷歌公司开源的一种容器编排系统；
Docker Docker是一个开源的应用容器引擎；
Flannel Kubernetes默认支持的基于Overlay的网络工具；
Libnetwork Docker公司官方的网络方案，基于OVS实现；
Overlay一种虚拟的覆盖网络，用于将三层网络转为二层网络；
VXLAN Virtual eXtensible LANs,是对VLAN的一个扩展；
Open vSwitch简称OVS，是一个高质量、多层的虚拟交换软件；
Etcd一种分布式强一致性的基于键值对存储的数据存储仓库。
本申请实施例提供一种网络的建立方法，图1是根据本申请实施例的网络的建立方法流程图，如图1所示，所述方法包括：
S11、通过路由器连接多个物理节点形成集群网络，其中，每个物理节点上运行有容器；
S12、通过代理Agent程序自动管理所述集群网络中的物理节点，其中，所述Agent程序部署在每个物理节点上。
通过上述步骤，通过路由器连接多个物理节点形成集群网络，其中，每个物理节点上运行有容器；通过代理Agent程序自动管理所述集群网络中的物理节点，其中，所述Agent程序部署在每个物理节点上，实现了Agent对集群网络的自动管理，例如动态更新每个物理节点的上的路由信息，从而较为简单的实现了跨节点的网络互通，解决了相关技术中的跨节点网络互通的过程操作复杂的问题。
可选地，通过代理Agent程序自动管理所述集群网络中的物理节点，包括：通过所述Agent程序监控所述多个物理节点；并存储所述多个物理节点的实时信息至Etcd数据库，通过所述Etcd数据库保证所述多个物理节点之间的信息的一致性。使用Etcd数据库来实现数据的强一致性和动态监控。
可选地，通过所述Etcd数据库保证所述多个物理节点之间的信息的一致性，包括：在第一物理节点的第一Agent程序检测到所述Etcd数据库信息发生变更时，所述第一Agent程序更新所述第一物理节点中存储的本机路由表。采用上述方案，保证第一物理节点中的路由表是最新的，存储最新的路由规则。
可选地，通过所述Etcd数据库保证所述多个物理节点之间的信息的一致性，包括：在第二物理节点宕机并重新启动后，所述第二物理节点的第二Agent程序重新连接至所述Etcd数据库；依据所述Etcd数据库同步更新所述第二物理节点的本机路由表。
可选地，通过代理Agent程序自动管理所述集群网络中的物理节点，包括：所述Agent程序访问Etcd数据库中的指定路径；在所述指定路径中未存在当前物理节点对应的绑定关系时，将当前物理节点与未使用的容器子网IP域进行绑定，并将新建立的绑定关系存储至所述指定路径。如果存在当前物理节点对应的绑定关系，则不再新建立。
可选地，将当前物理节点与未使用的容器子网IP域进行绑定之前，包括：依据所述集群网络被配置的子网范围和已经被占用的子网范围，查找出所述未使用的容器子网IP域。采用该方案，从根本上解决IP冲突和管理成本。
可选地，通过代理Agent程序自动管理所述集群网络中的物理节点，包括：通过所述Agent程序将当前物理节点对应的容器子网IP域写入到Docker的配置文件；由所述Docker托管所述集群网络。采用上述方案，将每个Agent程序做成服务，并在服务启动时将本主机对应的容器子网IP域写入到Docker的配置文件，从而实现让Docker网络托管于Agent管理，最终实现一个虚拟大二层网络下覆盖集群内所有的容器。
下面结合本申请另一个实施例进行说明。
Docker和Kubernetes均不提供集群网络的解决方案，其默认集群容器网络是相互联通，所以在当前的容器集群应用环境下，主要有如下几种常用的网络方案：
相关技术中的方案一，基于路由方式打通集群网络
图2是根据相关技术中的基于路由方式打通集群网络的网络架构示意图，如图2所示，基于路由方式可以实现打通不同物理机上的容器网络，图2中的switch为路由器，实现方式为在服务器端添加两条路由规则(以Linux操作系统为例)：
route add-net 172.18.0.0/16gw 192.168.18.128
route add-net 172.17.0.0/16gw 192.168.18.130
相关技术中的方案二，双网卡独立大二层交换网络
图3是根据相关技术中的双网卡独立大二层交换网络示意图，如图3所示，可使用一个冗余交换机实现双网卡独立的二层大交换网络。此方式要求每个容器物理机上有一块冗余的物理网卡eth1，用于替代Docker引擎的默认网桥docker0，即容器向外发出的网络包都会经由eth1网卡。集群冗余一个额外的交换机，用于连接每个物理机上的eth1网桥，从而将多个物理节点的容器局域网通过eth1连接为一个大二层的交换网络，实现节点间的网络互通。
在基于Kubernetes和Docker架构的容器集群环境，打通容器集群网络的方法上述两种方案，但是上述两种方案在一定的场景下均有不同的问题出现：
基于路由方式打通网络优点在于无需借助任何第三方工具和软件，并且不侵入现有网络，只是让每个Linux主机做路由并实现数据包转发即可。但其缺点同样明显：(1)由于使用人工干预的方式建立路由，为了避免不同节点的容器IP冲突，需要人工管理集群内所有节点的容器子网，包括创建和回收容器子网。当容器集群规模逐步扩大时，将带来指数级增长的集群IP管理难度和运维工作。(2)当集群内某物理机IP变化时，无法动态通知其他物理机节点来修改路由，从而导致某些容器网络无法连通。
基于双网卡的独立大二层交换网络优点是网络模型较为简单，无需人工管理集群物理机IP。缺点是：需要引入额外的服务器网卡和交换机设备，当集群规模增大时需要为每个物理机都引入额外的网卡设备以及为集群引入多个交换机做层叠，会带来额外的部署成本和网络复杂度。
在本申请的另一个实施例中的方案对以上提到的网络模型进行借鉴和改进，在基于Linux路由机制的前提下，开发一套可以动态监控集群内物理节点网络变化的代理客户端，底层数据包使用路由机制进行虚拟大二层网络转发，最大限度提高网络传输效率。图4是根据本申请另一个实施例的基于虚拟大二层网络实现容器网络互通网络架构图，如图4所示，其网络架构描述如下：
(1)底层打通网络仍然基于路由方式，即每台物理机保存到其他节点容器的路由规则。
(2)实现网络代理Agent，Agent负责实现集群内网络的管理和动态更新以及实时在节点上创建和更新路由，具体实现逻辑如下：
a)每台物理节点上部署Agent程序，Agent程序后端使用Etcd数据库来实现数据的强一致性和动态监控。当Agent程序启动时，会连接Etcd，此时有如下判断：查看指定的路径下是否存在当前主机对应的记录，若存在，则不创建新节点；若不存在，则创建一个新的键值对，绑定当前主机IP和一个未使用的容器子网IP域。在绑定容器子网IP域时，会根据当前集群配置的子网范围和已经被占用的子网IP来找一个未被占用的IP域做绑定，从根本上解决IP冲突和管理成本。
b)每一个Agent启动后会监听一个特定的Etcd节点路径，当发现新节点加入，则动态更新本地路由，也就是将新节点的路由记录加入到本机路由表，实现基于路由方式的网络互通。
c)将每个Agent程序做成服务，并在服务启动时将本主机对应的容器子网IP域写入到Docker的配置文件，从而实现让Docker网络托管于Agent管理，最终实现一个虚拟大二层网络下覆盖集群内所有的容器。
d)每次物理节点宕机重新启动时，Agent都会重新连接Etcd数据库建立监控，并检测本机路由是否完备，如果缺少到某些节点的路由信息则立刻添加。
采用上述方案，实现了以下技术效果：1，本方案实现了在路由层面打通容器网络集群的效果，并通过Agent服务和分布式可靠性存储Etcd来实现路由的动态添加和管理，在不增加任何物理设备和硬件成本的前提下实现了高可靠性低延时的容器网络互通。2，本方案大大减少了容器集群网络运维人员和网络设计人员的工作量以及工作难度，无需关心集群IP使用情况，依赖以上描述的Agent的内部逻辑控制，可以实现集群内IP无冲突。3，本方案在根本上是将容器网络进行抽象和简化，在三层物理网络架构之上进行的一种Overlay网络的实现，这种网络模型对于用户来说是透明的，即用户在使用上会认为容器集群仿佛在一个大的局域网之内。
除了上述技术方案，可以使用Docker官方提供的Libnetwork框架实现网络互通，其底层基于OVS技术实现，其也可以覆盖集群规模的优雅增长的需求，并且有一个特别的优势：可以让一个容器位于不同的子网域内，在子网内进行更细粒度的网络划分。但是此方案的缺点是网络模型过于复杂，网络架构难以理解，在一般的场景下使用难度和复杂度较高。
本申请实施例还提供一种网络的建立装置，所述装置包括：
连接模块，用于通过路由器连接多个物理节点形成集群网络，其中，每个物理节点上运行有容器；
管理模块，用于通过代理Agent程序自动管理所述集群网络中的物理节点，其中，所述Agent程序部署在每个物理节点上。
通过上述装置，通过路由器连接多个物理节点形成集群网络，其中，每个物理节点上运行有容器；通过代理Agent程序自动管理所述集群网络中的物理节点，其中，所述Agent程序部署在每个物理节点上，实现了Agent对集群网络的自动管理，例如动态更新每个物理节点的上的路由信息，从而较为简单的实现了跨节点的网络互通，解决了相关技术中的跨节点网络互通的过程操作复杂的问题。
本实施例的装置，可以用于执行上述方法实施例的技术方案，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。
根据本申请的另一个实施例，还提供了一种存储介质，所述存储介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被设置为运行时执行上述实施例中任一项所述的方法。
根据本申请的另一个实施例，还提供了一种电子装置，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为运行所述计算机程序以执行上述实施例任一项中所述的方法。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random AccessMemory，RAM)等。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请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申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种网络的建立方法，其特征在于，包括：
通过路由器连接多个物理节点形成集群网络，其中，每个物理节点上运行有容器；
通过代理Agent程序自动管理所述集群网络中的物理节点，其中，所述Agent程序部署在每个物理节点上；
其中，所述通过代理Agent程序自动管理所述集群网络中的物理节点包括：
每台物理节点上部署所述Agent程序，所述Agent程序后端使用Etcd数据库来实现数据的强一致性和动态监控；当所述Agent程序启动时，会连接所述Etcd数据库，此时有如下判断：查看指定的路径下是否存在当前物理节点对应的记录，若存在，则不创建新节点；若不存在，则创建一个新的键值对，绑定当前物理节点IP和一个未使用的容器子网IP域；
每一个所述Agent程序启动后监听一个特定的Etcd数据库节点路径，当发现新节点加入，则动态更新本地路由，以将新节点的路由记录加入到本机路由表。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过代理Agent程序自动管理所述集群网络中的物理节点，包括：
通过所述Agent程序监控所述多个物理节点；
并存储所述多个物理节点的实时信息至Etcd数据库，通过所述Etcd数据库保证所述多个物理节点之间的信息的一致性；其中，所述实时信息为各个物理节点的路由表信息。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，通过所述Etcd数据库保证所述多个物理节点之间的信息的一致性，包括：
在第一物理节点的第一Agent程序检测到所述Etcd数据库信息发生变更时，所述第一Agent程序更新所述第一物理节点中存储的本机路由表。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，通过所述Etcd数据库保证所述多个物理节点之间的信息的一致性，包括：
在第二物理节点宕机并重新启动后，所述第二物理节点的第二Agent程序重新连接至所述Etcd数据库；
依据所述Etcd数据库同步更新所述第二物理节点的本机路由表。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过代理Agent程序自动管理所述集群网络中的物理节点，包括：
所述Agent程序访问Etcd数据库中的指定路径；
在所述指定路径中未存在当前物理节点对应的绑定关系时，将当前物理节点与未使用的容器子网IP域进行绑定，并将新建立的绑定关系存储至所述指定路径。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，将当前物理节点与未使用的容器子网IP域进行绑定之前，包括：
依据所述集群网络被配置的子网范围和已经被占用的子网范围，查找出所述未使用的容器子网IP域。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过代理Agent程序自动管理所述集群网络中的物理节点，包括：
通过所述Agent程序将当前物理节点对应的容器子网IP域写入到Docker的配置文件；
由所述Docker托管所述集群网络。
8.一种网络的建立装置，其特征在于，包括：
连接模块，用于通过路由器连接多个物理节点形成集群网络，其中，每个物理节点上运行有容器；
管理模块，用于通过代理Agent程序自动管理所述集群网络中的物理节点，其中，所述Agent程序部署在每个物理节点上；
其中，所述管理模块通过代理Agent程序自动管理所述集群网络中的物理节点包括：
所述管理模块用于在每台物理节点上部署所述Agent程序，所述Agent程序后端使用Etcd数据库来实现数据的强一致性和动态监控；当所述Agent程序启动时，会连接所述Etcd数据库，此时有如下判断：查看指定的路径下是否存在当前物理节点对应的记录，若存在，则不创建新节点；若不存在，则创建一个新的键值对，绑定当前物理节点IP和一个未使用的容器子网IP域；
所述管理模块还用于在每一个所述Agent程序启动后监听一个特定的Etcd数据库节点路径，当发现新节点加入，则动态更新本地路由，以将新节点的路由记录加入到本机路由表。
9.一种计算机可读的存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被设置为运行时执行权利要求1至7任一项中所述的方法。
10.一种电子装置，包括存储器和处理器，其特征在于，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为运行所述计算机程序以执行权利要求1至7任一项中所述的方法。
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