CN111901236B - 一种利用动态路由优化openstack云网络的方法及系统 - Google Patents

一种利用动态路由优化openstack云网络的方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用动态路由优化openstack云网络的方法及系统，其通过Neutron‑server下发监控策略给各个计算节点对应的虚拟交换机，虚拟交换机依据监控策略定时统计其对应的计算节点的流量信息并发送给Neutron‑server，Neutron‑server接收各个计算节点上传的流量信息，依据上传的流量信息更新fastpath白名单和路由流表项设置，将更新后的路由流表项发送给虚拟交换机；虚拟交换机依据更新后的路由流表项进行路由转发，既优化了在集中路由模式下，网络节点的开销，又降低了在分布式路由模式下计算节点的流表规模，避免了每台机器都要维护全局的路由信息的缺点。

Description

一种利用动态路由优化openstack云网络的方法及系统
技术领域
本发明属于云计算技术领域，更具体地，涉及一种利用动态路由优化openstack云网络的方法及系统。
背景技术
基于openstack架构的云平台，neutron作为虚拟网络的控制平面，目前支持两种网络模式：集中式路由和分布式路由(DVR)。集中路由模式下，有专门的Gateway节点(网络节点)来处理数据包的路由，在这种模式下，计算节点只需要知道关联的网络节点，把所有的数据包都交给网络节点，由网络节点来处理来处理相应的路由和转发即可。分布式路由(Distributed Virtual Router，DVR)，由计算节点来处理原先的大量东西向流量和非SNAT南北流量，这样网络节点只需要处理SNAT(无floating IP的vm跟外面的通信)流量，降低了整个系统对网络节点的依赖，计算节点只需要通过本身的路由将数据包转发到目标机器上，没有额外的中转。
基于目前openstack使用的网络转发模型，对这种网络模型的一些优化方法，比如专利文献CN108737272A所记载的一种云计算中高性能路由转发方法，其一种基于SDN的路由控制平台，通过构建路由决策层和数据转发层，将虚拟网络拓扑中路由表实时映射成流表，使得三层网络数据转发受到路由决策层中虚拟路由拓扑控制，却通过Openflow交换机直接转发数据包。同时设计虚拟网络拓扑监测模块，实时监测节点间路由跳数变化，在保证了三层网络数据包转发逼真性的同时提高了虚拟网络的性能。然而，其通过记录不同子网间的通信流程，将虚拟网络拓扑中路由表实时映射成虚拟交换机OVS对应的流表，通过虚拟交换机流表直接转发，优化的是流表结构，缩短了转发路径，但是并没有解决每个计算节点都要维护全局的流表信息问题，当环境上网络发生变化时，决策层需要重新获取网络拓扑，并修改平台上的所有节点的流表信息，存在明显的弊端。
发明内容
针对现有技术的至少一个缺陷或改进需求，本发明提供了一种利用动态路由优化openstack云网络的方法及系统，其通过Neutron-server下发监控策略获取每个计算节点的流量信息，并以此调整虚拟交换机的路由流表项，既优化了在集中路由模式下，网络节点的开销，又降低了在分布式路由模式下计算节点的流表规模，避免了每台机器都要维护全局的路由信息的缺点。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种利用动态路由优化openstack云网络的方法，包括如下步骤：
Neutron-server下发监控策略给各个计算节点对应的虚拟交换机，监控策略包括定时统计计算节点的流量信息和fastpath白名单，fastpath白名单的网络互通通过fastpath通道转发；
虚拟交换机依据监控策略定时统计其对应的计算节点的流量信息并发送给Neutron-server；
Neutron-server接收各个计算节点上传的流量信息，依据上传的流量信息更新fastpath白名单，并依据fastpath白名单更新路由流表项设置，将更新后的路由流表项发送给虚拟交换机；
虚拟交换机依据更新后的路由流表项进行路由转发。
作为本发明的进一步改进，计算节点的流量信息包括租户和子网吞吐量，fastpath白名单包括租户白名单和子网白名单，租户白名单的租户网络互通通过fastpath通道转发，子网白名单的子网网络互通通过fastpath通道转发。
作为本发明的进一步改进，统计计算节点的流量信息具体包括：统计单位时间内虚拟机的虚拟端口发送到物理端口上数据包的个数及大小，并提取报文的元组信息，计算该计算节点上每个子网在单位时间内的跨网段数据流量。
作为本发明的进一步改进，监控策略还包括设置子网的吞吐量阈值，Neutron-server判断每个子网在单位时间内的跨网段数据流量是否超过吞吐量阈值，依据判断结果设置租户白名单和子网白名单。
为实现上述目的，按照本发明的另一个方面，提供了一种利用动态路由优化openstack云网络的系统，该系统包括网络节点和计算节点，网络节点用于设置Neutron-server，计算节点用于设置Neutron-agent、虚拟交换机和虚拟机，其中，
Neutron-server用于下发监控策略给各个计算节点对应的虚拟交换机，监控策略包括定时统计计算节点的流量信息和fastpath白名单，fastpath白名单的网络互通通过fastpath通道转发；接收各个计算节点上传的流量信息，依据上传的流量信息更新fastpath白名单，并依据fastpath白名单更新路由流表项设置，将更新后的路由流表项发送给虚拟交换机；
虚拟交换机用于依据所述监控策略定时统计其对应的计算节点的流量信息并发送给Neutron-server；依据更新后的路由流表项进行路由转发。
作为本发明的进一步改进，计算节点的流量信息包括租户和子网吞吐量，fastpath白名单包括租户白名单和子网白名单，租户白名单的租户网络互通通过fastpath通道转发，子网白名单的子网网络互通通过fastpath通道转发。
作为本发明的进一步改进，统计计算节点的流量信息具体包括：统计单位时间内虚拟机的虚拟端口发送到物理端口上数据包的个数及大小，并提取报文的元组信息，计算该计算节点上每个子网在单位时间内的跨网段数据流量。
作为本发明的进一步改进，监控策略还包括设置子网的吞吐量阈值，Neutron-server判断每个子网在单位时间内的跨网段数据流量是否超过吞吐量阈值，依据判断结果设置租户白名单和子网白名单。
为实现上述目的，按照本发明的另一个方面，提供了一种电子设备，包括至少一个处理单元、以及至少一个存储单元，其中，存储单元存储有计算机程序，当计算机程序被处理单元执行时，使得处理单元执行上述方法的步骤。
为实现上述目的，按照本发明的另一个方面，提供了一种计算机可读介质，其存储有可由电子设备执行的计算机程序，当计算机程序在电子设备上运行时，使得电子设备执行上述方法的步骤。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
(1)本发明提供的一种利用动态路由优化openstack云网络的方法及系统，其通过Neutron-server下发监控策略获取每个计算节点的流量信息，并以此调整虚拟交换机的路由流表项，通过利用openstack neutron编排、数据采集、监控、动态路由等相结合的技术，实时监控统计数据平面的数据信息，根据数据平面的数据信息，动态调整openstack云网络控制平面的路由规则，提升数据平面的转发性能，同时降低了云数据中心在面临大规模且变化频繁的云网络挑战时额外网络节点的开销，既优化了在集中路由模式下，网络节点的开销，又降低了在分布式路由模式下计算节点的流表规模，避免了每台机器都要维护全局的路由信息的缺点，从而达到既能较低网络节点的开销，提升网络节点的处理能力，也能降低计算节点的流表规模，缩短流表更新的时间。
(2)本发明提供的一种利用动态路由优化openstack云网络的方法及系统，通过监控租户网络来调整路由转发规则，转发路径的调整均属于软件层面的调整，不会额外消耗硬件网口资源，大大降低了云数据中心建设成本。
附图说明
图1为本发明实施例的一种利用动态路由优化openstack云网络的系统的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明所提供的一种利用动态路由优化openstack云网络的方法及系统，其通过监控统计数据平面的数据信息，根据数据平面的数据信息，动态调整openstack云网络控制平面的路由规则，提升数据平面的转发性能，同时降低了云数据中心在面临大规模且变化频繁的云网络挑战时额外网络节点的开销。
下面结合实施例和附图对本发明提供的工业互联网系统的结构和工作原理进行详细说明。
其中，本发明使用的专业术语解释如下：
虚拟机：通过软件模拟的具有完整硬件系统功能的、运行在一个完全隔离环境中的完整计算机系统，通常一个租户由同一个租户网络下的一个或多个虚拟机组成；
虚拟交换机(vswitch)：虚拟网络转发面，部署在每个计算节点上，相当于一个用软件虚拟的交换机,该交换机连接虚拟网卡和物理网卡,将虚拟机上的数据报文从物理网口转发出去；
Neutron：虚拟网络控制面，管理整个openstack环境中的虚拟网络，例如创建网络、虚拟路由器、虚拟防火墙等等，分为neutron server和neutron-agent两个部分，server负责接收来自外部服务的RESTful API请求，并作相应的逻辑处理，部署在网络节点上，agent负责执行具体任务及操作，部署在每个计算节点上；
Neutron-server：Neutron仅有的一个主要的服务进程，它运行在网络控制节点提供RESTfulAPI作为访问Neutron的入口。Neutron-server接收到的用户HTTP请求最终由遍布于计算节点和网络节点的各种agent来完成；
Neutron-agent：Neutron的业务服务进程，其运行于网络节点或计算节点。
openstack租户(Tenant)：各个服务中的一些可以访问的资源集合。这些资源集合可供多个用户使用，往往一个租户包含多个子网；
openstack子网(subnet)：一个IPv4或者IPv6地址段，虚拟机的IP从subnet中分配。每个subnet需要定义IP地址的范围和掩码；
网络节点：负责管理私有网段与公有网段的通信，以及管理虚拟机网络之间的通信/拓扑，管理虚拟机之上的防火等；
计算节点：负责虚拟机的运行的服务器，用于承载业务，虚拟机和网络具体执行任务及操作都在计算节点上；
FastPath：快速转发通道，指计算节点将数据包直接发送给对应的计算节点；
SlowPath：慢速转发通道，指计算节点发送的数据包经过网络节点转发给对应的计算节点。
一种利用动态路由优化openstack云网络的方法，其包括如下步骤：
Neutron-server下发监控策略给各个计算节点对应的虚拟交换机，所述监控策略包括定时统计计算节点的流量信息和fastpath白名单，所述fastpath白名单的网络互通通过fastpath通道转发；
虚拟交换机依据监控策略定时统计其对应的计算节点的流量信息并发送给网络节点的Neutron-server，其他类型的网络互通采用slowpath通道转发；
Neutron-server接收各个计算节点上传的流量信息，依据上传的流量信息更新fastpath白名单，并依据fastpath白名单更新路由流表项设置，将更新后的路由流表项发送给虚拟交换机；
虚拟交换机依据更新后的路由流表项进行路由转发。
可选的，计算节点的流量信息包括租户和子网吞吐量，往往一个租户包括多个子网，fastpath白名单包括租户白名单和子网白名单，租户白名单的租户网络互通通过fastpath通道转发，子网白名单的子网网络互通通过fastpath通道转发。作为一个示例，统计计算节点的流量信息具体包括：统计计算节点上承载的虚拟机南北向流量信息，如单位时间内虚拟机的虚拟端口发送到物理端口上数据包的个数及大小，并提取报文的元组信息，计算该计算节点上每个子网在单位时间内的跨网段数据流量，如子网1(10.10.10.10)网段流量访问子网2(30.30.30.30)网段的数据吞吐量T2，将每个子网在单位时间内吞吐量信息T2通过Neutron-agent上报给Neutron-server。
可选的，该监控策略还包括设置子网的吞吐量阈值T1，Neutron-server接收到从各个计算节点上的Neutron-agent发送过来的每个子网在单位时间内的跨网段数据流量，如网段10到网段30的吞吐量T3；Neutron-server根据设置的监控策略进行计算，并与用户设置的策略阈值T1对比，如果当某一个子网在单位时间内访问其他子网吞吐量大于T1，比如子网1(10.10.10.10)网段流量访问子网2(30.30.30.30)网段的在单位时间内数据吞吐量T3>T1，则认为子网1到子网2流量占据了超过阈值的带宽，Neutron-server将子网1到子网2的路由流表项设置为高优先级，如果设置了租户白名单，Neutron-server会根据租户白名单信息，将所有子网按照租户进行分组，将租户白名单的子网涉及的路由流表项设置为高优先级。如果设置了子网白名单，Neutron-server根据白名单子网信息，将白名单内子网涉及的路由流表项设置为高优先级。Neutron-server将高优先级的路由流表项通过Neutron-agent下发给相应计算节点上的虚拟交换机上。比如子网1访问子网2为高优先级，则将对应的路由表下发到计算节点1上。虚拟交换机接收到neutron下发的新流表，对高优先级的子网1到子网2的流表信息进行更新。流表更新后，网段10到网段30的通道切换到fastpath，即由节点1直接转发到节点3上。
通过上述方法的步骤，既优化了openstack云网络在集中路由模式下网络节点的开销，又降低了在分布式路由模式下计算节点的流表规模，避免了每台机器都要维护全局的路由信息的缺点。
图1为本发明实施例的一种利用动态路由优化openstack云网络的系统的结构示意图。如图1所示，该系统包括网络节点和计算节点，网络节点用于设置Neutron-server，计算节点用于设置Neutron-agent、虚拟交换机和虚拟机。整个云网络都是通过网络节点来处理数据包的路由，即网络节点专门用来处理相应的路由更新逻辑，作为一个示例，计算节点1的虚拟机流量先到达网络节点，其对应的目的地址为计算节点2和计算节点3，网络节点再将流量转发到相应节点上，将此转发通道成为slowPath。
其中，Neutron-server用于下发监控策略给各个计算节点对应的虚拟交换机；该监控策略包括定时统计计算节点的流量信息和fastpath白名单，fastpath白名单的网络互通通过fastpath通道转发，其他类型的网络互通采用slowpath通道转发；接收各个计算节点上传的流量信息，依据上传的流量信息更新fastpath白名单，并依据fastpath白名单更新路由流表项设置，将更新后的路由流表项发送给虚拟交换机；
虚拟交换机用于依据监控策略定时统计其对应的计算节点的流量信息并发送给网络节点的Neutron-server；依据更新后的路由流表项进行路由转发。
可选的，计算节点的流量信息包括租户和子网吞吐量，往往一个租户包括多个子网，fastpath白名单包括租户白名单和子网白名单，租户白名单的租户网络互通通过fastpath通道转发，子网白名单的子网网络互通通过fastpath通道转发。作为一个示例，统计计算节点的流量信息具体包括：统计计算节点上承载的虚拟机南北向流量信息，如单位时间内虚拟机的虚拟端口发送到物理端口上数据包的个数及大小，并提取报文的元组信息，根据子网进行分组，计算该计算节点上每一组子网在单位时间内的跨网段数据流量，如子网1(10.10.10.10)网段流量访问子网2(30.30.30.30)网段的数据吞吐量T2，将每个子网在单位时间内吞吐量信息T2通过Neutron-agent上报给Neutron-server。
可选的，该监控策略还包括设置子网的吞吐量阈值T1，Neutron-server接收到从各个计算节点上的Neutron-agent发送过来的每个子网在单位时间内的跨网段数据流量，如网段10到网段30的吞吐量T3；Neutron-server根据设置的监控策略进行计算，并与用户设置的策略阈值T1对比，如果当某一个子网在单位时间内访问其他子网吞吐量大于T1，比如子网1(10.10.10.10)网段流量访问子网2(30.30.30.30)网段的在单位时间内数据吞吐量T3>T1，则认为子网1到子网2流量占据了超过阈值的带宽，Neutron-server将子网1到子网2的路由流表项设置为高优先级，如果设置了租户白名单，Neutron-server会根据租户白名单信息，将所有子网按照租户进行分组，将租户白名单的子网涉及的路由流表项设置为高优先级。如果设置了子网白名单，Neutron-server根据白名单子网信息，将白名单内子网涉及的路由流表项设置为高优先级。Neutron-server将高优先级的路由流表项通过Neutron-agent下发给相应计算节点上的虚拟交换机上。比如子网1访问子网2为高优先级，则将对应的路由表下发到计算节点1上。虚拟交换机接收到neutron下发的新流表，对高优先级的子网1到子网2的流表信息进行更新。流表更新后，网段10到网段30的通道切换到fastpath，即由节点1直接转发到节点3上。
通过上述一种利用动态路由优化openstack云网络的系统，既优化了openstack云网络在集中路由模式下网络节点的开销，又降低了在分布式路由模式下计算节点的流表规模，避免了每台机器都要维护全局的路由信息的缺点。
本实施例还提供了一种电子设备，其包括至少一个处理单元、以及至少一个存储单元，其中，存储单元存储有计算机程序，当计算机程序被处理单元执行时，使得处理单元执行上述方法的步骤。
本实施例还提供了一种计算机可读介质，其存储有可由电子设备执行的计算机程序，当所述计算机程序在电子设备上运行时，使得所述电子设备执行实施例中一种利用动态路由优化openstack云网络的方法的步骤。计算机可读介质的类型包括但不限于SD卡、U盘、固定硬盘、移动硬盘等存储介质。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种利用动态路由优化openstack云网络的方法，其特征在于，包括如下步骤：
Neutron-server下发监控策略给各个计算节点对应的虚拟交换机，所述监控策略包括定时统计计算节点的流量信息和fastpath白名单，所述fastpath白名单的网络互通通过fastpath通道转发；
虚拟交换机依据所述监控策略定时统计其对应的计算节点的流量信息并发送给Neutron-server；
Neutron-server接收各个计算节点上传的流量信息，依据上传的流量信息更新fastpath白名单，并依据fastpath白名单更新路由流表项设置，将更新后的路由流表项发送给虚拟交换机；
虚拟交换机依据更新后的路由流表项进行路由转发；
其中，计算节点的流量信息包括租户和子网吞吐量，fastpath白名单包括租户白名单和子网白名单，租户白名单的租户网络互通通过fastpath通道转发，子网白名单的子网网络互通通过fastpath通道转发。
2.如权利要求1所述的一种利用动态路由优化openstack云网络的方法，其中，统计计算节点的流量信息具体包括：统计单位时间内虚拟机的虚拟端口发送到物理端口上数据包的个数及大小，并提取报文的元组信息，计算该计算节点上每个子网在单位时间内的跨网段数据流量。
3.如权利要求2所述的一种利用动态路由优化openstack云网络的方法，其中，所述监控策略还包括设置子网的吞吐量阈值，Neutron-server判断每个子网在单位时间内的跨网段数据流量是否超过吞吐量阈值，依据判断结果设置租户白名单和子网白名单。
4.一种利用动态路由优化openstack云网络的系统，其特征在于，该系统包括网络节点和计算节点，所述网络节点用于设置Neutron-server，所述计算节点用于设置Neutron-agent、虚拟交换机和虚拟机，其中，
所述Neutron-server用于下发监控策略给各个计算节点对应的虚拟交换机，所述监控策略包括定时统计计算节点的流量信息和fastpath白名单，所述fastpath白名单的网络互通通过fastpath通道转发；接收各个计算节点上传的流量信息，依据上传的流量信息更新fastpath白名单，并依据fastpath白名单更新路由流表项设置，将更新后的路由流表项发送给虚拟交换机；
所述虚拟交换机用于依据所述监控策略定时统计其对应的计算节点的流量信息并发送给Neutron-server；依据更新后的路由流表项进行路由转发；
其中，计算节点的流量信息包括租户和子网吞吐量，fastpath白名单包括租户白名单和子网白名单，租户白名单的租户网络互通通过fastpath通道转发，子网白名单的子网网络互通通过fastpath通道转发。
5.如权利要求4所述的一种利用动态路由优化openstack云网络的系统，其中，统计计算节点的流量信息具体包括：统计单位时间内虚拟机的虚拟端口发送到物理端口上数据包的个数及大小，并提取报文的元组信息，计算该计算节点上每个子网在单位时间内的跨网段数据流量。
6.如权利要求5所述的一种利用动态路由优化openstack云网络的系统，其中，所述监控策略还包括设置子网的吞吐量阈值，Neutron-server判断每个子网在单位时间内的跨网段数据流量是否超过吞吐量阈值，依据判断结果设置租户白名单和子网白名单。
7.一种电子设备，其特征在于，包括至少一个处理单元、以及至少一个存储单元，其中，所述存储单元存储有计算机程序，当所述计算机程序被所述处理单元执行时，使得所述处理单元执行权利要求1～3任一项所述方法的步骤。
8.一种计算机可读介质，其特征在于，其存储有可由电子设备执行的计算机程序，当所述计算机程序在电子设备上运行时，使得所述电子设备执行权利要求1～3任一项所述方法的步骤。
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