CN110601951B - 一种在超大规模数据中心实现VxLAN可扩展性的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明特别涉及一种在超大规模数据中心实现VxLAN可扩展性的方法。该在超大规模数据中心实现VxLAN可扩展性的方法，每个节点只创建一个VxLAN端口，然后通过OpenFlow动态安装或卸载流表条目来处理VxLAN端口的目的IP地址，进而实现任何两个节点的VxLAN可达性。该在超大规模数据中心实现VxLAN可扩展性的方法，一方面，使得VxLAN的部署能够适应任意规模的云数据中心，且OVS的性能不会因节点数的多少而受到影响，从而改善了大规模云数据中心的用户体验；同时，由于每个节点只创建一个VxLAN端口，且它的开销完全与节点数无关，从而严重减少了VxLAN端口的创建开销；除此以外，还大大改善了SNAT网关的性能，进而改善了南北向流量的处理。
Description
技术领域
本发明涉及集群部署技术领域，特别涉及一种在超大规模数据中心实现VxLAN可扩展性的方法。
背景技术
VxLAN(Virtual Extensible LAN)是一种租户网络的overlay隧道技术，使用UDP封装租户的L2以太网数据包，以便跨越L3的网络。
在云数据中心，基本使用VxLAN作为租户的网络类型，VxLAN需要在每一个计算和网络节点的OVS bridge建立许多个VxLAN端口(port)。如果有N个节点，那么每个节点就需要建立N-1个VxLAN端口，这在大规模数据中心(1000或更多节点)几乎不具有扩展性，光建立这些端口就需要花费很长时间，导致不能及时响应其他的服务请求，另外OVS在有许多端口的情况下，性能会严重下降，响应时间会严重增加，基本无法忍受。
OpenStack是一个开源的云计算管理平台项目，由几个主要的组件组合起来完成具体工作。OpenStack支持几乎所有类型的云环境，项目目标是提供实施简单、可大规模扩展、丰富、标准统一的云计算管理平台。OpenStack通过各种互补的服务提供了基础设施即服务(IaaS)的解决方案，每个服务提供API以进行集成。
OpenStack使用L2Population在很大程度上改善了这种状况，但是在DHCP agent节点上的OVS bridge上仍然需要建立大量的VxLAN端口以便在计算节点的虚拟机能够从DHCP server得到IP地址。
基于上述情况，本发明提出了一种在超大规模数据中心实现VxLAN可扩展性的方法。
发明内容
本发明为了弥补现有技术的缺陷，提供了一种简单高效的在超大规模数据中心实现VxLAN可扩展性的方法。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种在超大规模数据中心实现VxLAN可扩展性的方法，其特征在于：每个节点只创建一个VxLAN端口，然后通过OpenFlow动态安装或卸载流表条目来处理VxLAN端口的目的IP地址，进而实现任何两个节点的VxLAN可达性。
本发明在超大规模数据中心实现VxLAN可扩展性的方法，每一个节点只创建一个VxLAN端口，目的IP通过OpenFlow编程设定；对于到达不同节点的网络流量，OpenFlow将设定不同的目的IP地址，从而实现一个VxLAN端口取代原来的N-1个VxLAN端口；虽然只有一个VxLAN端口，但仍然能与剩余的N-1个节点建立一对一的隧道，进而确保N个节点之间的VxLAN可达性。
当使用OpenStack L2Population创建VxLAN端口时，需要修改L2Population驱动程序，以便OpenFlow能编程这个VxLAN端口的目标IP地址。
所述OpenStack L2Population创建VxLAN端口时，VxLAN端口的关键值(optionkey)属性和远程IP(remote_ip)属性必须设置成flow。
各个节点的VxLAN端口可以在租户创建VxLAN网络时创建，创建时不需要知道目的IP地址；当新节点加入时也需要创建VxLAN端口。
在计算节点上创建和启动虚拟机(VM)将触发L2Population驱动程序在网络节点(DHCP agent节点)和该虚拟机所在的租户的网络所涉及到的所有计算节点上安装必要的OpenFlow条目，来设定特定的网络流的目的IP地址。
当删除一个计算节点或网络时，相关节点上的相应的OpenFlow条目被删除。
由于OpenDayLight并不支持L2Population，当使用OpenDayLight创建VxLAN端口时，则需要修改genius芯片的ITM(ISDN Trunk Module，综合业务数字网中继模块)模块，来创建使用OpenFlow编程设定目的IP地址的VxLAN端口；同时，隧道入口(tunnel Ingress)参数表和出口(Egress)参数表都要根据节点的增加和删除动态地在各节点安装和删除相应的流表条目，对流表的修改可以延后到计算节点的虚拟机(VM)的创建和删除。
本发明的有益效果是：该在超大规模数据中心实现VxLAN可扩展性的方法，一方面，使得VxLAN的部署能够适应任意规模的云数据中心，且OVS的性能不会因节点数的多少而受到影响，从而改善了大规模云数据中心的用户体验；同时，由于每个节点只创建一个VxLAN端口，且它的开销完全与节点数无关，从而严重减少了VxLAN端口的创建开销；除此以外，还大大改善了SNAT网关的性能，进而改善了南北向流量的处理。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好的理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚，完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
该在超大规模数据中心实现VxLAN可扩展性的方法，每个节点只创建一个VxLAN端口，然后通过OpenFlow动态安装或卸载流表条目来处理VxLAN端口的目的IP地址，进而实现任何两个节点的VxLAN可达性。
OpenFlow是一种新型网络交换模型。OpenFlow交换机是整个OpenFlow网络的核心部件，主要管理数据层的转发，由FlowTable(流表)、SecureChannel(安全通道)和OpenFlowProtocol(协议)三部分组成。
OpenFlow协议支持三种信息类型：Controller-to-Switch，Asynchronous和Symmetric，每一个类型都有多个子类型。OpenFlow实现了数据层和控制层的分离，其中OpenFlow交换机进行数据层的转发，而Controller实现了控制层的功能。
该在超大规模数据中心实现VxLAN可扩展性的方法，每一个节点只创建一个VxLAN端口，目的IP通过OpenFlow编程设定；对于到达不同节点的网络流量，OpenFlow将设定不同的目的IP地址，从而实现一个VxLAN端口取代原来的N-1个VxLAN端口；虽然只有一个VxLAN端口，但仍然能与剩余的N-1个节点建立一对一的隧道，进而确保N个节点之间的VxLAN可达性。
当使用OpenStack L2Population创建VxLAN端口时，需要修改L2Population驱动程序，以便OpenFlow能编程这个VxLAN端口的目标IP地址。
示例如下：
端口"VxLANXXX"
Interface"VxLANXXX"
type:VxLAN
options:{key＝flow,local_ip＝"192.168.0.10",remote_ip＝flow}
所述OpenStack L2Population创建VxLAN端口时，VxLAN端口的关键值(optionkey)属性和远程IP(remote_ip)属性必须设置成flow。
各个节点的VxLAN端口可以在租户创建VxLAN网络时创建，创建时不需要知道目的IP地址；当新节点加入时也需要创建VxLAN端口。
在计算节点上创建和启动虚拟机(VM)将触发L2Population驱动程序在网络节点(DHCP agent节点)和该虚拟机所在的租户的网络所涉及到的所有计算节点上安装必要的OpenFlow条目，来设定特定的网络流的目的IP地址。
当删除一个计算节点或网络时，相关节点上的相应的OpenFlow条目被删除。
由于OpenDayLight并不支持L2Population，当使用OpenDayLight创建VxLAN端口时，则需要修改genius芯片的ITM(ISDN Trunk Module，综合业务数字网中继模块)模块，来创建使用OpenFlow编程设定目的IP地址的VxLAN端口；同时，隧道入口(tunnel Ingress)参数表和出口(Egress)参数表都要根据节点的增加和删除动态地在各节点安装和删除相应的流表条目，对流表的修改可以延后到计算节点的虚拟机(VM)的创建和删除。
所述OpenDaylight(简称ODL)是一个基于SDN开发的模块化、可扩展、可升级、支持多协议的控制器框架。北向接口可扩展性强，REST型API用于松耦合应用，OSGI型用于紧耦合应用。引入SAL屏蔽不同协议的差异性。
与现有技术相比，该在超大规模数据中心实现VxLAN可扩展性的方法，具有以下特点：
第一、使得VxLAN的部署能够适应任意规模的云数据中心，OVS的性能不会因节点数的多少而受到影响，改善了大规模云数据中心的用户体验；
第二、由于每个节点只创建一个VxLAN端口，且它的开销完全与节点数无关，严重减少了VxLAN端口的创建开销；
第三、SNAT网关是南北向流量的出入口，当前的实现需要在其上的OVS bridge创建大量的VxLAN端口，将严重影响OVS的性能；而由于每个节点只创建一个VxLAN端口，OVS的性能将会被极大地改善，从而大大改善了SNAT网关的性能，改善了南北向流量的处理。
以上对本发明实例中的一种在超大规模数据中心实现VxLAN可扩展性的方法进行了详细的介绍。本部分采用具体实例对发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实例仅用于帮助理解本发明的核心思想，在不脱离本发明原理的情况下，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，都应当属于本发明保护的范围。
Claims (7)
1.一种在超大规模数据中心实现VxLAN可扩展性的方法，其特征在于：每个节点只创建一个VxLAN端口，然后通过OpenFlow动态安装或卸载流表条目来处理VxLAN端口的目的IP地址，进而实现任何两个节点的VxLAN可达性；
每一个节点只创建一个VxLAN端口，目的IP通过OpenFlow编程设定；对于到达不同节点的网络流量，OpenFlow将设定不同的目的IP地址，从而实现一个VxLAN端口取代原来的N-1个VxLAN端口；虽然只有一个VxLAN端口，但仍然能与剩余的N-1个节点建立一对一的隧道，进而确保N个节点之间的VxLAN可达性。
2.根据权利要求1所述的在超大规模数据中心实现VxLAN可扩展性的方法，其特征在于：当使用OpenStack L2Population创建VxLAN端口时，需要修改L2Population驱动程序，以便OpenFlow能编程这个VxLAN端口的目标IP地址。
3.根据权利要求2所述的在超大规模数据中心实现VxLAN可扩展性的方法，其特征在于：所述OpenStack L2Population创建VxLAN端口时，VxLAN端口的关键值属性和远程IP属性必须设置成flow。
4.根据权利要求3所述的在超大规模数据中心实现VxLAN可扩展性的方法，其特征在于：各个节点的VxLAN端口可以在租户创建VxLAN网络时创建，创建时不需要知道目的IP地址；当新节点加入时也需要创建VxLAN端口。
5.根据权利要求4所述的在超大规模数据中心实现VxLAN可扩展性的方法，其特征在于：在计算节点上创建和启动虚拟机将触发L2Population驱动程序在网络节点和该虚拟机所在的租户的网络所涉及到的所有计算节点上安装必要的OpenFlow条目，来设定特定的网络流的目的IP地址。
6.根据权利要求5所述的在超大规模数据中心实现VxLAN可扩展性的方法，其特征在于：当删除一个计算节点或网络时，相关节点上的相应的OpenFlow条目被删除。
7.根据权利要求1所述的在超大规模数据中心实现VxLAN可扩展性的方法，其特征在于：由于OpenDayLight并不支持L2Population，当使用OpenDayLight创建VxLAN端口时，则需要修改genius芯片的ITM模块来创建使用OpenFlow编程设定目的IP地址的VxLAN端口；同时隧道入口参数表和出口参数表都要根据节点的增加和删除动态地在各节点安装和删除相应的流表条目，流表的修改可以延后到计算节点的虚拟机创建和删除。
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