CN116743681A - Vxlan网络中报文转发方法、装置、计算机设备和存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种VXLAN网络中报文转发方法方法、装置、计算机设备和存储介质，所述方法包括：根据接收的报文查找转发表，获取对应的下一跳索引，所述下一跳索引包括VTEP信息索引和VxLAN网络标识符VNI信息；根据所述下一跳索引获取VNI信息，以及根据所述VTEP信息索引查询VTEP信息；利用所述VTEP信息和VNI信息对所述报文进行封装后转发。上述方法大大减少了表项的消耗，可以有效降低ASIC网络交换芯片的面积并降低成本和功耗。
Description
技术领域
本发明涉及计算机领域，特别是涉及VXLAN网络中报文转发方法、装置、计算机设备和存储介质。
背景技术
VXLAN是一种建立在互联网协议(Internet Protocol，IP)网络之上的叠加(Overlay)网络技术，采用“MAC in UDP”的封装形式，即将普通以太网报文封装在UDP报文里，作为UDP报文的负载。VXLAN隧道由VXLAN网络标识(VXLAN Network Identifier，VNI)和虚拟可扩展局域网隧道终端(Virtual eXtensible Local Area Network Tunnel EndPoint，VTEP)IP作为标识。
在大量VTEP和VPC(VNI)的跨VXLAN的SDN网络场景下，用VTEP和VNI联合标识出的全局唯一的隧道数量等于VTEP数量(n*1024)乘以VNI数量(n*1024)。在传统的实现上面临隧道规格和转发能力(含吞吐量和转发延时)间的权衡取舍：
1、使用传统交换机方案实现跨VPC互通时，借助ASIC芯片的先天优势，解决了转发能力问题。但受限于片上资源有限，隧道容量规模化提高时，就必须多台交换机共存，此时每隧道的整体成本是上升的。
2、使用传统服务器方案实现跨VPC互通时，可以通过内存解决隧道的规模问题。但受限于单个服务器转发能力的短板，一般会使用多台服务器组成的集群堆叠解决单机吞吐量不够的问题。然而由于冯诺依曼架构CPU访存时存在天然高延时，跨VPC互通的转发延时并不理想。同时集群化部署以及集群化管理带来的OpEx和CapEx是非常高的。
因此传统方案，要么受限于传统交换机资源难以容纳百万(n*1024*1024)数量级别的隧道，而不能做到或不能经济的做到隧道规模化，要么因为服务器方案的转发能力不足，很难实现规模化部署商用。
发明内容
基于此，有必要提供一种VXLAN网络中报文转发方法、装置、计算机设备和存储介质。
一种VXLAN网络中报文转发方法，所述控制方法包括：
根据接收的报文查找转发表，获取对应的下一跳索引，所述下一跳索引包括VTEP信息索引和VxLAN网络标识符VNI信息；
根据所述下一跳索引获取VNI信息，以及根据所述VTEP信息索引查询VTEP信息；
利用所述VTEP信息和VNI信息对所述报文进行封装后转发。
在其中一些实施例中，所述根据所述VTEP信息索引查询VTEP信息，包括：
根据所述VTEP信息索引访问VTEP信息表，获得下一跳的所述VTEP信息。
在其中一些实施例中，在所述报文转发时，所述VTEP信息索引和所述VNI信息存储在VTEP的内存中；
所述根据所述下一跳索引获取VNI信息，包括：
解析所述下一跳索引获取跳VTEP所在VXLAN网络的VNI信息。
在其中一些实施例中，所述利用所述VTEP信息和VNI信息对所述报文进行封装后转发，包括：
用所述VTEP信息重写外层报文头，将所述VNI信息填入外层报文头指定位置。
在其中一些实施例中，所述下一跳索引包括高位部分和低位部分，所述高位部分包括VNI信息，所述低位部分包括VTEP信息索引。
在其中一些实施例中，所述根据接收的报文查找转发表获得对应的下一跳索引，包括：
根据接收的报文查找转发表获得所述VNI信息；
根据所述VNI信息获得所述下一跳索引。
在其中一些实施例中，所述方法还包括：根据Vtep Table确定Vtep是否一致，若一致，则不再下发下发转发表和Vtep Table；若不一致，则下发转发表和Vtep Table。
一种VXLAN网络中报文转发装置，所述控制装置包括：
查找模块，用于根据接收的报文查找转发表，获得对应的下一跳索引，所述下一跳索引包括VTEP信息索引和VxLAN网络标识符VNI信息；
索引模块，用于根据所述下一跳索引获取VNI信息，以及根据所述VTEP信息索引查询VTEP信息；
转发模块，用于利用所述VTEP信息和VNI信息对所述报文进行封装后转发。
一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令被所述处理器执行时，使得所述处理器执行上述所述VXLAN网络中报文转发方法的步骤。
一种存储有计算机可读指令的存储介质，所述计算机可读指令被一个或多个处理器执行时，使得一个或多个处理器执行上述所述VXLAN网络中报文转发方法的步骤。
上述VXLAN网络中报文转发方法、装置、计算机设备和存储介质，该方案通过根据接收的报文查找转发表，获取对应的下一跳索引，下一跳索引包括VTEP信息索引和VxLAN网络标识符VNI信息；根据下一跳索引获取VNI信息，以及根据VTEP信息索引查询VTEP信息；利用VTEP信息和VNI信息对报文进行封装后转发。因此，将VxLAN网络标识符和VNI信息分离，在面向需要具体转发的报文时，再将对应的VxLAN网络标识符和VNI信息一起与报文封装，避免提前消耗过多的编辑信息表资源，大大减少了表项的消耗，可以有效降低ASIC网络交换芯片的片上资源占用并降低成本和功耗。
附图说明
图1是现有VXLAN网络中报文转发方法的一流程框图；
图2是本发明一实施例中VXLAN网络中报文转发方法的一流程示意图；
图3是本发明一实施例中VXLAN网络中报文转发方法的一流程框图；
图4是本发明一实施例中VXLAN网络中报文转发方法的一流程框图；
图5是本发明一实施例中VXLAN网络中报文转发装置的一流程框图；
图6是本发明一实施例中计算机设备的一结构示意图；
图7是本发明一实施例中计算机设备的另一结构示意图。
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。
可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。举例来说，在不脱离本申请的范围的情况下，可以将第一VXLAN网络中报文转发脚本称为第二VXLAN网络中报文转发脚本，且类似地，可将第二VXLAN网络中报文转发脚本称为第二VXLAN网络中报文转发脚本。
VXLAN网络包括多个VTEP，例如VTEP1、VTEP2、VTEP3和VTEP4。
VTEP(VXLAN tunnelend point，VXLAN隧道端点)作为VXLAN的边缘设备，针对VXLAN的处理都在VTEP上进行，例如识别以太网数据帧所属的VXLAN，基于VXLAN对数据帧进行二层转发、封装/解封装报文等。一个VTEP可以接入多个VXLAN网络，也可以连接多台处于不同或相同VXLAN网络的服务器。需要说明的是，在VTEP接入多个VXLAN网络的情况下，VTEP的不同接口可以对应不同的VXLAN网络，也可以对应相同的VXLAN网络。同一VXLAN网络的VTEP之间建立有VXLAN隧道。VTEP之间可以通过VXLAN隧道来传输VXLAN报文。例如，VTEP1分别与VTEP2、VTEP3和VTEP4建立VXLAN隧道。VTEP2、VTEP3和VTEP4三者之间也会互相建立VXLAN隧道。
上述服务器是指物理服务器或者虚拟机(Virtual Machine，简称VM)。VM指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。一个物理服务器采用虚拟化技术，可以虚拟出多个VM。
VXLAN技术使同一个VXLAN中的多个虚拟机(VM，Virtual Machine)可以跨三层网络进行通信，在VXLAN技术中，每个租户对应一个虚拟叠加网，每个虚拟叠加网被认为是一个VXLAN网段，并且通过一个24位的虚拟可扩展局域网网络标识符(VXLAN NetworkIdentififier，VNI)标识。只有拥有相同VNI的VM之间才允许进行通信。
当VM1和VM2之间需要通信时，需要实现数据中心A和数据中心B之间的二层互通。如果数据中心A和数据中心B内部的VXLAN隧道都采用相同的VNI，则Transit Leaf1和Transit Leaf2之间只需采用同一VNI建立VXLAN隧道即可。而在实际应用场景中，不同的数据中心部署各种独立的VNI，因此数据中心A和数据中心B可能需要将不同的VNI当做同一个二层域进行互联通信，这种场景下需要实现VXLAN Mapping功能，进行一次VNI的转换。
下面通过具体的实施例对本发明进行详细的描述。
如图2所示，在一个实施例中，提出了一种VXLAN网络中报文转发方法，该VXLAN网络中报文转发方法可以应用于上述的计算机设备110中，具体可以包括以下步骤：
S10、根据接收的报文查找转发表，获取对应的下一跳索引，所述下一跳索引包括VTEP信息索引和VxLAN网络标识符VNI信息；
其中，在VxLAN场景中，本申请所介绍的报文转发方法可以是依托于VTEP而实施。实际上，VxLAN的相关处理都可以在VTEP上进行，例如识别以太网数据帧所属的VxLAN、基于VxLAN对数据帧进行二层转发、封装/解封装报文等。VTEP可以是一台独立的物理设备，也可以是虚拟机所在宿主服务器的虚拟交换机，或者是其他支持VxLAN的硬件设备或软件来实现。在具体的工作层面，以下的实施例中以所揭示的报文转发方法基于VTEP中的网络交换芯片节点实现进行描述。
S20、根据所述下一跳索引获取VNI信息，以及根据所述VTEP信息索引查询VTEP信息；
在一些实施例中，所述根据所述VTEP信息索引查询VTEP信息，包括：
根据所述VTEP信息索引访问VTEP信息表，获得下一跳的所述VTEP信息。
在一些实施例中，所述根据所述下一跳索引获取VNI信息，包括：
解析所述下一跳索引获取跳VTEP所在VXLAN网络的VNI信息。
在VxLAN网络中，类比传统网络中虚拟局域网VLAN的概念，定义有BD(BridgeDomain)。BD定义一个VxLAN广播域，可配合配置BDIF，实现跨VxLAN路由，一个BD唯一映射一个VNI。VTEP会根据配置生成BD与VNI的映射表，有了映射表后，进入VTEP的报文就可以根据自己所属的BD来确定报文封装时对应哪个VNI。
S30、利用所述VTEP信息和VNI信息对所述报文进行封装后转发。
其中，在获得VTEP信息和VNI信息后，VTEP信息和VNI进行组合并与待转发报文共同封装。在这样的报文封装过程中，相对于将隧道和VNI全部平铺消耗编辑信息表的方式，只需要分别对应VTEP信息和VNI信息设置编辑信息表，编辑信息表的消耗数量仅仅是所需的隧道编辑信息和VNI信息的简单之和，在特别是多节点多隧道的VxLAN网络中，所需要消耗的资源大大减少。
本发明本发明方案，扩大nexthop索引位宽，使用高位直接标识VNI信息，低位标识Nexthop索引(用来匹配VTEP)，由于nexthop索引会在运行时存储在ASIC芯片中的临时存储单元中，所以VNI信息不再需要使用SRAM/TCAM资源进行匹配获得，而是在需要的时候直接从临时存储单元中获取。此时SRAM/TCAM中的Nexthop索引仅匹配VTEP，所以SRAM/TCAM只需要负责存储Nexthop索引匹配VTEP表的资源(n*1024)，将传统nexthop索引作为匹配key的相关表项数量级从百万(1024*1024)降低到K(1024)。而从nexthop得到Nexthop索引和VNI的映射全部由控制面软件维护，这样使用软件内存维护关键信息，同时还能使用ASIC进行高速转发。
在一些实施例中，所述利用所述VTEP信息和VNI信息对所述报文进行封装后转发，包括：
用所述VTEP信息重写外层报文头，将所述VNI信息填入外层报文头指定位置。
即直接从临时存储单元取VNI填入VXLAN头指定位置
根据VTEP信息重写的外层报文头和包括VNI信息的VXLAN头封装报文并转发出去
在一些实施例中，所述下一跳索引包括高位部分和低位部分，所述高位部分包括VNI信息，所述低位部分包括VTEP信息索引。
注：其中高位VNI低位Nexthop的nexthop字段由控制面软件维护，内存资源足够维护大量的nexthop。
在一些实施例中，所述根据接收的报文查找转发表获得对应的下一跳索引，包括：
根据接收的报文查找转发表获得所述VNI信息；
根据所述VNI信息获得所述下一跳索引。
在一些实施例中，在所述报文转发时，所述VTEP信息索引和所述VNI信息存储在VTEP的内存中。
可理解，本实施例使用ASIC中的临时存储单元同时存储运行时的VNI和VTEP信息，Pipeline中的匹配转发表仅使用SRAM和TCAM资源对VTEP信息进行报文封装和重写，VNI信息仅在VXLAN报文封装时从临时存储单元取得直接填入VXLAN头部指定位置。实际的VTEP和VNI组合信息由控制面软件维护，需要时下入ASIC。
综上所述，本申请可将创建VXLAN隧道的方法改良，从而仅用硬件资源就可承担大量隧道的转发。传统设备中里，软件能创建大量隧道但转发性能差，硬件转发性能好但是创建隧道的数量极其有限。本申请设备使用软件和硬件结合的方式同时具备创建大量隧道和高性能转发的优点。
应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
在一实施例中，提供一种VXLAN网络中报文转发装置，该VXLAN网络中报文转发装置与上述实施例中VXLAN网络中报文转发方法一一对应。如图6所示，该装置包括查找模块11、索引模块12、转发模块13。各功能模块详细说明如下：
查找模块11，用于根据接收的报文查找转发表，获得对应的下一跳索引，所述下一跳索引包括VTEP信息索引和VxLAN网络标识符VNI信息；
索引模块12，用于根据所述下一跳索引获取VNI信息，以及根据所述VTEP信息索引查询VTEP信息；
转发模块13，用于利用所述VTEP信息和VNI信息对所述报文进行封装后转发。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是服务端，其内部结构图可以如图6所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口和数据库。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性和/或易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统、计算机程序和数据库。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的网络接口用于与外部的客户端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种VXLAN网络中报文转发方法服务端侧的功能或步骤。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是客户端，其内部结构图可以如图7所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口、显示屏和输入装置。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的网络接口用于与外部服务器通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种VXLAN网络中报文转发方法客户端侧的功能或步骤
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现以下步骤：
根据接收的报文查找转发表，获取对应的下一跳索引，所述下一跳索引包括VTEP信息索引和VxLAN网络标识符VNI信息；
根据所述下一跳索引获取VNI信息，以及根据所述VTEP信息索引查询VTEP信息；
利用所述VTEP信息和VNI信息对所述报文进行封装后转发。
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
根据接收的报文查找转发表，获取对应的下一跳索引，所述下一跳索引包括VTEP信息索引和VxLAN网络标识符VNI信息；
根据所述下一跳索引获取VNI信息，以及根据所述VTEP信息索引查询VTEP信息；
利用所述VTEP信息和VNI信息对所述报文进行封装后转发。
需要说明的是，上述关于计算机可读存储介质或计算机设备所能实现的功能或步骤，可对应参阅前述方法实施例中，服务端侧以及客户端侧的相关描述，为避免重复，这里不再一一描述。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，该计算机程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，前述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)等非易失性存储介质，或随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)等。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种VXLAN网络中报文转发方法，其特征在于，所述转发方法包括：
根据接收的报文查找转发表，获取对应的下一跳索引，所述下一跳索引包括VTEP信息索引和VxLAN网络标识符VNI信息；
根据所述下一跳索引获取VNI信息，以及根据所述VTEP信息索引查询VTEP信息；
利用所述VTEP信息和VNI信息对所述报文进行封装后转发。
2.如权利要求1所述的VXLAN网络中报文转发方法，其特征在于，所述根据所述VTEP信息索引查询VTEP信息，包括：
根据所述VTEP信息索引访问VTEP信息表，获得下一跳的所述VTEP信息。
3.如权利要求1所述的VXLAN网络中报文转发方法，其特征在于，在所述报文转发时，所述VTEP信息索引和所述VNI信息存储在VTEP的内存中；
所述根据所述下一跳索引获取VNI信息，包括：
解析所述下一跳索引获取跳VTEP所在VXLAN网络的VNI信息。
4.如权利要求1所述的VXLAN网络中报文转发方法，其特征在于，所述利用所述VTEP信息和VNI信息对所述报文进行封装后转发，包括：
用所述VTEP信息重写外层报文头，将所述VNI信息填入外层报文头指定位置。
5.如权利要求1所述的VXLAN网络中报文转发方法，其特征在于，所述下一跳索引包括高位部分和低位部分，所述高位部分包括VNI信息，所述低位部分包括VTEP信息索引。
6.如权利要求1所述的VXLAN网络中报文转发方法，其特征在于，所述根据接收的报文查找转发表获得对应的下一跳索引，包括：
根据接收的报文查找转发表获得所述VNI信息；
根据所述VNI信息获得所述下一跳索引。
7.如权利要求1所述的VXLAN网络中报文转发方法，其特征在于，所述方法还包括：根据Vtep Table确定Vtep是否一致，若一致，则不再下发下发转发表和Vtep Table；若不一致，则下发转发表和Vtep Table。
8.一种VXLAN网络中报文转发装置，其特征在于，所述转发装置包括：
查找模块，用于根据接收的报文查找转发表，获得对应的下一跳索引，所述下一跳索引包括VTEP信息索引和VxLAN网络标识符VNI信息；
索引模块，用于根据所述下一跳索引获取VNI信息，以及根据所述VTEP信息索引查询VTEP信息；
转发模块，用于利用所述VTEP信息和VNI信息对所述报文进行封装后转发。
9.一种计算机芯片，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求1至7中任一项权利要求所述VXLAN网络中报文转发方法的步骤。
10.一种存储有计算机可读指令的存储介质，所述计算机可读指令被一个或多个处理器执行时，使得一个或多个处理器执行如权利要求1至7中任一项权利要求所述VXLAN网络中报文转发方法的步骤。
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