CN112042170A - 用于虚拟机的节点上dhcp实现 - Google Patents

Abstract

DHCP服务器实现包括从在服务器节点上执行的虚拟机向在服务器节点上执行的节点代理发送DHCP分组，基于DHCP分组和服务器节点的本地存储器中先前存储的DHCP信息由节点代理生成DHCP响应分组，然后从节点代理向虚拟机发送DHCP响应分组。由虚拟机发送的DHCP分组和DHCP响应分组均没有被发送到服务器节点之外。

Description

用于虚拟机的节点上DHCP实现

背景技术

联网的计算设备通过发送控制协议/互联网协议(TCP/IP)彼此通信。联网设备必须与网络地址(例如，IP地址)相关联，以便通过TCP/IP网络与其他联网设备通信。动态主机配置协议(DHCP)是一种用于为联网设备动态地分配网络地址和其他配置参数的网络管理协议。通常，DHCP服务器从联网设备接收DHCP请求，并且向请求设备分配IP地址和配置参数。

分布式计算网络可以包括若干硬件服务器，每个硬件服务器需要专用的IP地址。硬件服务器可以托管一个或多个虚拟机，每个虚拟机还需要专用的IP地址才能与其他网络组件独立通信。按照惯例，IP地址由集中式DHCP服务器分配给硬件服务器及其虚拟机。集中式DHCP服务器可以通过与硬件服务器连接的物理网络进行访问。

集中式DHCP服务器可能提出可靠性、可扩展性和可调试性方面的挑战。如果集中式DHCP服务器发生故障或以其他方式不可用，则由该DHCP服务器服务的所有硬件服务器和虚拟机都会受到影响。随着服务器群集大小的增加和虚拟机密度的增加，单个DHCP服务器可能很快就被DHCP业务及其对应处理要求而压倒。而且，DHCP发现和DHCP请求分组需要物理网络中的广播功能，这使物理网络配置(例如，经常需要DHCP中继)和DHCP信道的端到端调试变得很复杂。

期望有能够解决一个或多个前述问题的DHCP实现。

附图说明

图1示出了根据一些实施例的用于虚拟机的节点上DHCP实现。

图2是根据一些实施例的用于提供节点上DHCP响应的过程的流程图。

图3示出了根据一些实施例的用于虚拟机的节点上DHCP实现。

图4是根据一些实施例的用于提供节点上DHCP响应的过程的流程图。

图5示出了根据一些实施例的动态域名服务器支持。

图6示出了根据一些实施例的提供节点上DHCP实现的多个服务器节点。

图7示出了根据一些实施例的用于提供按需服务和节点上DHCP实现的架构。

具体实施方式

提供以下描述以使得本领域任何技术人员能够制造和使用所描述的实施例。然而，各种修改对于本领域技术人员而言仍然是很清楚的。

一些实施例提供了对由分布式环境中的集中式DHCP服务器实现引起的上述技术问题的技术解决方案。根据一些实施例的技术特征包括：在网络节点上高速缓存预定联网状态；在第2层路由之前，拦截由节点上托管的虚拟机发送的DHCP分组；基于高速缓存的联网状态生成对DHCP分组的DHCP响应；以及向虚拟机提供DHCP响应。

通过实现对托管虚拟机的节点上的虚拟机的DHCP支持，可以分配总体DHCP负载，并且可以提高可伸缩性。一些实施例可以通过缩短DHCP通信信道并且移除对物理网络和广播支持的依赖性来提高DHCP支持的可靠性以及对DHCP故障进行故障排除的能力。

图1示出了根据一些实施例的用于虚拟机的节点上DHCP实现。简而言之，在服务器节点110上分配虚拟机112期间或之后，服务器节点110的节点代理116从控制器120接收DHCP响应相关信息。DHCP响应相关信息可以包括指定在服务器节点110上执行的虚拟机112的期望联网配置的信息。

虚拟机112发出DHCP发现和请求分组，这是众所周知的，以便经由DHCP获取IP地址。这些分组被虚拟机交换机114拦截，并且节点代理116基于从控制器120接收的DHCP响应相关信息来生成适当的DHCP提供/确认分组。所生成的DHCP提供/确认分组通过虚拟机交换机114被重新注入回虚拟机112。

服务器节点110可以包括传统的独立计算设备、安装在若干服务器刀片的机架中的服务器刀片、或者提供联网、计算和存储资源的任何其他硬件集合。节点110执行主机操作系统，该主机操作系统支持一个或多个虚拟机的执行。一个或多个虚拟机可以访问和使用服务器节点110的联网、计算和存储资源的已分配部分。因此，虚拟机112是服务器节点110的联网、计算和存储资源的抽象。虚拟机112可以执行其自己的操作系统，一个或多个应用可以在该操作系统上执行。

虚拟机交换机114提供虚拟机112(和在服务器节点110上执行的任何其他虚拟机)与不同子网上的外部网络之间的连接。虚拟机交换机114可以包括服务器节点110的主机操作系统的基于软件的第2层以太网网络交换机组件。虚拟机交换机114可以支持用于提供可扩展功能的标注驱动，如下所述。节点代理116也可以是服务器节点110的主机操作系统的组件。

控制器120可以管理一个或多个节点的节点集群中的所有虚拟机和节点。因此，控制器120可以为诸如节点110等多个节点中的每个节点上托管的多个虚拟机提供DHCP响应相关信息。控制器120可以与网络设备、服务和组件通信以发现网络设备，检测服务配置，并且将配置信息发送到网络。控制器120可以提供到管理应用的接口，以允许用户在网络内配置、监测、故障排除和部署设备。

图2包括根据一些实施例的用于提供节点上DHCP实现的过程200的流程图。在一些实施例中，服务器节点的处理单元(例如，一个或多个处理器、处理核心、处理器线程)执行软件程序代码以使节点执行过程200。本文中提到的过程200和所有其他过程可以体现在从一种或多种非暂态计算机可读介质(诸如软盘、CD-ROM、DVD-ROM、闪存驱动器和磁带)读取的处理器可执行程序代码中，并且然后以压缩、未编译和/或加密格式存储。在一些实施例中，可以使用硬连线电路系统代替程序代码或与程序代码结合使用以实现根据一些实施例的过程。因此，实施例不限于硬件和软件的任何特定组合。

最初，在S210处，从节点控制器向节点发送DHCP信息。参考图1，控制器120可以向服务器节点110的节点代理116发送DHCP响应相关信息。DHCP响应相关信息可以在服务器节点110上的虚拟机112的分配期间生成，并且可以在服务器节点110上的虚拟机112的分配期间或之后发送。根据一些实施例，DHCP响应相关信息经由控制器120与节点代理116之间建立的专用通信信道来发送。节点代理116将所接收的信息高速缓存在位于服务器节点110上的文件系统内。

DHCP响应相关信息指定与虚拟机112相关联的联网配置。该信息可以包括基于其可以生成DHCP响应分组的信息，例如虚拟机112的媒体访问控制(MAC)地址、虚拟机112的IP地址、DHCP服务器IP地址、默认网关的IP地址、子网掩码、域名服务服务器设置、域名和路由。根据一些实施例，所发送的DHCP响应相关信息包括二进制格式的DHCP响应分组。DHCP响应相关信息中可以包括任何其他信息，诸如但不限于接口类型、虚拟网络信息(例如，虚拟机112的IP地址和虚拟地址空间中的子网掩码)、和网络访问控制列表。

接下来，在S220处，位于节点上的虚拟机交换机从在节点上执行的虚拟机接收DHCP请求分组。例如，节点110的虚拟机112包括虚拟网络接口控制器(NIC)，NIC通过交换机端口连接到虚拟机交换机114。虚拟机112可以发出DHCP发现分组以便发起DHCP会话，并且虚拟机交换机114在S220处接收分组。

在S220之前，并且根据一些实施例，节点代理116向虚拟机交换机114注册针对DHCP发现和请求分组的拦截处置器(handler)。虚拟机交换机114在接收到DHCP发现或请求分组时调用该拦截处置器。在一些实施例中，虚拟机交换机114提供过滤引擎，该过滤引擎支持标注内核模式驱动(诸如拦截处置器)的注册。因此，虚拟机交换机114的过滤引擎响应于在S220处接收到DHCP发现分组而调用拦截处置器，导致在S230处向节点代理116的拦截处置器发送分组。

在S240处，节点代理116生成对DHCP发现分组的适当的DHCP响应。该响应基于在S210处从控制器120接收的DHCP响应相关信息。在本示例中，对DHCP发现分组的响应是DHCP提供分组，并且包括MAC地址、所提供的IP地址、子网掩码、租用期限、和DHCP服务器的IP地址。如上所述，所有这些信息先前已经在S210处从控制器120接收，并且在节点110上可用。因此，节点代理116具有生成DHCP响应所需要的所有信息。

借助于回调机制，在S250处，从节点代理116向虚拟机交换机114发送所生成的DHCP提供分组。然后，在S260处，使用普通的TCP/IP路由协议将该重新注入的分组发送回虚拟机112。可以针对从虚拟机112传送的后续DHCP请求分组和由节点代理116生成的对应DHCP确认分组重复S230至S260，以便完成DHCP会话。因此，可以支持完整的DHCP会话，而无需要求任何DHCP分组到节点110外部的第2层转发。

在一些实施例中，响应于对网络配置的每次改变，控制器120向节点110发送DHCP信息。

图3示出了根据一些实施例的用于虚拟机的节点上DHCP实现。系统300可以包括图1的系统100的实现。如以上关于系统100所述，节点代理317接收由虚拟机交换机315拦截的分组，基于从控制器320接收的DHCP响应相关信息来生成适当的DHCP提供/确认分组，并且将DHCP提供/确认分组重新注入回虚拟机交换机314。

系统300的节点310托管与虚拟网络相关联的虚拟机311和不与虚拟网络相关联的虚拟机312。更具体地，虚拟机311与虚拟IP地址空间相关联，该虚拟IP地址空间独立于节点310连接到的物理网络的IP地址空间。虚拟IP地址空间在虚拟机311的配置内定义。

图3还描绘了分别与虚拟机311和虚拟机312相关联并且连接到虚拟机交换机315的相应端口的虚拟NIC 313和314。虚拟机交换机315包括可以如上所述操作的过滤引擎316。

图4包括根据一些实施例的过程400的流程图。将关于系统300描述过程400，但是实施例不限于此。

如以上关于S210所述，在S405处，从节点控制器向节点发送DHCP信息。参考图4，控制器320可以向节点310的节点代理317发送DHCP响应相关信息。DHCP响应相关信息可以为节点310上托管的每个虚拟机指定联网配置。

在S410处，位于节点上的虚拟机交换机从节点上托管的虚拟机接收网络分组。例如，虚拟机交换机315可以从与虚拟机311相关联的虚拟NIC 313接收网络分组。在S415处，虚拟机交换机315确定所接收的网络分组是否为DHCP发现或请求分组。该确定可以基于向过滤引擎316注册的回调，该回调将在这样的分组的接收时被唤起(invoke)。如果所接收的网络分组不是DHCP发现或请求分组，则在S420处，虚拟机交换机315经由节点310的物理NIC将分组转发到物理网络。

如果在S415处确定网络分组是DHCP分组，则流程进行到S425。在S425处，确定分组是否与虚拟网络相关联。例如，过滤引擎316可以确定分组是从与虚拟网络相关联的虚拟NIC 313被接收的。在这种情况下，在S430处，过滤引擎316调用节点代理317的虚拟网络拦截处置器318。

在所示的实施例中，节点代理317包括用于处置所拦截的从与虚拟网络相关联的虚拟机发出的DHCP分组的虚拟网络拦截处置器318、以及用于处置所拦截的从不与虚拟网络相关联的虚拟机发出的DHCP分组的拦截处置器319。在S435处，虚拟网络拦截处置器318将网络分组从其虚拟网络地址空间转换到物理网络地址空间。可以将用于执行该转换的映射或其他信息包括在在S405处从控制器320接收的信息中。

在S440处，DHCP响应器330生成对地址转换后的DHCP分组的适当的DHCP响应。该响应是基于在S405处从控制器320接收的DHCP响应相关信息而生成的，并且反映物理网络的IP地址空间。然后，在S445处，虚拟网络拦截处置器318将所生成的DHCP响应从物理网络地址空间转换到虚拟网络地址空间。

在S460处，基于原始回调，从节点代理317向虚拟机交换机315发送DHCP响应分组。然后，在S465处，使用正常的TCP/IP路由协议将该重新注入的分组在虚拟地址空间中发送回虚拟机311。

如果在S425处确定分组不与虚拟网络相关联(例如，分组是从虚拟机312的虚拟NIC 314接收的)，则在S450处过滤引擎316调用节点代理317的拦截处置器319。处置器319不执行地址转换，并且DHCP响应器330在S450处基于从控制器320接收的DHCP响应相关信息来生成对未转换的DHCP分组的适当的DHCP响应。然后，流程如上所述继续进行460和465以将DHCP响应返回虚拟机312。

图5示出了根据一些实施例的支持动态DNS(DDNS)注册的架构500。通常，DDNS注册信息经由同步请求被提供给节点控制器，该同步请求由控制器定期调用(例如，每10秒)。然后，控制器利用最新的DDNS映射更新DNS服务器。

更具体地，位于节点上的虚拟机发送包括DDNS主机名的DHCP请求分组。如上所述，节点代理510拦截分组并且将其转发给DHCP响应器512。由于分组包括DDNS注册信息，所以DHCP响应器512调用DDNS注册高速缓存514以高速缓存DDNS注册信息。DDNS注册高速缓存514异步地执行后台线程以将DDNS注册信息持久化到磁盘530，而不会阻止如上所述的DHCP响应器512重新注入DHCP响应。每当节点代理510重新启动时，DDNS注册高速缓存514将从磁盘530加载持久化的DDNS注册信息。

控制器520的节点代理客户端522周期性地调用同步例程(例如，经由GetStateRequest API)，并且节点代理510的DDNS注册高速缓存514用DDNS注册信息和DHCP状态进行响应。节点代理客户端522将DDNS注册信息存储到DDNS注册监测器524中。DDNS注册监测器524基于该事件而唤醒，并且在网络分配数据模型526中创建DDNS编程任务。DDNS注册监测器524使节点代理客户端522免于必须写入事务。根据替代实施例，节点代理510将DDNS注册信息发布到PubSub，并且控制器520(或DNS服务器)向其订阅。

图6示出了根据一些实施例的实现节点上DHCP支持的网络基础设施600。网络基础设施600包括服务器节点610、612和614，每个服务器节点可以执行多个虚拟机。每个虚拟机可以被配置为利用专用数量的RAM、磁盘空间或其他存储、以及其托管节点的处理资源。

节点610、612和614可以是传统的独立计算设备和/或很多刀片服务器的机架中的个体刀片。节点610、612和614中的每个包括管理与外部物理网络的通信的NIC。每个节点上的一个或多个节点处理器执行支持多个虚拟机的主机操作系统。尽管每个节点的虚拟机交换机被单独地示出，但是主机操作系统可以包括虚拟机交换机和节点代理以按照本文所述进行操作。如上所述，控制器620可以向节点610、612和614中的每个节点上的节点代理提供DHCP响应相关信息。

每个虚拟机可以执行其自己的操作系统，该操作系统可以与在任何其他虚拟机上执行的操作系统相同或不同。每个虚拟机可以在其操作系统上运行一个或多个应用。节点610、612和614中的每个还包括可以由节点处理器和虚拟机访问和使用的存储装置(例如，硬盘驱动器)和存储器(例如，RAM)。在其他架构中，一些节点可以专用于存储，而其他节点则专用于执行虚拟机。

根据一些实施例，节点610、612和614属于单个集群。将节点分组到集群中可以允许经由负载平衡器共享工作负荷，经由诸如控制器620等控制器实现单点操作/管理，和/或提供用于扩展以满足增加的需求的路径。路由器和/或网络交换机可以支持节点610、612和614之间以及基础设施600与外部资源和用户之间的数据业务。

图7示出了包括数据中心710的架构700。在一些实施例中，数据中心710可以向客户提供“云计算”服务。数据中心710包括服务器集群715、716和717。每个服务器集群715、716和717的一个或多个节点可以提供如本文所述的节点上DHRP支持。每个集群由专用控制器712、713或714控制，每个控制器又由数据中心管理器711管理。

根据一些实施例，客户计算系统720从位于公共云740中的资源服务提供方730请求资源。请求可以指定数据中心资源和架构，并且可以包括任何特定级别的配置信息。基于请求，资源服务提供方730向数据中心710发送服务配置信息。

数据中心710基于配置信息来配置其资源以提供所请求的资源。例如，数据中心管理器711可以向控制器712、713和714发送信息，以实例化集群715、716和/或717内具有各种特性(包括但不限于虚拟网络地址空间)的多个虚拟机。

数据中心710的元素可以被分布和/或镜像到多个位置以提供冗余和灾难恢复。例如，数据中心可以将一个节点上的一个虚拟机指定为应用的主要位置，并且将同一或不同节点上的第二虚拟机指定为备用或备份，以防主虚拟机或节点发生故障。数据中心管理器711可以自动将传入的用户请求从主虚拟机转移到备份虚拟机，而无需干预。

本文中描述的每个功能组件可以在计算机硬件(集成电路和/或分立电路组件)、程序代码中和/或在执行这样的程序代码的一个或多个计算系统中实现，如本领域已知的。这样的计算系统可以包括执行存储器系统中存储的处理器可执行程序代码的一个或多个处理单元。

上述图表示根据一些实施例的用于描述过程的逻辑架构，并且实际的实现可以包括以其他方式布置的更多或不同的组件。其他拓扑可以与其他实施例相结合使用。此外，本文中描述的每个组件或设备可以由经由任何数目的其他公共和/或私有网络进行通信的任何数目的设备来实现。两个或更多个这样的计算设备可以彼此远离放置，并且可以经由任何已知的网络方式和/或专用连接彼此通信。每个组件或设备可以包括适合于提供本文中描述的功能以及任何其他功能的任何数目的硬件和/或软件元件。

本文中描述的实施例仅出于说明的目的。本领域技术人员将认识到，可以通过对上述实施例进行修改和替换来实践其他实施例。

Claims (15)

1.一种服务器节点，包括：

一个或多个处理器，执行主机操作系统，所述主机操作系统托管一个或多个虚拟机并且包括节点代理；以及

存储器，

其中所述服务器节点能够操作以：

从所述一个或多个虚拟机中的虚拟机发送动态主机控制协议分组；

在所述节点代理处接收所述动态主机控制协议分组；

基于所述动态主机控制协议分组和被存储在所述存储器中的动态主机控制协议信息，由所述节点代理生成动态主机控制协议响应分组；以及

从所述节点代理向所述虚拟机发送所述动态主机控制协议响应分组。

2.根据权利要求1所述的服务器节点，所述主机操作系统包括虚拟机交换机，并且所述服务器节点能够操作以：

在所述虚拟机交换机处从所述虚拟机接收所述动态主机控制协议分组；以及

从所述虚拟机交换机向所述节点代理发送所述动态主机控制协议分组，

其中所述动态主机控制协议响应分组从所述节点代理向所述虚拟机的发送包括：

所述动态主机控制协议响应分组从所述节点代理向所述虚拟机交换机的发送；以及

所述动态主机控制协议响应分组从所述虚拟机交换机向所述虚拟机的发送。

3.根据权利要求2所述的服务器节点，所述服务器节点还能够操作以：

响应于在所述虚拟机交换机处的所述动态主机控制协议分组的接收，标识所述节点代理的处置器，所述处置器向所述虚拟机交换机注册并且与所述动态主机控制协议分组相关联，以及调用所述处置器以从所述虚拟机交换机向所述节点代理发送所述动态主机控制协议分组。

4.根据权利要求1所述的服务器节点，所述服务器节点能够操作以：

由所述节点代理从在控制器节点上执行的控制器接收所述动态主机控制协议信息；以及

将所述动态主机控制协议信息存储在所述存储器中。

5.根据权利要求1所述的服务器节点，其中所述动态主机控制协议信息包括：所述虚拟机的媒体访问控制地址、所提供的互联网协议地址、子网掩码、和动态主机控制协议服务器互联网协议地址。

6.根据权利要求1所述的服务器节点，其中所述动态主机控制协议分组包括动态主机控制协议发现分组，并且所述动态主机控制协议响应分组包括动态主机控制协议提供分组，所述服务器节点还能够操作以：

从所述虚拟机发送动态主机控制协议请求分组；

在所述节点代理处接收所述动态主机控制协议请求分组；

基于所述动态主机控制协议请求分组，由所述节点代理生成动态主机控制协议确认分组；以及

从所述节点代理向所述虚拟机发送所述动态主机控制协议确认分组。

7.根据权利要求6所述的服务器节点，其中所述动态主机控制协议发现分组、所述动态主机控制协议提供分组、所述动态主机控制协议请求分组、和所述动态主机控制协议确认分组均没有被发送到所述服务器节点之外。

8.根据权利要求1所述的服务器节点，

其中由所述节点代理生成所述动态主机控制协议响应分组包括：

将所述动态主机控制协议分组的互联网协议地址从虚拟网络地址空间转换到物理网络地址空间；以及

将所述动态主机控制协议响应分组的互联网协议地址从所述物理网络地址空间转换到所述虚拟网络地址空间。

9.一种装置，包括：

存储器，存储处理器可执行处理步骤和动态主机控制协议信息，

一个或多个处理器，执行所述处理器可执行处理步骤以使所述装置：

执行虚拟机以发送动态主机控制协议发现分组；

执行节点代理以接收所述动态主机控制协议发现分组，以基于所述动态主机控制协议发现分组和被存储在所述存储器中的所述动态主机控制协议信息，生成动态主机控制协议提供分组，以及以从所述节点代理向所述虚拟机发送所述动态主机控制协议提供分组。

10.根据权利要求9所述的装置，所述一个或多个处理器执行所述处理器可执行处理步骤以使所述装置：

执行虚拟机交换机以从所述虚拟机接收所述动态主机控制协议发现分组，以响应于所述动态主机控制协议发现分组的接收，标识所述节点代理的处置器，所述处置器向所述虚拟机交换机注册并且与所述动态主机控制协议发现分组相关联，以及以调用所述处置器以向所述节点代理发送所述动态主机控制协议发现分组。

11.根据权利要求9所述的装置，所述一个或多个处理器执行所述处理器可执行处理步骤以使所述装置执行所述节点代理以：

从在控制器系统上执行的控制器接收所述动态主机控制协议信息，以及以将所述动态主机控制协议信息存储在所述存储器中，

其中所述动态主机控制协议信息包括：所述虚拟机的媒体访问控制地址、所提供的互联网协议地址、子网掩码、和动态主机控制协议服务器互联网协议地址。

12.根据权利要求9所述的装置，其中所述动态主机控制协议发现分组或所述动态主机控制协议提供分组均没有被发送到所述装置之外。

13.一种方法，包括：

从在服务器节点的主机操作系统上执行的虚拟机发送动态主机控制协议分组；

在所述主机操作系统的节点代理处接收所述动态主机控制协议分组；

基于所述动态主机控制协议分组和被存储在所述服务器节点的本地存储器中的动态主机控制协议信息，由所述节点代理生成动态主机控制协议响应分组；以及

从所述节点代理向所述虚拟机发送所述动态主机控制协议响应分组。

14.根据权利要求13所述的方法，还包括：

在所述主机操作系统的虚拟机交换机(114)处从所述虚拟机接收所述动态主机控制协议分组；以及

从所述虚拟机交换机向所述节点代理发送所述动态主机控制协议分组，其中

响应于所述动态主机控制协议分组的接收，所述虚拟机交换机标识所述节点代理的处置器，所述处置器向所述虚拟机交换机注册并且与所述动态主机控制协议分组相关联，以及调用所述处置器以从所述虚拟机交换机向所述节点代理发送所述动态主机控制协议分组。

15.根据权利要求13所述的方法，其中所述动态主机控制协议发现分组或所述动态主机控制协议提供分组均没有被发送到所述服务器节点之外。

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