CN111130852A - 一种基于Docker的云应用网络自动化部署的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于Docker的云应用网络自动化部署的方法,其特征在于,使用Docker容器作为网络组件替代虚拟机进行云应用的网络部署,特制多种Docker镜像作为网络组件模板,使用优化的虚拟子网连接网络组件,支持多种网络拓扑和支持网络拓扑的动态修改,支持跨系统和跨物理机的分布式部署,使用脚本完成网络的自动化部署;本发明对比传统SDN仿真器生成的网络,在云应用网络性能、节省成本、自动化便捷部署方面有较大的提升。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于Docker的面向云计算平台的分布式云应用网络自动化部署方法,该方法涉及Docker容器、软件定义网络、网络拓扑管理等领域。
背景技术
近年来,随着数据中心和软件定义网络(SDN)的出现,许多云计算平台的涉及云应用往往采用SDN的形式部署。这样的好处在于,既能方便云应用之间共享计算能力、存储和内存容量等,来最大化利用物理硬件,又能方便云应用之间的通信,共享数据。现阶段研究人员习惯于使用已有的一些具有SDN支持的仿真器来组件这类网络。
目前,公知的具有SDN支持的仿真器有Mininet、OFNet和Estinet等。尽管它们在开发和实验虚拟交换机(OVS)方面得到了广泛的应用,并且有相对易于定制的特点,但是它们在定制交换机和在主机中添加应用程序方面仍然存在一些限制。其一,这些仿真器生成的网络启动后,其网络拓扑关系修改不方便,即不支持网络的动态部署,网络的灵活度低。其二,这些仿真器组件的运行环境往往限制在Linux平台上,对跨系统服务不友好。其三,这些仿真器组成的网络的各组件往往使用虚拟机(VMs)作为网络组件,而虚拟机的跨机通信并不方便,因此网络通常只能部署在同一台物理机器上。然而这种单机的部署测试对于工业生产而言是不够的。
另外,由于这些仿真器往往使用虚拟机(VMs)作为网络组件,虚拟机本身存在的一些限制也会对网络产生影响。其一,虚拟机的内存分配方式为预分配,每个虚拟机将对总的硬件资源进行划分,而每一块内存上面都要运行独立的、不同的操作系统,这会导致虚拟机占用的总内存较大,物理机器的负担也相对较大,容易引起运行速度慢甚至系统崩溃等问题。其二,由于内存占用大的问题,虚拟机非常需要强大的硬件支持,这些硬件的价格十分昂贵。其三,虚拟机本身响应速度较慢,例如启动时间往往要数分钟。总而言之,虚拟机的量级重、开销大、价格昂贵,实际运行效果并不理想。这些虚拟机本身的问题同样也限制了现有仿真器的网络性能。
以上问题不仅限制了现有SDN仿真器部署的云应用网络的性能,也导致了其网络部署比较复杂,难以对网络进行自动化部署和调整。
发明内容
为了克服现有的不足,本发明提出了一种基于Docker的云应用网络自动化部署的方法,目的是更方便的部署云应用网络并提高网络性能。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的:一种基于Docker的云应用网络自动化部署的方法,其特征在于,包括如下内容:
(1)研制多种特定功能的Docker镜像作为容器模板:在云应用网络系统中,需要三种基本组件:交换机、控制器和云应用。使用不同的Docker容器来分别实现他们的功能,而不同的组件对Docker容器有不同的要求。其中交换机和控制器的Docker镜像需要特别制作;他们的要求分别是:交换机镜像基于Ubuntu或CentOS,其中带有进程监控模块和虚拟交换机(OVS);控制器镜像基于Ubuntu或CentOS,其中带有进程监控模块和Ryu控制器。
(2)使用创新的Docker容器连接方法组建多样的、可动态调整的网络拓扑:为了组建不同的网络拓扑,分别为不同的Docker容器提供合适的连接方式。该连接方式区别于Docker容器本身的总线连接方式,使用的是虚拟子网的方式连接。即把互相连接的两个或多个Docker容器放到同一个虚拟子网中,使其拥有连接关系。同一虚拟子网下的Docker容器互相通信,该容器可以是交换机、控制器或具体应用。使用这种连接方式,Docker容器之间的连接会变得十分灵活,从而实现多样化的网络拓扑结构,且方便进行动态调整,无需反复重启网络。
(3)自动化部署多样化的、可动态调整的云应用网络:为了使云应用能够自动化部署,提供了一种网络部署脚本。运行该脚本后,用户需要输入描述接口的数量和容器之间的链路连接,即可完成整个网络系统的自动化部署。该脚本创建的网络拓扑结构为:环结构、树结构、总线结构等,不存在拓扑结构上的限制。而上述交换机、控制器和应用程序的设置可能会因不同的网络需求而异,因此用户也可以根据自己的需求按照脚本的规则自定义网络部署脚本,其中需要定义基本的Docker镜像、子网、网关和需要屏蔽的IP地址(可选)。
本发明与现有的技术相比,具有的有益效果是:
(1)成本更低。相比虚拟机的预分配内存,Docker容器可以更充分的利用内存空间且更加的轻量级,能够节省硬件资源,降低部署成本。
(2)网络拓扑多样。具有更灵活的网络连接方式,支持多种网络拓扑结构。
(3)网络可动态调整。支持动态调整网络拓扑结构,不需要将整个系统重启进行设置,网络调整更加方便、灵活。
(4)自动化部署更加方便。使用本发明给出的脚本进行部署或按照按我们的规则编写脚本都可以完成网络的自动化部署,网络部署更加方便、快捷。
(5)网络组件响应速度更快。相比虚拟机,Docker容器拥有毫秒级响应速度,因此由其部署的网络快,网络通信效率高。
(6)方便进行多机部署测试。传统的基于虚拟机的SDN仿真器搭建的网络对多机部署支持差,而基于Docker容器的云应用网络多机部署十分方便,且由于Docker本身的特性,网络的可移植性非常好。
(7)可以跨系统搭建。传统的SDN仿真器使用的虚拟交换机只能支持Linux平台,导致网络的部署只能在Linux系统中才比较方便。而本发明提出的交换机Docker镜像可以运行在各个系统上,只要该系统安装了Docker软件即可。
(8)Docker镜像内更方便开发者操作。先进已有的虚拟交换机Docker镜像内置的都是Alpine系统,而本发明中给出的Docker镜像是基于Ubuntu和CentOS的,作为最流行的Linux发行版,本发明给出的Docker镜像更加容易得到开发者的青睐。
附图说明
图1为本发明基于Docker的SDN物理拓扑图。
图2为本发明向网络中添加新的Docker的示意图。
图3为本发明数据中心树结构的逻辑拓扑图。
图4为本发明可实现的一些常见网络拓扑结构图,其中图a)是环拓扑结构图,图b)是二叉树拓扑结构图,图c)是线性总线拓扑结构图。
具体实施方式
为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明,下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述,应当理解,此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明,并不用于限定本发明。
如图1所示,为本实施例使用一种基于Docker的面向云计算平台的分布式云应用网络自动化部署方法进行部署的云应用网络,其特征在于,使用Docker容器作为网络组件替代虚拟机进行云应用的网络部署,特制多种Docker镜像作为网络组件模板,使用虚拟子网连接网络组件,支持多种网络拓扑和支持网络拓扑的动态修改,支持跨系统和跨物理机的分布式部署,使用脚本完成网络的自动化部署。
本实施例使用两台物理机Host1和Host2,每台物理机分别拥有一个子网,他们通过物理机本身的虚拟交换机(OVS),使用GRE TUNNEL相连。每个子网内的组件均由不同功能的Docker容器组成,它们分别用作虚拟交换机、控制器和应用(主机)。
所述的使用Docker容器作为网络组件替代虚拟机进行云应用的网络部署,具体为:图1所示的虚拟交换机(Sw-x)、控制器(Ctr)和云应用(App Container)全都由Docker容器实现,即每个组件都是一个Docker容器。
所述的特制多种Docker镜像作为网络组件模板,具体为:虚拟交换机(Sw-x)Docker容器内置操作系统为Ubuntu或CentOS,其中包含了“Supervisord”进程管理器,用以监控虚拟交换机的进程状态,保障虚拟交换机能够正常地持续运行。控制器Docker容器内置操作系统为Ubuntu或CentOS,其中包含了Ryu控制器。
所述的使用虚拟子网连接网络组件,具体为:当两个Docker容器在网络拓扑中连接时,就为其创建一个虚拟以太(VEth)连接,替代原有的通过Docker桥(Bridge)建立的间接相连。最后,总虚拟交换机与原有的Docker桥相连,连通整个Docker网络。
所述的支持多种网络拓扑和支持网络拓扑的动态修改,具体为:通过虚拟子网的方式连接的Docker容器,可以实现多种网络拓扑结构,图4所示的为常见的环结构、树结构、线性总线结构的分别实现,这使得网络拓扑不局限于Docker自带的总线结构。同时,也方便动态修改,如添加删除网络组件。图2为一个添加网络组件Docker容器的例子,只需要将组件正确创建后,再通过端口建立了虚拟以太(VEth)与虚拟交换机Docker相连即可。
所述的跨系统和跨物理机的分布式网络部署,具体为:利用Docker本身的跨平台性和可移植性,既可以在不同平台上和物理机上使用相同的Docker镜像创建各种网络组件,又可以直接将Docker容器保存为镜像后移植到其他平台和物理机上,因此,网络的跨系统平台和跨物理机部署变得十分方便,且部署后的网络的迁移能力很强。
使用脚本完成网络的自动化部署,具体为:使用提供的脚本创建指定拓扑结构的网络,用户指定拓扑结构的基本参数(如树结构的深度、环结构的直径)、组件的连接关系等参数即可自动化部署一个基于Docker容器的应用网络。另外,若用户需要自定义拓扑结构,可以自行编写部署脚本。用户可以按照已给出的脚本编写的方式,在新的脚本中定义拓扑结构基本参数、Docker镜像、子网、网关和屏蔽的IP地址等信息就可以。
应当理解的是,本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术、或是所属技术领域技术人员熟知的。
应当理解的是,上述针对较佳实施例的描述较为详细,并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制,本领域的普通技术人员在本发明的启示下,在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下,还可以做出替换或变形,均落入本发明的保护范围之内,本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (8)
1.一种基于Docker的云应用网络自动化部署的方法,其特征在于:使用Docker容器作为网络组件替代虚拟机进行云应用的网络部署,特制多种Docker镜像作为网络组件模板,使用优化的虚拟子网连接网络组件,支持多种网络拓扑和支持网络拓扑的动态修改,支持跨系统和跨物理机的分布式部署,使用脚本完成网络的自动化部署。
2.根据权利要求1所述的一种基于Docker的云应用网络自动化部署的方法,其特征是,所述的Docker容器作为交换机、控制器和主机三种网络组件替代虚拟机进行云应用的网络部署是指:搭建的云应用网络中的各个网络组件,包括交换机、控制器和主机(具体的云应用),均使用Docker容器实现。
3.根据权利要求1所述的一种基于Docker的云应用网络自动化部署的方法,其特征是,所述的特制多种Docker镜像作为网络组件模板是指:特制多种Docker镜像用于生成不同功能的Docker容器作为网络组件,包括交换机、控制器和具体的云应用;其中,交换机的Docker镜像基于Ubuntu或CentOS,其中包含进程管理器和虚拟交换机配置(OpenFlow);控制器的Docker镜像基于Ubuntu或CentOS,其中包含Ryu控制器;云应用的Docker镜像可以是基于多种系统的,内部封装云应用,与具体应用有关。
4.根据权利要求1所述的一种基于Docker的云应用网络自动化部署的方法,其特征是,所述的使用优化的虚拟子网连接网络组件是指:使用虚拟子网将不同功能的Docker容器连接起来,即相连接的两个容器处在同一个子网下,总交换机组件再与Docker本身的网络总线相连,从而组成网络。
5.根据权利要求1所述的一种基于Docker的云应用网络自动化部署的方法,其特征是,支持多种网络拓扑结构是指:通过虚拟子网连接不同Docker容器组成的网络可以支持多种拓扑结构的网络的搭建。
6.根据权利要求1所述的一种基于Docker的云应用网络自动化部署的方法,其特征是,支持网络动态调整是指:通过虚拟子网连接不同Docker容器组成的网络可以动态调整网络的拓扑结构,方便添加和删除网络中的组件,无需重启整个网络进行重新配置。
7.根据权利要求1所述的一种基于Docker的云应用网络自动化部署的方法,其特征是,支持跨系统和跨物理机的分布式部署是指:通过Docker容器本身良好的可移植性,容器构建的网络组件可以支持多种操作系统,同样的,也可以通过移植Docker容器或镜像实现跨物理机的分布式网络部署。
8.根据权利要求1所述的一种基于Docker的云应用网络自动化部署的方法,其特征是,使用脚本完成网络的自动化部署是指:一方面通过给出的固定脚本,用户指定运行参数后,即可自动化部署网络;另一方面,用户可根据自己的需求,按照脚本的编写规则自行编写脚本,实现对各类不同需求下网络的自动化部署。
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