CN112671669A - 一种基于OpenFlow虚拟化网络Qos的实现方法及系统 - Google Patents
一种基于OpenFlow虚拟化网络Qos的实现方法及系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于OpenFlow虚拟化网络Qos的实现方法及系统,属于私有云计算领域;所述的方法具体步骤包括:S1内网交换机将虚机出网流量引导到OpenFlow节点;S2流量经过Ingress口进入OpenFlow控制器;S3流表利用IP匹配通过设置的宽带对其进行限流;S4OpenFlow节点将内网和外网的流量相互转换;S6内网核心交换机把流量发送给目标虚机,实现Qos的流量控制;本发明基于OpenFlow技术针对私有云提出了一种Qos的通用实现方式,实现了通用的用户Qos流量限速,提高了带宽利用率以及管控的灵活性,实现了租户对于带宽的精细化管理,摆脱了第三方硬件防火墙实现Qos的依赖,极大的提升了私有云部署的效率。
Description
技术领域
本发明公开一种基于OpenFlow虚拟化网络Qos的实现方法及系统,涉及私有云计算技术领域。
背景技术
随着互联网技术的快速发展,各种新业务新协议也都相继出现,例如OSPF、BGP、NAT、MPLS、VPN、OpenFlow的等等。随着这些业务的逐步添加和不断更新,网络设备的压力也越来越大,变得越来越臃肿且难以继续提高,IP网络中的一些弊端也逐步显露出来,这使得IP网络的发展出现了瓶颈。然而当网络领域出现弊端和瓶颈时,计算机领域却实现了快速发展,且越来越完善。这是因为计算机领域采用了X86指令集和一个公用的硬件底层,在这一硬件基础上,操作系统和应用软件都得到了飞速发展。
在这种硬件和软件分开的模式思想下,对网络设备架构的重新设计也逐步成为热点研究课题,SDN正是这一研究的新型架构。在这种未来互联网体系结构中,底层的数据通路交换设备,包括交换机、路由器,都将变成“哑的,简单的,小巧的”,并定义一个能够控制流表的API,控制器则可以通过这些API和协议对交换机中的流表进行添加、删除和更改,从而控制整个网络的数据转发。在SDN中,开发人员就可以在控制器上自由的调用底层的API来编程,从而对网络数据转发或者拓扑等等进行控制。OpenFlow正是这一网络创新的产物,对它的各项研究都在如火如荼的进行着。
虚拟化网络的服务质量以及服务价格直接影响着云计算环境下的用户体验和产品质量,因此虚拟化网络下Qos的服务能力成为云计算系统中一个重要的基础性服务能力。随着数据、视频、游戏等多业务需求的与日俱增,用户对与服务产品的稳定性、可靠性、性价比等需求与日俱增,用户对带宽及网络应用服务质量提出了越来越高的要求。基于OpenFlow技术的Qos管理系统被认为是解决网络Qos路由问题最具有前瞻性的架构。采取OpenFlow技术将网络的控制面和数据层面进行分离,网络决策和状态逻辑集中,并从底层网络基础机构抽象出来,而这种分离使得网络运营商和管理员可以高效实用网络资源,轻松进行资源调配,并且摆脱了长期以来对于硬件设备厂商的以来,提高了传输速率、降低了硬件路由器的负载、并且使网络具有了更好的可扩展性。
这种新型的网络架构实现了可编程的网络控制管理模式,对现有网络的体系架构提出了革命性的改变。在SDN体系架构中,转发层是由通用的网络设备组成,可支持各种硬件或软件实现的交换设备,通过统一的OpenFlow标准协议接口与控制层上的SDN控制软件进行通信。应用层可以为用户提供种类丰富的新型业务和应用程序,控制层由服务器上的SDN控制软件通过软件的方式实现,为应用层应用程序提供统一的对流表操作的API接口;
故现在发明一种基于OpenFlow虚拟化网络Qos的实现方法及系统以解决上述问题。
发明内容
本发明针对现有技术的问题,提供一种基于OpenFlow虚拟化网络Qos的实现方法及系统,所采用的技术方案为:一种基于OpenFlow虚拟化网络Qos的实现方法,所述的方法具体步骤包括:
S1内网交换机将虚机出网流量引导到OpenFlow节点;
S2流量经过Ingress口进入OpenFlow控制器;
S3流表利用IP匹配通过设置的宽带对其进行限流;
S4OpenFlow节点将内网和外网的流量相互转换;
S6内网核心交换机把流量发送给目标虚机,实现Qos的流量控制。
所述S1内网交换机将虚机出网流量引导到OpenFlow节点的具体步骤包括:
S101 OpenFlow节点以keepalived双机热备的方式作为网络设备在现有网络进行部署;
S102通过ovsdb协议创建Qos桥br-qos,
S103将Qos桥br-qos关联到网络的控制节点。
所述S2OpenFlow节点通过流表实现Qos,流量统计,监控,从内网来的流量经过Ingress口进入OpenFlow控制器。
所述S4OpenFlow节点将内网和外网的流量相互转换的具体步骤包括:
S401OpenFlow节点将内网的IP通过NAT转换为公网IP;
S402将公网IP通过Egress口发送到核心外网交换机;
S403核心外网交换机将流量路由到出口的防火墙;
S411核心交换机将外网流入的流量路由到OpenFlow集群的Egress接口的内网IP;
S412OpenFlow流表将对其做Qos流量控制和NAT;
S413把公网IP转换为内网IP。
一种基于OpenFlow虚拟化网络Qos的实现系统,所述的系统包括引流模块、引导模块、限流模块、转换模块和控制模块:
引流模块:内网交换机将虚机出网流量引导到OpenFlow节点;
引导模块:流量经过Ingress口进入OpenFlow控制器;
限流模块:流表利用IP匹配通过设置的宽带对其进行限流;
转换模块:OpenFlow节点将内网和外网的流量相互转换;
控制模块:内网核心交换机把流量发送给目标虚机,实现Qos的流量控制。
所述引流模块具体包括部署模块、创建模块和关联模块:
部署模块:OpenFlow节点以keepalived双机热备的方式作为网络设备在现有网络进行部署;
创建模块:通过ovsdb协议创建Qos桥br-qos,
关联模块:将Qos桥br-qos关联到网络的控制节点。
所述引导模块OpenFlow节点通过流表实现Qos,流量统计,监控,从内网来的流量经过Ingress口进入OpenFlow控制器。
所述转换模块具体包括NAT模块、发送模块、路由模块、转流模块、处理模块和转化模块:
NAT模块:OpenFlow节点将内网的IP通过NAT转换为公网IP;
发送模块:将公网IP通过Egress口发送到核心外网交换机;
路由模块:核心外网交换机将流量路由到出口的防火墙;
转流模块:核心交换机将外网流入的流量路由到OpenFlow集群的Egress接口的内网IP;
处理模块:OpenFlow流表将对其做Qos流量控制和NAT;
转化模块:把公网IP转换为内网IP。
本发明的有益效果为:本发明基于OpenFlow技术针对私有云提出了一种Qos的通用实现方式,实现了通用的用户Qos流量限速,提高了带宽利用率以及管控的灵活性,实现了租户对于带宽的精细化管理,摆脱了第三方硬件防火墙实现Qos的依赖,极大的提升了私有云部署的效率;使用本发明基于OpenFlow的Qos技术,能够具有更加灵活的QoS策略管理能力,可以支持端口级别、IP地址级别、业务级别、Flow级别等等各种粒度的QoS限速;高效的私有云部署方式,降低对于硬件环境的依赖;一体化全分布式QoS实现架构,系统无性能瓶颈点,具有良好的扩展性和健壮性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明方法的流程图;图2是本发明系统的结构示意图;图3是OpenFlow流表及其组成的结构示意图;图4是本发明实施例方案的架构图。
具体实施方式
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。
使用OpenFlow作为控制层协议来实现Qos的流量管理功能,OVS或者OVS+DPDK可以作为基础软件,本专利主要针对OpenFlow做详细描述。
OpenFlow网络主要由OpenFlow交换机、FlowVisor和Controller三个部分组成。其中OpenFlow交换机由流表、安全通道和OpenFlow协议三个部分组成。
OpenFlow交换机主要进行数据层的转发,而其中的流表由头域、计数器和操作3个部分组成。FlowVisor负责对网络进行虚拟化;Controller控制器则是核心,负责对整个网络进行集中控制,实现控制层功能。
Open Flow控制器是一个集中型控制器,一个控制器可以管理一个区域类众多的交换设备,它通过底层交换设备开放的标准OpenFlow流表操作接口实现对与之连接的交换设备上的流表进行添加、更新和删除等操作,既主动或者被动地响应数据包,这样就实现对整个网络的集中控制。
在Open Flow网络中,底层交换机设备是网络的基础设施,只承担网络数据的转发工作。它是在安全通道上通过标准Open Flow协议封装的信令与远程的中心控制器进行通信。Open Flow交换机是由三个部分组成:流表(Flow Table)安全通道(Secure Channel)、开放流协议(OpenFlowProtocol),其体系结构如图3所示。在Openflow交换机中,当数据包进入交换机后,首先通过流表进行匹配,如果匹配则从对应的端口转发出去,如果都不能匹配则把数据包转发给控制器,由控制器决定数据的去向。
实施例一:
一种基于OpenFlow虚拟化网络Qos的实现方法,所述的方法具体步骤包括:
S1内网交换机将虚机出网流量引导到OpenFlow节点;
S2流量经过Ingress口进入OpenFlow控制器;
S3流表利用IP匹配通过设置的宽带对其进行限流;
S4OpenFlow节点将内网和外网的流量相互转换;
S6内网核心交换机把流量发送给目标虚机,实现Qos的流量控制;
在使用本发明方法实现网络Qos时,首先按照S1虚机出网流量经过内网核心交换机,内网交换机将出去的流量引导到OpenFlow节点,接着流量按照S2经过Ingress口进入OpenFlow控制器,然后流表按照S3匹配方式为IP匹配,当匹配到内网的IP地址,通过设置的带宽对其进行限流,OpenFlow节点再按照S4将内网和外网的流量相互转换,配置内网交换机来把出去的流量引导到OpenFlow集群,把外部进来的流量引导到OpenFlow集群,我们选择使用内部路由来引导流量,需要在内网交换机上配置策略路由来把流量引导到OpenFlow集群,最后内网核心交换机按照S6把流量发送给目标虚机,实现Qos的流量控制;
采用本发明方法基于OpenFlow的Qos的技术后,带来的好处有以下几点:
更加灵活的QoS策略管理能力,可以支持端口级别、IP地址级别、业务级别、Flow级别等等各种粒度的QoS限速。
高效的私有云部署方式,降低对于硬件环境的依赖。
一体化全分布式QoS实现架构,系统无性能瓶颈点,具有良好的扩展性和健壮性;
进一步的,所述S1内网交换机将虚机出网流量引导到OpenFlow节点的具体步骤包括:
S101 OpenFlow节点以keepalived双机热备的方式作为网络设备在现有网络进行部署;
S102通过ovsdb协议创建Qos桥br-qos,
S103将Qos桥br-qos关联到网络的控制节点;
进一步的,所述S2OpenFlow节点通过流表实现Qos,流量统计,监控,从内网来的流量经过Ingress口进入OpenFlow控制器;
再进一步的,所述S4OpenFlow节点将内网和外网的流量相互转换的具体步骤包括:
S401OpenFlow节点将内网的IP通过NAT转换为公网IP;
S402将公网IP通过Egress口发送到核心外网交换机;
S403核心外网交换机将流量路由到出口的防火墙;
S411核心交换机将外网流入的流量路由到OpenFlow集群的Egress接口的内网IP;
S412OpenFlow流表将对其做Qos流量控制和NAT;
S413把公网IP转换为内网IP。
配置内网交换机来把出去的流量引导到OpenFlow集群,把外部进来的流量引导到OpenFlow集群,我们选择使用内部路由来引导流量,需要在内网交换机上配置策略路由来把流量引导到OpenFlow集群;
OpenFlow集群有三个网络接口,一个是管理接口,一个是Ingress接口,一个是Egress接口;在物理网部署的情况下,为了提高可靠性,每一个接口做了bond,连接到两个交换机以增强高可用性;对于虚拟机部署,没有条件做bond,每个口都是使用虚拟网络的内网IP来连接到物理交换机;每个网口都是一个单独的vlan网段,都有自己的内网IP,物理交换机把源IP的流量路由到OpenFlow集群Ingress接口的内网IP;
OpenFlow集群有主备两台设备,只有OpenFlow集群主机接收该目标的流量;OpenFlow集群主机把来自虚机的流量做QoS、NAT,把内网IP转换成公网IP,然后从OpenFlow集群主机的Egress口发送给外网核心交换机,核心交换机再把该流量路由到出口的防火墙;
对于从外网进入的流量,核心交换机需要把流量先路由到OpenFlow集群的Egress接口的内网IP,OpenFlow集群的主设备将处理该流量,它会做QoS和NAT,把流量的目标外网IP转换成虚机的内网IP,然后通过OpenFlow集群主机的Ingress接口发送给核心交换机,核心交换机再把流量发送给目标虚机,完成整个流量的流转。
实施例二:
一种基于OpenFlow虚拟化网络Qos的实现系统,所述的系统包括引流模块、引导模块、限流模块、转换模块和控制模块:
引流模块:内网交换机将虚机出网流量引导到OpenFlow节点;
引导模块:流量经过Ingress口进入OpenFlow控制器;
限流模块:流表利用IP匹配通过设置的宽带对其进行限流;
转换模块:OpenFlow节点将内网和外网的流量相互转换;
控制模块:内网核心交换机把流量发送给目标虚机,实现Qos的流量控制;
在使用本发明方法实现网络Qos时,首先通过引流模块虚机出网流量经过内网核心交换机,内网交换机将出去的流量引导到OpenFlow节点,接着流量利用引导模块经过Ingress口进入OpenFlow控制器,然后流表通过限流模块匹配方式为IP匹配,当匹配到内网的IP地址,通过设置的带宽对其进行限流,OpenFlow节点再通过转换模块将内网和外网的流量相互转换,配置内网交换机来把出去的流量引导到OpenFlow集群,把外部进来的流量引导到OpenFlow集群,我们选择使用内部路由来引导流量,需要在内网交换机上配置策略路由来把流量引导到OpenFlow集群,最后内网核心交换机利用控制模块把流量发送给目标虚机,实现Qos的流量控制;
进一步的,所述引流模块具体包括部署模块、创建模块和关联模块:
部署模块:OpenFlow节点以keepalived双机热备的方式作为网络设备在现有网络进行部署;
创建模块:通过ovsdb协议创建Qos桥br-qos,
关联模块:将Qos桥br-qos关联到网络的控制节点;
进一步的,所述引导模块OpenFlow节点通过流表实现Qos,流量统计,监控,从内网来的流量经过Ingress口进入OpenFlow控制器。
再进一步的,所述转换模块具体包括NAT模块、发送模块、路由模块、转流模块、处理模块和转化模块:
NAT模块:OpenFlow节点将内网的IP通过NAT转换为公网IP;
发送模块:将公网IP通过Egress口发送到核心外网交换机;
路由模块:核心外网交换机将流量路由到出口的防火墙;
转流模块:核心交换机将外网流入的流量路由到OpenFlow集群的Egress接口的内网IP;
处理模块:OpenFlow流表将对其做Qos流量控制和NAT;
转化模块:把公网IP转换为内网IP。
最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (8)
1.一种基于OpenFlow虚拟化网络Qos的实现方法,其特征是所述的方法具体步骤包括:
S1内网交换机将虚机出网流量引导到OpenFlow节点;
S2流量经过Ingress口进入OpenFlow控制器;
S3流表利用IP匹配通过设置的宽带对其进行限流;
S4OpenFlow节点将内网和外网的流量相互转换;
S6内网核心交换机把流量发送给目标虚机,实现Qos的流量控制。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征是所述S1内网交换机将虚机出网流量引导到OpenFlow节点的具体步骤包括:
S101 OpenFlow节点以keepalived双机热备的方式作为网络设备在现有网络进行部署;
S102通过ovsdb协议创建Qos桥br-qos,
S103将Qos桥br-qos关联到网络的控制节点。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征是所述S2OpenFlow节点通过流表实现Qos,流量统计,监控,从内网来的流量经过Ingress口进入OpenFlow控制器。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征是所述S4OpenFlow节点将内网和外网的流量相互转换的具体步骤包括:
S401OpenFlow节点将内网的IP通过NAT转换为公网IP;
S402将公网IP通过Egress口发送到核心外网交换机;
S403核心外网交换机将流量路由到出口的防火墙;
S411核心交换机将外网流入的流量路由到OpenFlow集群的Egress接口的内网IP;
S412OpenFlow流表将对其做Qos流量控制和NAT;
S413把公网IP转换为内网IP。
5.一种基于OpenFlow虚拟化网络Qos的实现系统,其特征是所述的系统包括引流模块、引导模块、限流模块、转换模块和控制模块:
引流模块:内网交换机将虚机出网流量引导到OpenFlow节点;
引导模块:流量经过Ingress口进入OpenFlow控制器;
限流模块:流表利用IP匹配通过设置的宽带对其进行限流;
转换模块:OpenFlow节点将内网和外网的流量相互转换;
控制模块:内网核心交换机把流量发送给目标虚机,实现Qos的流量控制。
6.根据权利要求5所述的系统,其特征是所述引流模块具体包括部署模块、创建模块和关联模块:
部署模块:OpenFlow节点以keepalived双机热备的方式作为网络设备在现有网络进行部署;
创建模块:通过ovsdb协议创建Qos桥br-qos,
关联模块:将Qos桥br-qos关联到网络的控制节点。
7.根据权利要求6所述的系统,其特征是所述引导模块OpenFlow节点通过流表实现Qos,流量统计,监控,从内网来的流量经过Ingress口进入OpenFlow控制器。
8.根据权利要求7所述的系统,其特征是所述转换模块具体包括NAT模块、发送模块、路由模块、转流模块、处理模块和转化模块:
NAT模块:OpenFlow节点将内网的IP通过NAT转换为公网IP;
发送模块:将公网IP通过Egress口发送到核心外网交换机;
路由模块:核心外网交换机将流量路由到出口的防火墙;
转流模块:核心交换机将外网流入的流量路由到OpenFlow集群的Egress接口的内网IP;
处理模块:OpenFlow流表将对其做Qos流量控制和NAT;
转化模块:把公网IP转换为内网IP。
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