CN111277506A - 一种提高SLAAC分配IPv6地址可靠性的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明特别涉及一种提高SLAAC分配IPv6地址可靠性的方法。该提高SLAAC分配IPv6地址可靠性的方法，通过SDN控制器纳管Open vSwitch设备，SDN控制器使用OpenFlow协议向虚机发送RA报文，从而使虚机成功分配到IPv6地址，并通过预下发流表指导转发IPv6报文的方式实现虚机间的三层流量互通。该提高SLAAC分配IPv6地址可靠性的方法，将网关的控制权限转移到SDN控制器，有效降低了网关的负载压力，能够避免SLAAC模式下虚机学习不到全球单播地址的情况，提高了SLAAC地址分配的效率和可靠性，同时将RA报文转化为可控的因素，增强了网络系统的健壮行和可用性。

Description

一种提高SLAAC分配IPv6地址可靠性的方法
技术领域
本发明涉及计算机网络通信技术领域，特别涉及一种提高SLAAC分配IPv6地址可靠性的方法。
背景技术
随着互联网技术的日渐成熟，网络设备的日益增加，IPv4网络协议已然不能满足现有通信设备的通信需求，为满足全球庞大的互联网用户大军第六代互联网协议(Internet Protocol Version 6，IPv6)应运而生。
IPv6网络协议将IP地址扩展到128位，提供2^128-1个地址，能有效满足联网设备的地址分配问题。随着IPv6协议的应用，IPv6地址分配方式带来的问题也日渐明显。
IPv6地址分配方式主要有三种：第一种是默认方式，即手工配置方式，可以根据自己的需求为主机配置全球单播地址；第二种是无状态地址分配方式(SLAAC)，主机通过RA(Router Advertisement，路由器通告)报文获取网络前缀信息，通过EUI-64等算法自动生成IPv6地址；第三种是DHCPv6分配方式，这种分配方式又分为DHCPv6有状态分配方式和DHCPv6无状态分配方式，主要通过DHCPv6服务器分配v6地址池内的地址给对应的主机。
由于SLAAC地址分配方式操作简单且易于维护，所以SLAAC应用广泛，但在SLAAC地址分配时存在以下问题：
第一、目前市面上虚机存在不同的操作系统，如ubuntu/centos等，对于虚机通过SLAAC不同操作系统虚机启动发送RS(Router solicitation，路由器请求)报文时机不同，SLAAC方式无法保证虚机即刻获取到地址；
第二、路由器或网关定时发送RA通告，此RA通告是一定时间间隔内发送的，这就导致在间隔的时间段内虚机无法获取到地址；
第三、虚机分配到地址后，可能无法学习到网关的链路本地地址导致三层IPv6流量不可达的情况；
针对上述SLAAC地址分配异常的问题，本发明提出了一种提高SLAAC分配IPv6地址可靠性的方法。旨在通过SDN控制器为Open vSwitch的虚机提供SLAAC分配IPv6地址的方式，提高SLAAC地址分配的效率和可靠性，并实现虚机三层IPv6流量通信。
其中，SDN(Software Defined Network，软件定义网络)是网络虚拟化的一种实现方式，通过OpenFlow技术将网络设备的数据平面和网络平面分离开来，实现控制和转发分离，是虚拟化应用的良好平台。
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提高SLAAC分配IPv6地址可靠性的方法。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种提高SLAAC分配IPv6地址可靠性的方法，其特征在于：通过SDN控制器纳管Open vSwitch设备，SDN控制器使用OpenFlow协议向虚机发送RA报文，从而使虚机成功分配到IPv6地址，并通过预下发流表指导转发IPv6报文的方式实现虚机间的三层流量互通。
所述SDN控制器管控其纳管的Open vSwitch设备，实际是管理主机下挂的虚机；所述虚机通过tap口挂载到Open vSwitch设备的桥上，由此SDN控制器，主机与虚机三者便建立了相辅相成的连接关系。
SDN作为网络虚拟化的前瞻技术，将应用层/控制层/转发层功能进行划分，有效实现了网络资源的集中控制，同时也为管理物理设备提供了灵活有效的方式。
所述SDN控制器纳管的Open vSwitch设备通过OVSDB管理协议(Open vSwitchDatabase Management Protocol，开放虚拟交换机数据库管理协议)与SDN控制器建立OVSDB连接；SDN控制器通过该连接向Open vSwitch设备下发桥及DPDK(Intel Data PlaneDevelopment Kit)配置信息，Open vSwitch设备通过该连接向SDN控制器发送portstatus/soap消息；所述SDN控制器纳管的Open vSwitch设备通过OpenFlow协议与SDN控制器建立控制器(controller)连接，SDN控制器通过该连接向Open vSwitch设备发送OpenFlow更新消息，Open vSwitch设备通过该连接向SDN控制器发送上送控制器的报文信息。
所述SDN控制器在处理port status消息后即发送RA报文通告给虚机，代替原路由器收到RS报文给虚机回复RA报文的方式，并将控制权限集中到SDN控制器。
所述SDN控制器定时向纳管的Open vSwitch设备发送RA通告，使虚机可以尽快分配到IPv6地址，并学习到网关的本地链路地址和Mac地址，具备三层流量互通的能力。
所述SDN控制器控制虚机三层IPv6流量转发过程，具体包括以下步骤：
第一步，虚机关联网络(network)连接，发送port status消息到SDN控制器实现上线，通过port status消息向SDN控制器发送ADD消息；
第二步，SDN控制器收到ADD消息后根据该消息携带的信息转化为port数据结构存储到内存，同时通过网络信息构建RA报文，发送给虚机；虚机学习RA报文，生成IPv6地址，更新表项；
第三步，虚机自动发送带有全球单播地址的NS报文给SDN控制器；SDN控制器接收NS报文并更新本地port信息，通知其纳管的Open vSwitch设备更新流表；
第四步，SDN控制器向其纳管的Open vSwitch设备定时通告RA报文。
所述第一步中，虚机关联网络(network)连接，SDN控制器纳管的Open vSwitch设备桥创建tap口，并将tap口信息封装成port status消息通过OVSDB连接发送给SDN控制器；SDN控制器接收到port status消息后，将信息转化为port结构存储到内存，SDN控制器封装RA报文通过OpenFlow连接将报文发送给虚机。
所述第二步中，RA报文封装子网的前缀(IP_prefix)，网关的链路本地地址，网关的mac地址，AAC标记置1给虚机。
所述第二步中，虚机接收到RA报文后解封装，通过IP前缀生成IPv6地址，学习到网关的链路本地地址及mac地址，更新本地ND表项和MAC转发表；同时虚机自动发送带有全球单播地址的NS报文给SDN控制器。
所述第三步中，SDN控制器解封装NS报文，学习报文的源IP和源MAC地址，并将IP和MAC更新到本地端口(port)，至此端口(port)信息已经完善；SDN控制器封装flow mod报文发送给其纳管的Open vSwitch设备，主机添加该虚机的IPv6转发表，即可使虚机具备三层转发条件。
所述第四步中，SDN控制器起定时器线程每5min向其纳管的Open vSwitch设备虚机发送RA报文，通告网络的前缀信息及网关的链路本地地址。
本发明的有益效果是：该提高SLAAC分配IPv6地址可靠性的方法，将网关的控制权限转移到SDN控制器，有效降低了网关的负载压力，能够避免SLAAC模式下虚机学习不到全球单播地址的情况，提高了SLAAC地址分配的效率和可靠性，同时将RA报文转化为可控的因素，增强了网络系统的健壮行和可用性。
附图说明
附图1为本发明SDN控制报文交互过程示意图。
附图2为本发明SDN控制器构造RA报文结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行详细的说明。应当说明的是，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
该提高SLAAC分配IPv6地址可靠性的方法，通过SDN控制器纳管Open vSwitch设备，SDN控制器使用OpenFlow协议向虚机发送RA报文，从而使虚机成功分配到IPv6地址，并通过预下发流表指导转发IPv6报文的方式实现虚机间的三层流量互通。
所述SDN控制器管控其纳管的Open vSwitch设备，实际是管理主机下挂的虚机；所述虚机通过tap口挂载到Open vSwitch设备的桥上，由此SDN控制器，主机与虚机三者便建立了相辅相成的连接关系。
SDN作为网络虚拟化的前瞻技术，将应用层/控制层/转发层功能进行划分，有效实现了网络资源的集中控制，同时也为管理物理设备提供了灵活有效的方式。
所述SDN控制器纳管的Open vSwitch设备通过OVSDB管理协议(Open vSwitchDatabase Management Protocol，开放虚拟交换机数据库管理协议)与SDN控制器建立OVSDB连接；SDN控制器通过该连接向Open vSwitch设备下发桥及DPDK(Intel Data PlaneDevelopment Kit)配置信息，Open vSwitch设备通过该连接向SDN控制器发送portstatus/soap消息；所述SDN控制器纳管的Open vSwitch设备通过OpenFlow协议与SDN控制器建立控制器(controller)连接，SDN控制器通过该连接向Open vSwitch设备发送OpenFlow更新消息，Open vSwitch设备通过该连接向SDN控制器发送上送控制器的报文信息。
所述SDN控制器在处理port status消息后即发送RA报文通告给虚机，代替原路由器收到RS报文给虚机回复RA报文的方式，并将控制权限集中到SDN控制器。
所述SDN控制器定时向纳管的Open vSwitch设备发送RA通告，使虚机可以尽快分配到IPv6地址，并学习到网关的本地链路地址和Mac地址，具备三层流量互通的能力。
所述OVSDB连接和OpenFlow连接是实现SDN控制器控制及其纳管的Open vSwitch设备管理的主要方式。
所述SDN控制器控制虚机三层IPv6流量转发过程，具体包括以下步骤：
第一步，虚机关联网络(network)连接，发送port status消息到SDN控制器实现上线，通过port status消息向SDN控制器发送ADD消息；
第二步，SDN控制器收到ADD消息后根据该消息携带的信息转化为port数据结构存储到内存，同时通过网络信息构建RA报文，发送给虚机；虚机学习RA报文，生成IPv6地址，更新表项；
第三步，虚机自动发送带有全球单播地址的NS报文给SDN控制器；SDN控制器接收NS报文并更新本地port信息，通知其纳管的Open vSwitch设备更新流表；
第四步，SDN控制器向其纳管的Open vSwitch设备定时通告RA报文。
所述第一步中，虚机关联网络(network)连接，SDN控制器纳管的Open vSwitch设备桥创建tap口，并将tap口信息封装成port status消息通过OVSDB连接发送给SDN控制器；SDN控制器接收到port status消息后，将信息转化为port结构存储到内存，SDN控制器封装RA报文通过OpenFlow连接将报文发送给虚机。
所述第二步中，RA报文封装子网的前缀(IP_prefix)，网关的链路本地地址，网关的mac地址，AAC标记置1给虚机。
所述第二步中，虚机接收到RA报文后解封装，解析出子网前缀根据地址生成算法(虚机自身会配置该地址生成算法)生成全球单播地址，通过IP前缀生成IPv6地址，解析出网关的链路本地地址生成本地的默认路由，学习到网关的链路本地地址及mac地址，解析出网关mac地址生成ND表项，更新本地ND表项和MAC转发表；同时，虚机生成全球单播地址后，发送免费的NS报文通告本地已获取到IPv6地址。
所述第三步中，SDN控制器解封装NS报文，学习报文的源IP和源MAC地址，并将IP和MAC更新到本地端口(port)，将端口的IP信息和mac信息进行完善；同时SDN控制器根据该端口信息在Open vSwitch交换机上下发IPv6的mac转发表和IPv6转发表及其他有关该虚机的安全策略或Qos的流表，封装成flow mod报文发送给其纳管的Open vSwitch设备，主机添加该虚机的IPv6转发表，即可使虚机具备三层转发条件。
为避免报文异常，所述SDN控制器还要模拟网关定时发送RA报文通告给虚机，虚机收到RA报文通告后进行解析和学习。所述第四步中，SDN控制器起定时器线程每5min向其纳管的Open vSwitch设备虚机发送RA报文，通告网络的前缀信息及网关的链路本地地址。
以上所述的实施例，只是本发明具体实施方式的一种，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种提高SLAAC分配IPv6地址可靠性的方法，其特征在于：通过SDN控制器纳管OpenvSwitch设备，SDN控制器使用OpenFlow协议向虚机发送RA报文，从而使虚机成功分配到IPv6地址，并通过预下发流表指导转发IPv6报文的方式实现虚机间的三层流量互通。
2.根据权利要求1所述的提高SLAAC分配IPv6地址可靠性的方法，其特征在于：所述SDN控制器纳管的Open vSwitch设备通过OVSDB管理协议与SDN控制器建立OVSDB连接；SDN控制器通过该连接向Open vSwitch设备下发桥及DPDK配置信息，Open vSwitch设备通过该连接向SDN控制器发送port status/soap消息；所述SDN控制器纳管的Open vSwitch设备通过OpenFlow协议与SDN控制器建立控制器连接，SDN控制器通过该连接向Open vSwitch设备发送OpenFlow更新消息，Open vSwitch设备通过该连接向SDN控制器发送上送控制器的报文信息。
3.根据权利要求2所述的提高SLAAC分配IPv6地址可靠性的方法，其特征在于：所述SDN控制器在处理port status消息后即发送RA报文通告给虚机，代替原路由器收到RS报文给虚机回复RA报文的方式，并将控制权限集中到SDN控制器。
4.根据权利要求2所述的提高SLAAC分配IPv6地址可靠性的方法，其特征在于：所述SDN控制器定时向纳管的Open vSwitch设备发送RA通告，使虚机可以尽快分配到IPv6地址，并学习到网关的本地链路地址和Mac地址，具备三层流量互通的能力。
5.根据权利要求3或4所述的提高SLAAC分配IPv6地址可靠性的方法，其特征在于：所述SDN控制器控制虚机三层IPv6流量转发过程，包括以下步骤：
第一步，虚机关联网络连接，发送port status消息到SDN控制器实现上线，通过portstatus消息向SDN控制器发送ADD消息；
第二步，SDN控制器收到ADD消息后根据该消息携带的信息转化为port数据结构存储到内存，同时通过网络信息构建RA报文，发送给虚机；虚机学习RA报文，生成IPv6地址，更新表项；
第三步，虚机自动发送带有全球单播地址的NS报文给SDN控制器；SDN控制器接收NS报文并更新本地port信息，通知其纳管的Open vSwitch设备更新流表；
第四步，SDN控制器向其纳管的Open vSwitch设备定时通告RA报文。
6.根据权利要求5所述的提高SLAAC分配IPv6地址可靠性的方法，其特征在于：所述第一步中，虚机关联网络连接，SDN控制器纳管的Open vSwitch设备桥创建tap口，并将tap口信息封装成port status消息通过OVSDB连接发送给SDN控制器；SDN控制器接收到portstatus消息后，将信息转化为port结构存储到内存，SDN控制器封装RA报文通过OpenFlow连接将报文发送给虚机。
7.根据权利要求5所述的提高SLAAC分配IPv6地址可靠性的方法，其特征在于：所述第二步中，RA报文封装子网的前缀IP_prefix，网关的链路本地地址，网关的mac地址，AAC标记置1给虚机。
8.根据权利要求5所述的提高SLAAC分配IPv6地址可靠性的方法，其特征在于：所述第二步中，虚机接收到RA报文后解封装，通过IP前缀生成IPv6地址，学习到网关的链路本地地址及mac地址，更新本地ND表项和MAC转发表；同时虚机自动发送带有全球单播地址的NS报文给SDN控制器。
9.根据权利要求5所述的提高SLAAC分配IPv6地址可靠性的方法，其特征在于：所述第三步中，SDN控制器解封装NS报文，学习报文的源IP和源MAC地址，并将IP和MAC更新到本地端口，至此端口信息已经完善；SDN控制器封装flow mod报文发送给其纳管的Open vSwitch设备，主机添加该虚机的IPv6转发表，即可使虚机具备三层转发条件。
10.根据权利要求5所述的提高SLAAC分配IPv6地址可靠性的方法，其特征在于：所述第四步中，SDN控制器起定时器线程每5min向其纳管的Open vSwitch设备虚机发送RA报文，通告网络的前缀信息及网关的链路本地地址。
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