CN113162677B

CN113162677B - 一种实物设备与虚拟网络仿真平台的通信方法及装置

Info

Publication number: CN113162677B
Application number: CN202110346619.8A
Authority: CN
Inventors: 马兴睿; 刘江; 黄韬; 张晓蕊
Original assignee: Network Communication and Security Zijinshan Laboratory
Current assignee: Network Communication and Security Zijinshan Laboratory
Priority date: 2021-03-31
Filing date: 2021-03-31
Publication date: 2023-04-07
Anticipated expiration: 2041-03-31
Also published as: CN113162677A

Abstract

本发明公开了一种实物设备与虚拟网络仿真平台的通信方法及装置，其中，通信方法包括：实物设备通过交换机与通用服务器上的虚拟交换机通信连接；在虚拟节点的端口上创建成对的虚拟端口；其中，所述虚拟节点置于所述通用服务器内；设置所述虚拟节点与实物设备之间的端口对应关系；所述实物设备与虚拟网络仿真平台根据所述端口对应关系通信连接；该通信方法使得仿真平台中进出需要替换虚拟节点的数据流就被无条件的从相应端口引入实物设备上，实现了实物设备与仿真平台通信的功能。

Description

一种实物设备与虚拟网络仿真平台的通信方法及装置

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种实物设备与虚拟网络仿真平台的通信方法及装置。

背景技术

随着卫星通信技术的飞速发展，空间卫星网络逐步替代了早期的“弯管式”通信，且卫星网络中涌现了大量新技术，迫切需要进行大规模的测试、部署和试验验证，若把试验卫星发射到太空中进行验证，周期长、成本高，且会影响现有的卫星网络系统的正常运行。基于虚拟化技术的网络仿真方法可为业务应用的高逼真度、仿真网络构建的灵活性、仿真链路的高吞吐量以及高扩展性提供支撑。从目前的卫星网络仿真系统研究成果来看，基于NFV的卫星网络仿真技术使得对高低轨卫星节点、地面站节点以及链路时延、带宽、误码、通断等特性进行高逼真的仿真模拟成为可能，并成为未来卫星网络仿真系统发展的一大趋势。

因此，有必要建立具有高逼真、高吞吐量、高灵活性、高实时性的空间卫星网络仿真平台，在卫星真正部署之前先进行地面验证。目前国内外均有对卫星仿真测试床的相关研究，如荷兰应用科学组织(TNO)的卫星测试床研究、中科院“天智协议栈”项目组打造的天智网络测试床等。但目前实物设备接入虚拟网络仿真平台方案协议耦合性较大，配置扩展不灵活。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种能够使得实物设备接入虚拟网络仿真平台的过程中配置扩展灵活的技术方案。

为了实现上述目的，本发明一方面提供一种实物设备与虚拟网络仿真平台的通信方法，包括：

实物设备通过交换机与通用服务器上的虚拟交换机通信连接；

在虚拟节点的端口上创建成对的虚拟端口；其中，所述虚拟节点置于所述通用服务器内；

设置所述虚拟节点与实物设备之间的端口对应关系；

所述实物设备与虚拟网络仿真平台根据所述端口对应关系通信连接。

作为一种可选的技术通信方法，所述实物设备通过交换机与通用服务器上的虚拟交换机连接，进一步包括：

实物设备端口与交换机端口连接，建立连接端口；

所述连接端口在通用服务器的虚拟交换机上创建相应的网络接口；

在所述交换机端口与所述网络接口之间创建隧道。

作为一种可选的技术通信方法，所述实物设备与虚拟网络仿真平台根据所述端口对应关系通信连接，进一步包括：

根据所述端口对应关系，在所述虚拟节点与所述实物设备的对应虚拟端口之间建立直连通信链路；

配置所述成对的虚拟端口间之间的直连规则；

实物设备根据所述直连规则与所述虚拟节点之间通信连接。

作为一种可选的技术通信方法，所述虚拟节点采用容器技术进行封装。

作为一种可选的技术通信方法，所述隧道包括但不限于vxlan隧道。

作为一种可选的技术通信方法，所述直连通信链路包括但不限于veth-pair。

第二方面，本发明还提供一种实物设备与虚拟网络仿真平台的通信装置，包括：

第一通信连接单元，用于实物设备通过交换机与通用服务器上的虚拟交换机通信连接；

虚拟端口创建单元，用于在虚拟节点的端口上创建成对的虚拟端口；其中，所述虚拟节点置于所述通用服务器内；

设置单元，用于设置所述虚拟节点与实物设备之间的端口对应关系；

第二通信连接单元，用于所述实物设备与虚拟网络仿真平台根据所述端口对应关系通信连接。

作为一种可选的技术通信装置，所述第一通信连接单元进一步包括：

连接端口建立模块，用于实物设备端口与交换机端口连接，建立连接端口；

网络接口创建模块，用于所述连接端口在通用服务器虚拟交换机上创建相应的网络接口；

隧道创建模块，用于在所述交换机端口与所述网络接口之间创建隧道。

作为一种可选的技术通信装置，所述第二通信连接单元进一步包括：

直连通信链路建立模块，用于根据所述端口对应关系，在所述虚拟节点与所述实物设备的对应虚拟端口之间建立直连通信链路；

配置模块，用于配置所述成对的虚拟端口间之间的直连规则；

通信模块，用于实物设备根据所述直连规则与所述虚拟节点之间通信连接。

作为一种可选的技术通信装置，所述虚拟节点采用容器技术进行封装。

在上述通信装置中，可选的，所述虚拟网络仿真平台包括：

卫星网络建模模块，用于建立卫星网络模型；

虚拟网络生成模块，用于生成虚拟网络设备，并在虚拟网络设备上配置虚拟端口；

网络特性仿真模块，用于配置虚拟网络的网络特性；

实物接入管理模块，用于管理接入该虚拟网络仿真平台的实物设备。

第三方面，本发明还体用一种通信系统，包括上述的一种实物设备与虚拟网络仿真平台的通信装置。

本发明相对于现有技术的有益效果是：本发明中实物设备通过交换机和虚拟仿真平台的服务器进行连接，虚拟节点网络通过虚拟交换机通过通用服务器的物理网口连接到交换机上，这样，仿真平台中进出需要替换虚拟节点的数据流就被无条件的从相应端口引入实物设备上，实现了实物设备替换虚拟节点的功能；另外，通过在配置管理软件上灵活选择替换虚拟节点，无需改动实物设备的连接关系就可以实现实物设备灵活替换虚拟网络中任意虚拟节点，同时通过删除实物接入后增加的配置规则即可实现实物接入的灵活退出，无需额外操作。

附图说明

图1是本发明一实施例提供的一种虚拟网络仿真平台的系统结构图；

图2是本发明一实施例提供的一种虚拟网络仿真平台的结构图；

图3是本发明一实施例提供的一种实物设备与虚拟网络仿真平台的通信方法流程图；

图4是本发明一实施例提供的一种实物接入虚拟网络仿真平台结构图；

图5是本发明一实施例提供的一种实物设备与虚拟网络仿真平台的通信装置结构图；

图6是本发明一实施例提供的第一通信连接单元的结构图；

图7是本发明一实施例提供的第二通信连接单元的结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参照图1，本实施例提供一种基于容器技术的实物接入虚拟网络仿真平台的系统，该仿真验证平台由管控软件创建生成基于容器封装的虚拟网络仿真模型，该仿真模型由虚拟设备节点(D1～D6)及虚拟端口之间直连链路共同完成虚拟网络的创建。

参照图2，该虚拟网络仿真平台包括卫星网络建模模块301，该模块用于建立卫星网络模型；

虚拟网络生成模块302，用于生成虚拟网络设备，并在虚拟网络设备上配置虚拟端口

网络特性仿真模块303，用于配置虚拟网络的网络特性；具体的通过该模块加载定制化的路由协议，配置虚拟端口的带宽、时延等网络参数，从而完成虚拟网络的仿真；

实物接入管理模块304，用于管理接入该虚拟网络仿真平台的实物设备。

参照图3，本实施例提供一种实物设备与虚拟网络仿真平台的通信方法，具体步骤如下：

S10：实物设备通过交换机与通用服务器上的虚拟交换机通信连接；步骤S10具体包括以下步骤：

S101：实物设备端口与交换机端口连接，建立连接端口；

具体的，参照图4，实物设备(例如卫星)的端口首先连接到SDN交换机，并建立相应的连接端口，在本实施例中，连接端口包括eth1、eth2、eth3。

S102：所述连接端口在通用服务器虚拟交换机上创建相应的网络接口；

具体的，在本实施例中，网络接口为eth1-1、eth2-1、eth3-1。

S103：在所述交换机端口与所述网络接口之间创建隧道；

在此需要说明的是，该隧道的作用是保证实物设备端口与交换机端口实现直连，包括但不限于vxlan隧道，其他的例如vlan等等。

S20：在虚拟节点的端口上创建成对的虚拟端口；

在本实施例中，以D1为例，虚拟节点D1相应的端口成对创建虚拟端口(veth1<-->veth1-1/veth2<-->veth2-1/veth3<-->veth3-1)。

另外需要说明的是，本实施例中的虚拟节点都是通过容器技术进行封装过的，同时需要说明的是，本实施例中的容器包括但不限于Docker，通过容器技术将虚拟节点进行封装，使得虚拟节点具有轻量化的优点，在性能和占用空间方面的开销更小，而且容器通过消除跨服务依赖性和冲突来提高开发人员的生产力。每个容器都可以被看作是一个不同的微服务，因此可以独立升级，而不需要考虑它们的同步。

另外，容器的每个镜像都可以进行版本控制，因此可以跟踪不同版本的容器，注意版本之间的差异等。

最重要的是，容器封装了虚拟节点所必需的所有相关细节，这有助于简化容器镜像从一个环境到另一个环境的可移植性。

S30：设置所述虚拟节点与实物设备之间的端口对应关系；

需要说明的是，上述对应关系指的是步骤S40中成对创建的虚拟节点(veth1<-->veth1-1/veth2<-->veth2-1/veth3<-->veth3-1)与实物设备节点(eth1/eth2/eth3)之间的对应关系，在本实施例中，具体的对应关系是eth1-1<-->veth1-1/eth2-1<-->veth2-1/eth3-1<-->veth3-1。

S40：所述实物设备与虚拟网络仿真平台根据所述端口对应关系通信连接；具体包括以下步骤：

S401：根据所述端口对应关系，在所述虚拟节点与所述实物设备的对应虚拟端口之间建立直连通信链路；

需要说明的是，直连通信链路包括不限于veth-pair。

S402：配置所述成对的虚拟端口间之间的直连规则；

需要说明的是，该直连规则无具体要求，只需要保证端口间数据无条件互相转发即可(veth1和veth1-1之间报文无条件转发)。

S403：实物设备根据所述直连规则与所述虚拟节点之间通信连接。

通过以上步骤的操作，就实现了实物设备和虚拟设备端口之间的替换，原虚拟仿真网络的报文会直接传送到实物设备上，实物设备就完成了对原有虚拟网络模型中虚拟设备节点的替换，实现了实物接入虚拟网络验证平台。

修改替换虚拟节点，只需将步骤S20及以后配置删除，并按照修改后的虚拟节点重复执行步骤S20到步骤S40即可。步骤S10无需修改，及实物接入组网无需修改。

另外，实物接入/替换虚拟网络仿真平台退出，只需将步骤S20到步骤S40的配置进行删除即可。

参照图5，本实施例提供一种实物设备与虚拟网络仿真平台的通信装置，包括：

第一通信连接单元100，用于实物设备通过交换机与通用服务器上的虚拟交换机通信连接；由于具体的通信连接方式以及过程在上述实物设备与虚拟网络仿真平台的通信方法的步骤S10中已经详细阐述，故在此不再赘述。

虚拟端口创建单元200，用于在虚拟节点的端口上创建成对的虚拟端口；其中，所述虚拟节点置于所述通用服务器内；由于具体的创建方式以及过程在上述实物设备与虚拟网络仿真平台的通信方法的步骤S20中已经详细阐述，故在此不再赘述。

设置单元300，用于设置所述虚拟节点与实物设备之间的端口对应关系；由于具体的设置方式以及过程在上述实物设备与虚拟网络仿真平台的通信方法的步骤S30中已经详细阐述，故在此不再赘述。

第二通信连接单元400，用于所述实物设备与虚拟网络仿真平台根据所述端口对应关系通信连接；由于具体的通信连接方式以及过程在上述实物设备与虚拟网络仿真平台的通信方法的步骤S40中已经详细阐述，故在此不再赘述。

参照图6，在另外一些实施例中，上述通信装置中的第一通信连接单元100进一步包括：

连接端口建立模块101，用于实物设备端口与交换机端口连接，建立连接端口；由于具体的建立方法以及过程在上述实物设备与虚拟网络仿真平台的通信方法的步骤S101中已经详细阐述，故在此不再赘述。

网络接口创建模块102，用于所述连接端口在通用服务器虚拟交换机上创建相应的网络接口；由于具体的创建方法以及过程在上述实物设备与虚拟网络仿真平台的通信方法的步骤S102中已经详细阐述，故在此不再赘述。

隧道创建模块103，用于在所述交换机端口与所述网络接口之间创建隧道；由于具体的隧道创建方法以及过程在上述实物设备与虚拟网络仿真平台的通信方法的步骤S103中已经详细阐述，故在此不再赘述。。

参照图7，在另外一些实施例中，上述通信装置中的第二通信连接单元400进一步包括：

直连通信链路建立模块401，用于根据所述端口对应关系，在所述虚拟节点与所述实物设备的对应虚拟端口之间建立直连通信链路；由于具体的建立方法以及过程在上述实物设备与虚拟网络仿真平台的通信方法的步骤S401中已经详细阐述，故在此不再赘述。

配置模块402，用于配置所述成对的虚拟端口间之间的直连规则；由于具体的配置以及过程在上述实物设备与虚拟网络仿真平台的通信方法的步骤S402中已经详细阐述，故在此不再赘述。

通信模块403，用于实物设备根据所述直连规则与所述虚拟节点之间通信连接；由于具体的通信方式以及过程在上述实物设备与虚拟网络仿真平台的通信方法的步骤S403中已经详细阐述，故在此不再赘述。。

另外，本发明实施例还提供一种通信系统，包括通信装置实施例中记载的一种实物设备与虚拟网络仿真平台的通信装置。

另外，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其中，该计算机可读存储介质可存储有程序，该程序执行时包括上述方法实施例中记载的实物设备与虚拟网络仿真平台的通信方法的部分或全部步骤。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储器中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储器中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储器包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储器中，存储器可以包括：闪存盘、只读存储器(英文：Read-Only Memory，简称：ROM)、随机存取器(英文：Random Access Memory，简称：RAM)、磁盘或光盘等。

以上参照附图描述了根据本发明的实施例的用于实现服务链的方法的示例性流程图。应指出的是，以上描述中包括的大量细节仅是对本发明的示例性说明，而不是对本发明的限制。在本发明的其他实施例中，该方法可具有更多、更少或不同的步骤，且各步骤之间的顺序、包含、功能等关系可以与所描述和图示的不同。

Claims

1.一种实物设备与虚拟网络仿真平台的通信方法，其特征在于，包括：

设置所述虚拟节点与实物设备之间的端口对应关系；

所述实物设备与虚拟网络仿真平台根据所述端口对应关系通信连接；

所述实物设备与虚拟网络仿真平台根据所述端口对应关系通信连接，进一步包括：

配置所述成对的虚拟端口间之间的直连规则；

实物设备根据所述直连规则与所述虚拟节点之间通信连接。

2.根据权利要求1所述的通信方法，其特征在于，所述实物设备通过交换机与通用服务器上的虚拟交换机连接，进一步包括：

实物设备端口与交换机端口连接，建立连接端口；

在所述交换机端口与所述网络接口之间创建隧道。

3.根据权利要求1或2中任意一项所述的通信方法，其特征在于：所述虚拟节点采用容器技术进行封装。

4.根据权利要求2所述的通信方法，其特征在于：所述隧道包括但不限于vxlan隧道。

5.根据权利要求1所述的通信方法，其特征在于：所述直连通信链路包括但不限于veth-pair。

6.一种实物设备与虚拟网络仿真平台的通信装置，其特征在于，包括：

第二通信连接单元，用于所述实物设备与虚拟网络仿真平台根据所述端口对应关系通信连接；

所述第二通信连接单元进一步包括：

7.根据权利要求6所述的通信装置，其特征在于，所述第一通信连接单元进一步包括：

8.根据权利要求6或7中任意一项所述的通信装置，其特征在于：所述虚拟节点采用容器技术进行封装。

9.根据权利要求6所述的通信装置，其特征在于，所述虚拟网络仿真平台包括：

卫星网络建模模块，用于建立卫星网络模型；

网络特性仿真模块，用于配置虚拟网络的网络特性；

10.一种通信系统，包括权利要求6-9中任意一项所述的一种实物设备与虚拟网络仿真平台的通信装置。

11.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至5任一项所述的一种实物设备与虚拟网络仿真平台的通信方法的步骤。