CN110661904B - 一种实现源网络地址转换网关水平扩展的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种实现源网络地址转换网关水平扩展的方法，涉及网关转换技术领域；本发明方法配置SNAT网关两端：SNAT网关两端分别配置负载均衡器，SNAT网关的每一端分别通过两个网络接口连接两个交换机，网络接口进行bond，交换机进行bond，相应端的负载均衡器与交换机进行bond；利用SNAT网关两端的负载均衡器将流经交换机的流量分发到不同的SNAT网关，负载均衡器利用OVS DPDK的流表确保每一个连接出去和连接回来的流量流经的SNAT网关相同，并且利用OVS DPDK的流表对SNAT网关进行动态调整。
Description
技术领域
本发明公开一种实现源网络地址转换网关水平扩展的方法，涉及网关转换技术领域。
背景技术
现有的SNAT网关基本使用conntrack来实现，通过维护一个连接表来实现多对一或多对少的SNAT，意味着对于任何一个连接，进出的网关必须是同一个，否则网络就不通。因此现有的SNAT网关集群让所有的SNAT网关节点都互相同步连接的状态数据，保证每一个SNAT网关拥有和其它的SNAT网关一样的连接状态表，从而达到水平扩展(HorizontalScalability)，但是此实现方式中所有的数据包需要被复制到每一个SNAT网关以便更新连接表状态，因此必须有专门的网络来确保状态同步的顺畅，需要交换机和网卡，及每个SNAT网关消耗额外的计算和网络资源完成状态同步。本发明提供一种实现源网络地址转换网关水平扩展的方法，实现SNAT网关集群的数据同步，进行水平扩展，SNAT网关的两端分别用一个负载均衡器来把流量分发到不同的SNAT网关，负载均衡器的均衡算法是定制的，它不是简单的ECMP，它用OVS DPDK的流表来实现，两端的负载均衡器算法能确保每一个连接出去的流量流经的SNAT网关，必定是该连接回来的流量流经的SNAT网关，这可以通过配置两端的负载均衡器的流表来实现。
SNAT：Source Network Address Translation，源网络地址转换，即通过把源IP地址转换成公网IP地址来实现内网/私网物理机或虚拟机对外网/公网的访问。
Horizontal Scalability:水平扩展，即通过使用更多的设备来实现性能的横向扩展。
Bond:就是两个或多个网络接口组合绑定形成一个逻辑的网络接口，从而提高网口的带宽或吞吐率，也实现了高可用性，这些接口可以连接到一个或多个交换机，如果是多个交换机，这多个交换机也必须绑定，形成一个逻辑交换机。
Conntrack：Connection Track，即连接状态跟踪，它是Linux实现防火墙，SNAT，NAT的基础。它为所有的网络连接维护了一个连接状态表，每一个表项跟踪一个特定的连接的状态。它不仅仅用于TCP，UDP，ICMP等都可以用它来跟踪。
VIP：Virual IP，即虚IP地址，用于在多个服务器或设备上共用一个VIP地址，来实现高可用性(主备或多活)，通常用VRRP(Virtual Router Redundancy Protocol,虚拟路由冗余协议)来实现。
VRRP：Virtual Router Redundancy Protocol,虚拟路由冗余协议，用于实现路由器的高可用性，也用于实现服务器的高可用性，主要是主备模式。
EIP：Elastic IP，弹性公网IP，是出因特网必须有的公网IP，私网IP只能在内网使用，要访问因特网必须使用SNAT或NAT把它转换成公网IP。
发明内容
本发明针对现有技术的问题，提供一种实现源网络地址转换网关水平扩展的方法，本发明提出的具体方案是：
一种实现源网络地址转换网关水平扩展的方法，配置SNAT网关两端：SNAT网关两端分别配置负载均衡器，SNAT网关的每一端分别通过两个网络接口连接两个交换机，网络接口进行bond，交换机进行bond，相应端的负载均衡器与交换机进行bond；
利用SNAT网关两端的负载均衡器将流经交换机的流量分发到不同的SNAT网关，负载均衡器利用OVS DPDK的流表确保每一个连接出去和连接回来的流量流经的SNAT网关相同，并且利用OVS DPDK的流表对SNAT网关进行动态调整。
所述的方法中以EIP作为判断依据，判断每一个连接出去和连接回来的流量流经的SNAT网关是否相同。
所述的方法中负载均衡器负责检查每一个SNAT网关的健康状态，将健康状态异常的SNAT网关的流量利用修改OVS DPDK的流表导到其它健康SNAT网关上。
所述的方法中负载均衡器将健康状态异常的SNAT网关处理的EIP，利用修改OVSDPDK的流表转到其它健康SNAT网关上进行处理。
一种实现源网络地址转换网关水平扩展的系统，包括配置模块及负载均衡模块，负载均衡模块包括负载均衡器，
配置模块配置SNAT网关两端：SNAT网关两端分别配置负载均衡器，SNAT网关的每一端分别通过两个网络接口连接两个交换机，网络接口进行bond，交换机进行bond，相应端的负载均衡器与交换机进行bond；
负载均衡模块利用SNAT网关两端的负载均衡器将流经交换机的流量分发到不同的SNAT网关，负载均衡器利用OVS DPDK的流表确保每一个连接出去和连接回来的流量流经的SNAT网关相同，并且利用OVS DPDK的流表对SNAT网关进行动态调整。
所述的系统中负载均衡模块以EIP作为判断依据，判断每一个连接出去和连接回来的流量流经的SNAT网关是否相同。
所述的系统中负载均衡模块利用负载均衡器负责检查每一个SNAT网关的健康状态，将健康状态异常的SNAT网关的流量利用修改OVS DPDK的流表导到其它健康SNAT网关上。
所述的系统中负载均衡模块利用负载均衡器将健康状态异常的SNAT网关处理的EIP，利用修改OVS DPDK的流表转到其它健康SNAT网关上进行处理。
本发明的有益之处是：
本发明提供一种实现源网络地址转换网关水平扩展的方法，配置SNAT网关两端：SNAT网关两端分别配置负载均衡器，SNAT网关的每一端分别通过两个网络接口连接两个交换机，网络接口进行bond，交换机进行bond，相应端的负载均衡器与交换机进行bond；
利用SNAT网关两端的负载均衡器将流经交换机的流量分发到不同的SNAT网关，负载均衡器利用OVS DPDK的流表确保每一个连接出去和连接回来的流量流经的SNAT网关相同，并且利用OVS DPDK的流表对SNAT网关进行动态调整；利用本发明方法可以使用较低成本开发部署快SNAT网关，根据业务需要调整SNAT网关的数量，实现SNAT网关的高可用性和水平扩展。
附图说明
图1是本发明系统框架示意图；
图2是本发明方法流程示意图。
具体实施方式
本发明提供一种实现源网络地址转换网关水平扩展的方法，配置SNAT网关两端：SNAT网关两端分别配置负载均衡器，SNAT网关的每一端分别通过两个网络接口连接两个交换机，网络接口进行bond，交换机进行bond，相应端的负载均衡器与交换机进行bond；
利用SNAT网关两端的负载均衡器将流经交换机的流量分发到不同的SNAT网关，负载均衡器利用OVS DPDK的流表确保每一个连接出去和连接回来的流量流经的SNAT网关相同，并且利用OVS DPDK的流表对SNAT网关进行动态调整。
同时提供与上述方法相应的一种实现源网络地址转换网关水平扩展的系统，包括配置模块及负载均衡模块，负载均衡模块包括负载均衡器，
配置模块配置SNAT网关两端：SNAT网关两端分别配置负载均衡器，SNAT网关的每一端分别通过两个网络接口连接两个交换机，网络接口进行bond，交换机进行bond，相应端的负载均衡器与交换机进行bond；
负载均衡模块利用SNAT网关两端的负载均衡器将流经交换机的流量分发到不同的SNAT网关，负载均衡器利用OVS DPDK的流表确保每一个连接出去和连接回来的流量流经的SNAT网关相同，并且利用OVS DPDK的流表对SNAT网关进行动态调整。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
利用本发明方法进行实现源网络地址转换网关水平扩展时，具体过程为：
配置SNAT网关两端：SNAT网关两端分别配置负载均衡器，SNAT网关的每一端分别通过两个网络接口连接两个交换机，网络接口进行bond，交换机进行bond，网络带宽加倍，实现高可用性，并且可以实现备份，继续保持正常服务，相应端的负载均衡器与交换机也进行bond，
负载均衡器可使用普通的x86服务器，其中可利用4个10G网口，1个1G或10G的口，两个10G口绑定做一个bond连到核心交换机，另外两个10G口绑定做bond连接到低端交换机，以便和SNAT网关连接在一个网段，剩下的网口做管理网口使用，负载均衡器可使用Linux系统和OVS DPDK，可参考如下代码：
$ovs-vsctl add-bond br-int dpdkbond0 p0 p1\
--set Interface p0 type＝dpdk options:dpdk-devargs＝0000:08:00.0\
--set Interface p1 type＝dpdk options:dpdk-devargs＝0000:08:00.1
$ovs-vsctl add-bond br-int dpdkbond1 p2 p3\
--set Interface p2 type＝dpdk options:dpdk-devargs＝0000:09:00.0\
--set Interface p3 type＝dpdk options:dpdk-devargs＝0000:09:00.1
SNAT网关可使用与负载均衡器同样配置的x86服务器，每两个10G网口绑定做一个bond连到低端交换机，剩下的一个网口做管理网口用，低端交换机可以只使用两个，即SNAT网关的进出口连到同样的一组交换机以降低成本，SNAT网关也使用Linux系统和OVS DPDK，使用OVS DPDK的用户态conntrack实现SNAT和连接状态表，可参考如下代码：
$ovs-vsctl add-bond br-int dpdkbond0 p0 p1\
--set Interface p0 type＝dpdk options:dpdk-devargs＝0000:08:00.0\
--set Interface p1 type＝dpdk options:dpdk-devargs＝0000:08:00.1
$ovs-vsctl add-bond br-int dpdkbond1 p2 p3\
--set Interface p2 type＝dpdk options:dpdk-devargs＝0000:09:00.0\
--set Interface p3 type＝dpdk options:dpdk-devargs＝0000:09:00.1
参考图1，核心交换机把出去的流量通过静态路由的方式路由到核心交换机测的负载均衡器，两个负载均衡器LB可使用一个VIP，使用VRRP协议实现高可用性，负载均衡器根据配置把出去的流量导到其中的一个SNAT网关，SNAT网关在做了SNAT后送到防火墙侧的负载均衡器，防火墙侧的两个负载均衡器，主备模式，使用一个VIP，使用VRRP协议实现高可用性，
防火墙侧的负载均衡器把出去的流量使用静态路由送到防火墙，回来的流量经防火墙后也以静态路由的方式路由到防火墙侧的负载均衡器，该负载均衡器根据配置把从特定SNAT网关出来的连接的相应的回来的流量，回送到出来时的那个SNAT网关，以EIP作为判断依据，判断每一个连接出去和连接回来的流量流经的SNAT网关是否相同，
每个SNAT网关处理的EIP不能重叠，即SNAT网关1处理的EIP只有SNAT网关1来处理，一个SNAT网关可以处理多个EIP，一旦一个SNAT网关坏了，通过修改负载均衡器和接收SNAT网关上的openflow流表来实现EIP被转到正常运行的其它SNAT网关，
负载均衡器还负责检查每一个SNAT网关的健康状态，一旦有一个坏了，它负责通过修改负载均衡器自身的流表和相应的接收SNAT网关的流表把该SNAT网关上的流量导到其它SNAT网关上，完成对SNAT网关进行动态调整。
利用本发明系统进行实现源网络地址转换网关水平扩展时，具体过程为：
配置模块配置SNAT网关两端：SNAT网关两端分别配置负载均衡器，SNAT网关的每一端分别通过两个网络接口连接两个交换机，网络接口进行bond，交换机进行bond，网络带宽加倍，实现高可用性，并且可以实现备份，继续保持正常服务，相应端的负载均衡器与交换机也进行bond，
负载均衡器可使用普通的x86服务器，其中可利用4个10G网口，1个1G或10G的口，两个10G口绑定做一个bond连到核心交换机，另外两个10G口绑定做bond连接到低端交换机，以便和SNAT网关连接在一个网段，剩下的网口做管理网口使用，负载均衡器可使用Linux系统和OVS DPDK，可参考如下代码：
$ovs-vsctl add-bond br-int dpdkbond0 p0 p1\
--set Interface p0 type＝dpdk options:dpdk-devargs＝0000:08:00.0\
--set Interface p1 type＝dpdk options:dpdk-devargs＝0000:08:00.1
$ovs-vsctl add-bond br-int dpdkbond1 p2 p3\
--set Interface p2 type＝dpdk options:dpdk-devargs＝0000:09:00.0\
--set Interface p3 type＝dpdk options:dpdk-devargs＝0000:09:00.1
SNAT网关可使用与负载均衡器同样配置的x86服务器，每两个10G网口绑定做一个bond连到低端交换机，剩下的一个网口做管理网口用，低端交换机可以只使用两个，即SNAT网关的进出口连到同样的一组交换机以降低成本，SNAT网关也使用Linux系统和OVS DPDK，使用OVS DPDK的用户态conntrack实现SNAT和连接状态表，可参考如下代码：
$ovs-vsctl add-bond br-int dpdkbond0 p0 p1\
--set Interface p0 type＝dpdk options:dpdk-devargs＝0000:08:00.0\
--set Interface p1 type＝dpdk options:dpdk-devargs＝0000:08:00.1
$ovs-vsctl add-bond br-int dpdkbond1 p2 p3\
--set Interface p2 type＝dpdk options:dpdk-devargs＝0000:09:00.0\
--set Interface p3 type＝dpdk options:dpdk-devargs＝0000:09:00.1
参考图1，核心交换机把出去的流量通过静态路由的方式路由到核心交换机测的负载均衡器，两个负载均衡器LB可使用一个VIP，使用VRRP协议实现高可用性，负载均衡器根据配置，把出去的流量导到其中的一个SNAT网关，SNAT网关在做了SNAT后送到防火墙侧的负载均衡器，防火墙侧的两个负载均衡器，主备模式，使用一个VIP，使用VRRP协议实现高可用性，
防火墙侧的负载均衡器把出去的流量使用静态路由送到防火墙，回来的流量经防火墙后也以静态路由的方式路由到防火墙侧的负载均衡器，该负载均衡器根据配置把从特定SNAT网关出来的连接的相应的回来的流量，回送到出来时的那个SNAT网关，以EIP作为判断依据，判断每一个连接出去和连接回来的流量流经的SNAT网关是否相同，
每个SNAT网关处理的EIP不能重叠，即SNAT网关1处理的EIP只有SNAT网关1来处理，一个SNAT网关可以处理多个EIP，一旦一个SNAT网关坏了，通过修改负载均衡器和接收SNAT网关上的openflow流表来实现EIP被转到正常运行的其它SNAT网关，
负载均衡器还负责检查每一个SNAT网关的健康状态，一旦有一个坏了，它负责通过修改负载均衡器自身的流表和相应的接收SNAT网关的流表把该SNAT网关上的流量导到其它SNAT网关上，完成对SNAT网关进行动态调整。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。
Claims (4)
1.一种实现源网络地址转换网关水平扩展的方法，其特征是配置SNAT网关两端：SNAT网关两端分别配置负载均衡器，SNAT网关的每一端分别通过两个网络接口连接两个交换机，网络接口进行bond，交换机进行bond，相应端的负载均衡器与交换机进行bond；
利用SNAT网关两端的负载均衡器将流经交换机的流量分发到不同的SNAT网关，负载均衡器利用OVS DPDK的流表确保每一个连接出去和连接回来的流量流经的SNAT网关相同，并且利用OVS DPDK的流表对SNAT网关进行动态调整,其中负载均衡器负责检查每一个SNAT网关的健康状态，将健康状态异常的SNAT网关的流量利用修改OVS DPDK的openflow流表导到其它健康SNAT网关上，负载均衡器将健康状态异常的SNAT网关处理的EIP，利用修改OVSDPDK的openflow流表转到其它健康SNAT网关上进行处理。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是负载均衡器以EIP作为判断依据，判断每一个连接出去和连接回来的流量流经的SNAT网关是否相同。
3.一种实现源网络地址转换网关水平扩展的系统，其特征是包括配置模块及负载均衡模块，负载均衡模块包括负载均衡器，
配置模块配置SNAT网关两端：SNAT网关两端分别配置负载均衡器，SNAT网关的每一端分别通过两个网络接口连接两个交换机，网络接口进行bond，交换机进行bond，相应端的负载均衡器与交换机进行bond；
负载均衡模块利用SNAT网关两端的负载均衡器将流经交换机的流量分发到不同的SNAT网关，负载均衡器利用OVS DPDK的流表确保每一个连接出去和连接回来的流量流经的SNAT网关相同，并且利用OVS DPDK的流表对SNAT网关进行动态调整，其中负载均衡模块利用负载均衡器负责检查每一个SNAT网关的健康状态，将健康状态异常的SNAT网关的流量利用修改OVS DPDK的openflow流表导到其它健康SNAT网关上，负载均衡模块利用负载均衡器将健康状态异常的SNAT网关处理的EIP，利用修改OVS DPDK的openflow流表转到其它健康SNAT网关上进行处理。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征是负载均衡模块以EIP作为判断依据，判断每一个连接出去和连接回来的流量流经的SNAT网关是否相同。
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