CN114401214B - 一种实现容器组播通信的网络及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于实现容器组播通信的网络，包括通过路由器连接的多个宿主机、网络调度管理模块及组播配置模块；宿主机包括外部网卡、多个虚拟网卡及应用容器，组播配置模块为需要组播通信的宿主机配置组播设备标签、为需要组播通信的容器配置组播地址标签；网络调度管理模块管理宿主机及宿主机上的应用容器；轮询到配置了设备标签的宿主机及宿主机上配置了地址标签的容器后建立组播规则并加入主进程进行组播监听；配置了组播设备标签的宿主机上监听到目的地址符合组播地址的组播包后将组播包在配置了组播设备标签的宿主机及配置了组播地址标签的容器之间进行两跳转发。实现了组播信息的容器到容器、容器到主机、容器到主机到容器的全场景转发。
Description
技术领域
本发明涉及跨网络组播技术领域，特别涉及一种用于实现容器组播通信的网络及方法。
背景技术
容器化部署因其高灵活性、兼容性等优点逐渐在越来越多的场景中得到应用。借助Linux内核支持的命名空间(namespace)隔离，容器相较于虚拟机更加轻便、小巧从而可以在单一节点上运行数十个案例。
组播技术指的是单个发送者对应多个接收者的一种网络通信，经过路由规则转发后，组播发送者发送一个组播包可被组播组中的所有接收者收到。以组播的方式通信相比于单播可成倍减少流量消耗。然而组播的包转发方式带来了其不能跨网段传播的劣势，这将会在组播应用容器化时带来网络层面上的阻碍。
解决此问题的现有方案主要为设置容器网络为hostnetwork：true。通过让容器使用宿主机网络环境，进而让容器内应用能够直接看到宿主机的网络接口并接受到宿主机所在网段内的广播信息。
但此方案是舍弃了组播灵活性的折中方案，原因如下：其一，由于容器与宿主机使用同一网络设备与网络环境，将会导致宿主机与容器抢夺端口等共有资源。例如容器A为应用容器，需要接受组播信息并在80http端口汇总并呈现。那么此时宿主机与其他共用网络容器将不能使用80http端口。这导致同应用容器在每台宿主服务器上只能同时部署一个副本，导致应用失去高可用性、低资源消耗等特性，实际上与应用容器化的初衷相违背了。其二，对于容器间通讯来说，不同的网络配置将会极大的增加管理成本。
发明内容
为了解决单播流量消耗问题和组播的包转发方式带来了其不能跨网段传播的劣势，本发明提出一种适用于容器calico网络环境下的跨网段组播传递方案。
本发明提供了一种用于实现容器组播通信的网络，包括通过路由器连接的多个宿主机，所述宿主机包括外部网卡、多个虚拟网卡及应用容器，所述外部网卡与虚拟网卡路由连接，每一应用容器通过一个虚拟网卡与外部网卡通信连接；
所述网络还包括网络调度管理模块及组播配置模块，所述组播配置模块为需要组播通信的宿主机配置组播设备标签，为需要组播通信的容器配置组播地址标签；
所述网络调度管理模块，用于管理宿主机及宿主机上的应用容器，在轮询到配置了组播设备标签的宿主机及宿主机上配置了组播地址标签的容器后，建立组播规则并加入主进程进行组播监听，在配置了组播设备标签的宿主机上监听到目的地址符合组播地址的组播包后，将所述组播包在所述配置了组播设备标签的宿主机及配置了组播地址标签的容器之间进行两跳转发，实现在宿主机外部网卡经虚拟网卡与容器间的组播通信。
优选地，所述组播设备标签的标签内容包括宿主机的外部网卡标识，所述组播地址标签的标签内容包括容器的IP网络地址。
优选地，所述组播通信包括外部网卡和未与容器相连的虚拟网卡发出的组播包传入容器的组播通信；
所述网络调度管理模块周期性查询当前宿主机是否设置了组播设备标签，若未设置则该宿主机暂不需要组播通信服务；
若存在组播设备标签，则轮询运行在该宿主机上的容器是否具有组播地址标签；
若运行的容器存在组播地址标签，则根据标签内容建立组播规则并加入主进程进行组播监听；
在配置了组播设备标签的宿主机上监听识别到目的地址符合组播地址且来源不是容器组播地址的组播包后，将组播包的TTL跳转限制加一后转发给容器所属的虚拟网卡，并将组播包的下一跳的网关设置为容器的IP网络地址。
优选地，所述组播通信包括容器内传出的组播包发给外部网卡和未与容器相连的虚拟网卡的组播通信；
所述网络调度管理模块周期性查询当前宿主机是否设置了组播设备标签，若未设置则该宿主机暂不需要组播通信服务；
若存在组播设备标签，则轮询运行在该宿主机上的容器是否具有组播地址标签；
若运行的容器存在组播地址标签，则根据标签内容建立组播规则并加入主进程进行组播监听；
在配置了组播设备标签的宿主机上监听识别到容器使用的虚拟网卡且目的地址符合组播地址的组播包后，将组播包的TTL跳转限制加一后转发给宿主机外部网卡所在的网络。
优选地，若容器被关闭，则在下一轮询周期内清除与容器相关的组播转发规则。
本发明还提供一种用于实现容器组播通信的方法，包括如下步骤：
为需要组播通信的宿主机配置组播设备标签，为需要组播通信的容器配置组播地址标签；
在轮询到配置了组播设备标签的宿主机及宿主机上配置了组播地址标签的容器后，建立组播规则并加入网络调度管理模块的主进程进行组播监听；
在配置了组播设备标签的宿主机上监听到目的地址符合组播地址的组播包后，将所述组播包在所述配置了组播设备标签的宿主机及配置了组播地址标签的容器之间进行两跳转发，实现在宿主机外部网卡经虚拟网卡与容器间的组播通信。
优选地，所述组播设备标签的标签内容包括宿主机的外部网卡标识，所述组播地址标签的标签内容包括容器的IP网络地址。
优选地，所述组播通信包括外部网卡和未与容器相连的虚拟网卡发出的组播包传入容器的组播通信，具体包括如下步骤：
周期性查询当前宿主机是否设置了组播设备标签，若未设置则该宿主机暂不需要组播通信服务；
若存在组播设备标签，则轮询运行在该宿主机上的容器是否具有组播地址标签；
若运行的容器存在组播地址标签，则根据标签内容建立组播规则并加入主进程进行组播监听；
在配置了组播设备标签的宿主机上监听识别到目的地址符合组播地址且来源不是容器组播地址的组播包后，将组播包的TTL跳转限制加一后转发给容器所属的虚拟网卡，并将组播包的下一跳的网关设置为容器的IP网络地址。
优选地，所述组播通信包括容器内传出的组播包发给外部网卡和未与容器相连的虚拟网卡的组播通信，具体包括如下步骤：
周期性查询当前宿主机是否设置了组播设备标签，若未设置则该宿主机暂不需要组播通信服务；
若存在组播设备标签，则轮询运行在该宿主机上的容器是否具有组播地址标签；
若运行的容器存在组播地址标签，则根据标签内容建立组播规则并加入主进程进行组播监听；
在配置了组播设备标签的宿主机上监听识别到容器使用的虚拟网卡且目的地址符合组播地址的组播包后，将组播包的TTL跳转限制加一后转发给宿主机外部网卡所在的网络。
优选地，所述方法进一步包括：
若容器被关闭，则在下一轮询周期内清除与容器相关的组播转发规则。
与现有方案相比，本方案从组播路由规则入手，通过特定规则的组合实现了组播信息容器到容器、容器到主机、容器到主机到容器的全场景转发。在保证了容器所有技术特性的前提下解决了组播应用容器化过程中的包转发难题。
附图说明
图1是本发明实施例的总体网络架构图；
图2是本发明实施例的实现容器间组播通信的流程图
图3是本发明实施例的向容器内传入组播信息的流程图；
图4是本发明实施例的从容器向外传出组播信息的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
如图1所示，给出了标准容器化部署的网络结构，包括通过路由器连接的多个宿主机，所述宿主机包括外部网卡、路由规则设置模块、多个虚拟网卡及应用容器，每一应用容器对应额一个虚拟网卡。宿主机使用外部网卡与宿主机所在网络环境中的路由器、网关连接。宿主机使用calico创建并管理与容器一一对应的虚拟网卡。在多个虚拟网卡与外部网卡之间通过路由规则设置模块设置的路由规则进行网络组播包转发。在容器化网络结构中，容器所属的宿主机一般为集群部署，网络中包括多台宿主机，作为示例，图1中在仅画出两台。
为实现容器的组播通信，需要解决组播包传入容器以及从容器发出组播包的两个问题。本发明实施例中，通过为网卡及容器进行组播标签配置来实现组播通信。
本发明技术方案主要由两部分组成，即
由外部网卡与其他虚拟网卡发出的组播包如何传入容器、
由容器内传出的组播包如何发给外部网卡与其他虚拟网卡。
两部分统一使用容器的label作为配置方式，用户如需使用需要组播信息的容器，可通过以下步骤创建：
指定host主机在接收、发送组播信息时使用的网卡设备：在主机label中添加“multicast-dev＝[网卡名]”。
正常创建容器并按需进行配置。
指定容器接收、发送组播信息时使用的ip地址：在容器label中添加“multicast-address＝[ip地址]”。
如图2所示，给出了本发明实施例的外部网卡与其他虚拟网卡发出的组播包通信的流程图。
网络调度管理模块为需要组播通信的宿主机配置组播设备标签，为需要组播通信的容器配置组播地址标签；
网络调度管理模块对主机进行轮询，轮询主机是否设置了组播设备标签，如未设置则认为不需要组播通信；若轮询到配置了组播设备标签的主机则继续轮询运行在此主机上的容器是否存在组播地址标签；
在轮询到配置了组播设备标签的宿主机及宿主机上配置了组播地址标签的容器后，建立组播规则并加入网络调度管理模块的主进程进行组播监听；
监听到目的地址符合组播地址的组播包后，将所述组播包在所述配置了组播设备标签的宿主机及配置了组播地址标签的容器之间进行两跳转发，实现在宿主机外部网卡经虚拟网卡与容器间的组播通信。
通过对组播包TTL进行+1的配置，再将该组播包转发至设备标签所在的网络，若容器被关闭，对应的转发规则会在下一周期内被清除，以确保运行规则不会被污染。
如图3所示，给出了本发明实施例的外部网卡与其他虚拟网卡发出的组播包传入容器的另一种流程图。
网络调度管理模块周期性的查询当前主机是否设置了multicast-dev标签，若未设置则认为暂不需要组播服务
若存在multicast-dev标签，则轮询运行在此主机上的容器是否存在
multicast-address标签。若存在则识别其内容并创建相关规则，将新规则刷入运行中的网络调度管理模块的主进程。
网络调度管理模块主进程接收到新规则后，开始在设置了multicast-dev标签的宿主机中监听并识别目的地址符合multicast-address且来源不是该容器本身的包，并对其做以下操作：
为此包的TTL跳转限制+1。
默认情况下组播信息TTL为1，即不会在网段边界跳转，通过规则将TTL+1可让符合条件的包可以被转发。
将此包转发至容器所在虚拟网卡，并设置其下一跳的网关为容器ip。
若容器被关闭，对应的转发规则会在下一轮询周期内被清除，以确保运行规则不会被污染。
如图4所示，给出了本发明实施例的容器内传出的组播包发送给外部网卡与其他虚拟网卡的流程图，具体包括如下步骤：
网络调度管理模块周期性的查询当前主机是否设置了multicast-dev标签，若未设置则认为暂不需要组播服务。
若存在multicast-dev标签，则轮询运行在此主机上的容器是否存在
multicast-address标签。若存在则识别其内容并创建相关规则，将新规则刷入运行中的网络调度管理模块主进程。
网络调度管理模块主进程接收到规则后会开始在multicast-dev中监听对应容器所使用的虚拟网卡并识别目的地址符合multicast-address的组播包，并对其做以下操作：
为此包的TTL跳转限制+1。默认情况下组播信息TTL为1，即不会在网段边界跳转，通过规则将TTL+1可让符合条件的包可以被转发。
将此包转发至multicast-dev网卡所在网络。
若容器被关闭，对应的转发规则会在下一轮询周期内被清除，以确保运行规则不会被污染。
通过图2所示的组播流程解决了由外部网卡与其他虚拟网卡发出的组播包传入容器的问题，通过图3所示的组播流程解决了由容器内传出的组播包发给外部网卡与其他虚拟网卡的问题。
而将两部分组合便可解决由容器内传出的组播包如何发给其他虚拟网卡的问题：对于从容器中传出的组播包被转发至multicast-dev网卡所在网络的过程中会经过系统内核，在进入内核前的PREROUTING过程中将触发对应的传入规则，在将其TTL加为2后复制并转发至其他容器网卡。
当由容器内传出的组播包发给其他虚拟网卡时，网络调度管理程序周期性的查询主机是否设置了multicast-dev标签，若存在multicast-dev标签，则轮询运行在此主机上的容器是否存在multicast-address标签，若存在multicast-address标签则识别其内容并创建相关规则，将新规则刷入运行中的网络调度管理模块的主进程。此时传出与传入主机均设置了multicast-dev标签、传出与传入容器均设置了multicast-address标签。当网络调度管理模块主进程接收到规则后会开始在multicast-dev中监听对应容器所使用的虚拟网卡并识别目的地址符合multicast-address的组播包，为识别到的地址符合的组播包的TTL跳转限制+1，并将此包转发至multicast-dev网卡所在网络。对于传入容器接到新的目的地址符合multicast-address组播包，首先判断来源是不是该容器本身，如果不是则对此包TTL跳转限制+1，并将此包转发至容器所在虚拟网卡，并设置其下一跳的网关为容器ip，即完成组播包的两跳转发。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种用于实现容器组播通信的网络，其特征在于，包括通过路由器连接的多个宿主机，所述宿主机包括外部网卡、多个虚拟网卡及应用容器，所述外部网卡与虚拟网卡路由连接，每一应用容器通过一个虚拟网卡与外部网卡通信连接；
所述网络还包括网络调度管理模块及组播配置模块，所述组播配置模块为需要组播通信的宿主机配置组播设备标签，为需要组播通信的容器配置组播地址标签；
所述网络调度管理模块，用于管理宿主机及宿主机上的应用容器，在轮询到配置了组播设备标签的宿主机及宿主机上配置了组播地址标签的容器后，建立组播规则并加入主进程进行组播监听，在配置了组播设备标签的宿主机上监听到目的地址符合组播地址的组播包后，将所述组播包在所述配置了组播设备标签的宿主机及配置了组播地址标签的容器之间进行两跳转发，实现在宿主机外部网卡经虚拟网卡与容器间的组播通信。
2.如权利要求1所述的网络，其特征在于，
所述组播设备标签的标签内容包括宿主机的外部网卡标识，所述组播地址标签的标签内容包括容器的IP网络地址。
3.如权利要求2所述的网络，其特征在于，
所述组播通信包括外部网卡和未与容器相连的虚拟网卡发出的组播包传入容器的组播通信；
所述网络调度管理模块周期性查询当前宿主机是否设置了组播设备标签，若未设置则该宿主机暂不需要组播通信服务；
若存在组播设备标签，则轮询运行在该宿主机上的容器是否具有组播地址标签；
若运行的容器存在组播地址标签，则根据标签内容建立组播规则并加入主进程进行组播监听；
在配置了组播设备标签的宿主机上监听识别到目的地址符合组播地址且来源不是容器组播地址的组播包后，将组播包的TTL跳转限制加一后转发给容器所属的虚拟网卡，并将组播包的下一跳的网关设置为容器的IP网络地址。
4.如权利要求2或3所述的网络，其特征在于，
所述组播通信包括容器内传出的组播包发给外部网卡和未与容器相连的虚拟网卡的组播通信；
所述网络调度管理模块周期性查询当前宿主机是否设置了组播设备标签，若未设置则该宿主机暂不需要组播通信服务；
若存在组播设备标签，则轮询运行在该宿主机上的容器是否具有组播地址标签；
若运行的容器存在组播地址标签，则根据标签内容建立组播规则并加入主进程进行组播监听；
在配置了组播设备标签的宿主机上监听识别到容器使用的虚拟网卡且目的地址符合组播地址的组播包后，将组播包的TTL跳转限制加一后转发给宿主机外部网卡所在的网络。
5.如权利要求4所述的网络，其特征在于，
若容器被关闭，则在下一轮询周期内清除与容器相关的组播转发规则。
6.一种用于实现容器组播通信的方法，其特征在于，包括如下步骤：
为需要组播通信的宿主机配置组播设备标签，为需要组播通信的容器配置组播地址标签；
在轮询到配置了组播设备标签的宿主机及宿主机上配置了组播地址标签的容器后，建立组播规则并加入网络调度管理模块的主进程进行组播监听；
在配置了组播设备标签的宿主机上监听到目的地址符合组播地址的组播包后，将所述组播包在所述配置了组播设备标签的宿主机及配置了组播地址标签的容器之间进行两跳转发，实现在宿主机外部网卡经虚拟网卡与容器间的组播通信。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，
所述组播设备标签的标签内容包括宿主机的外部网卡标识，所述组播地址标签的标签内容包括容器的IP网络地址。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，
所述组播通信包括外部网卡和未与容器相连的虚拟网卡发出的组播包传入容器的组播通信，具体包括如下步骤：
周期性查询当前宿主机是否设置了组播设备标签，若未设置则该宿主机暂不需要组播通信服务；
若存在组播设备标签，则轮询运行在该宿主机上的容器是否具有组播地址标签；
若运行的容器存在组播地址标签，则根据标签内容建立组播规则并加入主进程进行组播监听；
在配置了组播设备标签的宿主机上监听识别到目的地址符合组播地址且来源不是容器组播地址的组播包后，将组播包的TTL跳转限制加一后转发给容器所属的虚拟网卡，并将组播包的下一跳的网关设置为容器的IP网络地址。
9.如权利要求7或8所述的方法，其特征在于，
所述组播通信包括容器内传出的组播包发给外部网卡和未与容器相连的虚拟网卡的组播通信，具体包括如下步骤：
周期性查询当前宿主机是否设置了组播设备标签，若未设置则该宿主机暂不需要组播通信服务；
若存在组播设备标签，则轮询运行在该宿主机上的容器是否具有组播地址标签；
若运行的容器存在组播地址标签，则根据标签内容建立组播规则并加入主进程进行组播监听；
在配置了组播设备标签的宿主机上监听识别到容器使用的虚拟网卡且目的地址符合组播地址的组播包后，将组播包的TTL跳转限制加一后转发给宿主机外部网卡所在的网络。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：
若容器被关闭，则在下一轮询周期内清除与容器相关的组播转发规则。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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