CN117527758A - 一种基于Openstack的虚拟IP实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种基于Openstack的虚拟IP实现方法,包括:选择VPC下的子网创建对应的虚拟网口Neutron Port,将对其分配的IP地址作为虚拟地址VIP;将VIP绑定到VM上,通过VIP发出免费ARP报文,在计算节点OpenvSwitch网桥上增加拦截VIP的免费ARP报文的流表;Ryu控制器捕获到VIP的免费ARP报文,提取出源IP地址和关联的源MAC地址;Neutron Server服务器更新VIP所关联的所有Neutron Port的Allow_address_pair属性;操作分布式路由DVR,配置VIP的静态ARP数据,在静态ARP数据中,MAC地址为VIP所绑定的VM MAC地址,当VIP出现漂移时,更新正确的VM MAC地址。本发能够实现跨三层访问VIP的能力。
Description
技术领域
本发明涉及云网络技术领域,特别涉及一种基于Openstack的虚拟IP实现方法。
背景技术
OpenStack是一个开源的云计算管理平台项目,是一系列软件开源项目的组合。Neutron是一个用Python写的分布式软件项目,用来实现OpenStack中的虚拟网络服务,实现软件定义网络。为了降低网络节点的负载,同时提高可扩展性,OpenStack自Juno版本开始正式引入了DVR(Distributed Virtual Router,分布式路由)特性。
在Openstack Neutron DVR里会记录当前VPC(Virtual Private Cloud,私有网络)下所有VM(Virtual Machine,虚拟机)的静态ARP(Address Resolution Protoco,地址解析协议)信息,因此DVR在承载三层转发时,直接查询静态ARP表项而无需触发ARP报文去学习目标的MAC地址,即使触发了ARP学习,也会在OpenvSwitch上被流表丢弃,即:当前的机制是禁止DVR主动向外发送ARP报文来学习目标MAC。Open vSwitch是一个开源的虚拟交换机实现。广泛应用在云计算行业,为网络管理员提供虚拟云主机之间和之内的流量可见性与可控性。
通常VIP(虚拟IP地址)是通过创建一个Neutron Port(虚拟网口)预留出一个IP地址,将这个IP地址视作VIP。VIP关联VM时,对应设置VM的Neutron Port的Allow_address_pair属性。而DVR里记录的VIP静态ARP配置中,其关联的MAC地址则为VIP Neutron Port自身的MAC,无法感知VIP绑定到哪台VM。
图1为现有Openstack VPC网络模型中跨子网(三层)访问VIP的数据流量模型,具体如下:
(1)通常会选择VPC下某个子网创建对应的Neutron Port,其分配的IP地址则作为VIP。
(2)在DVR里配置的VIP静态ARP,其中的MAC地址为VIP对应Neutron Port的MAC地址。
(3)跨子网访问VIP时,执行三层转发,流量先送达默认网关(即DVR),在DVR里查询VIP的静态ARP配置,更改目的MAC为记录的MAC,再送至OpenvSwitch转发到目的(可能在同节点也可能在不同节点)。
然而上述的技术方案存在如下问题:
现有的Openstack Neutron DVR里配置的VIP的静态ARP,其映射的MAC地址并非是VIP所绑定的虚拟机VM的MAC地址,同时更不会随着VIP的漂移而及时更新准确的静态ARP配置,进而导致无法跨子网(三层)访问VIP。
发明内容
本发明的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。
为此,本发明的目的在于提出一种基于Openstack的虚拟IP实现方法,能够实现跨三层访问VIP的能力。
为了实现上述目的,本发明的实施例提供一种基于Openstack的虚拟IP实现方法,包括如下步骤:
步骤S1,选择私有网络VPC下的子网创建对应的虚拟网口Neutron Port,将对所述Neutron Port分配的IP地址作为虚拟地址VIP;
步骤S2,将虚拟地址VIP绑定到虚拟机VM上,通过虚拟地址VIP发出免费ARP报文,在计算节点OpenvSwitch网桥上增加拦截VIP的免费ARP报文的流表,并发送至Neutron OVSAgent组件的Ryu控制器;
步骤S3,所述Ryu控制器捕获到所述虚拟地址VIP的免费ARP报文,并从所述免费ARP报文中提取出源IP地址和关联的源MAC地址,发送至Neutron Server服务器;
步骤S4,所述Neutron Server服务器更新VIP所关联的所有Neutron Port的Allow_address_pair属性,构造静态APR数据;
步骤S5,由Neutron L3 Agent组件操作分布式路由DVR,配置VIP的静态ARP数据,在静态ARP数据中,MAC地址为VIP所绑定的VM MAC地址,当VIP出现漂移时,更新正确的VMMAC地址。
进一步,在所述步骤S3中,所述源IP地址为所述虚拟地址VIP;所述源MAC地址为VIP所绑定虚拟机的MAC地址。
进一步,在所述步骤S4中,所述Allow_address_pair属性,包括:
port_id:关联的Neutron Port UUID;
mac_address:关联的Neutron Port MAC地址,作为虚拟机VM的MAC地址;
ip_address:虚拟地址VIP;
network_id:VIP所属的网络UUID;
active:标识VIP是否绑定在此Port或VM。
进一步,在所述步骤S4中,在Allow_address_pair数据模型中增加act ive属性,利用获取到的源IP地址和关联的源MAC地址,通过比对MAC地址,设置act ive属性值。
进一步,如果MAC地址相同,则设置active属性值为True;如果MAC地址不同,则设置active属性值为False。
进一步,当检测到active属性值为True时,则表示VIP绑定在此虚拟机,数据存入数据库并进行持久化。
进一步,当相关服务重启时,根据持久化的数据自动恢复VIP的静态ARP配置。
进一步,在所述步骤S5中,当虚拟地址VIP漂移到新虚拟机时,新虚拟机主动发送免费ARP报文由,OpenvSwitch重新捕获免费ARP报文,切换VIP所关联的MAC地址。
进一步,在所述步骤S5之后,还包括如下步骤:
步骤S6,跨子网访问VIP时,执行三层转发,流量先送达分布式路由DVR,在DVR里查询VIP的静态ARP配置,更改目的MAC地址为VIP所绑定的VM MAC地址,再送至OpenvSwitch转发到目的节点。
进一步,拦截VIP的免费ARP报文的流表由所述Ryu控制器预先编排,当接收到虚拟地址VIP发送的免费ARP报文时,拦截该免费ARP报文送至Ryu控制器,并进一步通知NeutronServer服务器。
根据本发明实施例的基于Openstack的虚拟IP实现方法,具有以下有益效果:
(1)捕获免费ARP,精准关联MAC:VIP绑定到虚机后主动发送免费ARP,OpenvSwitch捕获免费ARP报文,精准提取VIP及其关联的MAC地址。
(2)VIP漂移,快速切换MAC:VIP漂移到新虚机,新虚机主动发送免费ARP,OpenvSwitch重新捕获免费ARP报文,快速切换VIP所关联的MAC地址。
(3)跨三层访问VIP:精准提取到<VIP,MAC>信息,配置到DVR实例,实现跨三层访问VIP的能力。
(4)数据持久化,服务重启自动恢复:在Allow_address_pair数据模型中增加active属性,利用精准获取到的<VIP,MAC>信息,通过比对MAC地址,相应地设置active属性值为True或False,为True则表明VIP绑定在此虚机,数据存入DB做持久化,相关服务重启时,可根据持久化数据自动恢复VIP的静态ARP配置。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述中变得明显,或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解,其中:
图1为现有技术中Openstack VPC网络模型中跨子网(三层)访问VIP的数据流量模型的示意图;
图2为本发明实施例的基于Openstack的虚拟IP实现方法的流程图;
图3为采用本发明实施例的基于Openstack的虚拟IP实现方法改进后的数据流量模型的示意图;
图4为根据本发明实施例的拦截VIP的免费ARP报文的流表的设计示意图;
图5为根据本发明实施例的系统流的示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,旨在用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。
如图2和图3所示,本发明实施例的基于Openstack的虚拟IP实现方法,包括如下步骤:
步骤S1,选择私有网络VPC下的一个子网创建对应的虚拟网口Neutron Port,将对Neutron Port分配的IP地址作为虚拟地址VIP。
步骤S2,将虚拟地址VIP绑定到虚拟机VM上,通过虚拟地址VIP发出免费ARP报文(含VIP漂移的情况),在计算节点OpenvSwitch网桥上增加拦截VIP的免费ARP(简称GARP)报文的流表,并发送至Neutron OVS Agent组件的Ryu控制器。
参考图5,拦截VIP的免费ARP报文的流表由Ryu控制器预先编排,当接收到虚拟地址VIP发送的免费ARP报文时,拦截该免费ARP报文的送至Neutron OVS Agent组件的Ryu控制器。
OVS Agent是Neutron中的一个重要组件,主要用于与Open vSwitch(OVS)交互,实现虚拟机实例之间以及虚拟机实例与外部网络之间的数据包转发和流量控制。OVS Agent负责将虚拟机实例的网络流量通过OVS交换机进行转发,同时还负责监控和管理OVS交换机的状态。
图4中虚线框住部分为新增的拦截VIP的免费ARP报文的流表,主要用于拦截VIP的免费ARP报文,上送控制器,并进一步通知Neutron Server服务器。
步骤S3,Ryu控制器捕获到虚拟地址VIP的免费ARP报文,并从免费ARP报文中提取出源IP地址和关联的源MAC地址(<VIP,MAC>),发送至Neutron Server服务器。
在本发明的实施例中,源IP地址为虚拟地址VIP;源MAC地址为VIP所绑定虚拟机的MAC地址。
综上,通过VIP绑定到虚机后主动发送免费ARP,OpenvSwitch捕获免费ARP报文,可以精准提取VIP及其关联的MAC地址。
步骤S4,Neutron Server服务器更新VIP所关联的所有Neutron Port的Allow_address_pair属性,构造静态APR数据,最后通知计算节点上的DVR更新VIP的静态ARP配置。
具体的,Allow_address_pair属性,包括:
(1)port_id:关联的Neutron Port UUID.。一个Neutron Port允许包含多个Allow_address_pair。
(2)mac_address:关联的Neutron Port MAC地址,作为虚拟机VM的MAC地址。
(3)ip_address:虚拟地址VIP,即VIP。
(4)network_id:VIP所属的网络UUID;
(5)active:标识VIP是否绑定在此Port/VM。
具体的,在Allow_address_pair数据模型中增加active属性。当从计算节点收到<VIP,MAC>通知信息后,会先找出VIP关联的所有Allow_address_pair,利用获取到的源IP地址和关联的源MAC地址,通过比对MAC地址,设置active属性值。
如果MAC地址相同,则设置active属性值为True;如果MAC地址不同,则设置active属性值为False。当检测到active属性值为True时,则表示VIP绑定在此虚拟机,数据存入数据库并进行持久化。基于Allow_address_pair中active为True的Neutron Port信息构造静态ARP配置信息并通知所有关联的计算节点。此数据模型会存于数据库做持久化,这样当相关服务重启(网络进程重启或机器重启)时,根据持久化的数据自动恢复VIP的静态ARP配置。
步骤S5,由Neutron L3 Agent组件操作分布式路由DVR,配置VIP的静态ARP数据,在静态ARP数据中,MAC地址为VIP所绑定的VM MAC地址,当VIP出现漂移时,更新正确的VMMAC地址。
L3 Agent是Neutron中的另一个重要组件,主要负责处理虚拟路由器的相关操作。虚拟路由器是在二层网络之上实现的逻辑路由设备,L3 Agent通过与物理网络的交互,实现虚拟机实例之间以及虚拟机实例与外部网络之间的数据包转发和路由功能。
当虚拟地址VIP漂移到新虚拟机时,新虚拟机主动发送免费ARP报文由,OpenvSwitch重新捕获免费ARP报文,快速切换VIP所关联的MAC地址。通知的MAC发生变化,相应的Allow_address_pair中的active值也随之更新。最后都会基于active为True的Allow_address_pair构造静态ARP配置并通知至计算节点的DVR。
步骤S6,跨子网访问VIP时,执行三层转发,流量先送达默认网关(即分布式路由DVR),在DVR里查询VIP的静态ARP配置,更改目的MAC地址为VIP所绑定的VM MAC地址,再送至OpenvSwitch转发到目的节点。
需要说明的是,OpenvSwitch转发到目的可能在同节点也可能在不同节点。
本发明实施例的基于Openstack的虚拟IP实现方法能够在DVR里准确地配置VIP的静态ARP,同时还能够支持VIP的漂移,最终实现跨三层访问VIP的能力。
本发明实施例的基于Openstack的虚拟IP实现方法,VIP绑定到主虚拟机后,主动发出免费ARP报文,在计算节点OpenvSwitch网桥上增加拦截VIP的免费ARP报文的流表,其动作上送控制器。控制器捕获到VIP的免费ARP报文,提取出源IP(即VIP)、源MAC(即VIP所绑定虚拟机的MAC)并通知至Neutron Server,在Neutron Server端会更新VIP所关联的所有Neutron Port的Allow_address_pair属性,最后通知计算节点上的DVR更新VIP的静态ARP配置。此方法能够在DVR里准确地配置VIP的静态ARP,同时还能够支持VIP的漂移,最终实现跨三层访问VIP的能力。
本发明具备通用性,可广泛地应用于各类云平台,包含:Opentack云平台、K8S云平台以及其他第三方云平台。本发发明实现了在Openstack环境下跨三层访问VIP的能力,将能够更加灵活地支撑云网络高可用业务场景。
根据本发明实施例的基于Openstack的虚拟IP实现方法,具有以下有益效果:
(1)捕获免费ARP,精准关联MAC:VIP绑定到虚机后主动发送免费ARP,OpenvSwitch捕获免费ARP报文,精准提取VIP及其关联的MAC地址。
(2)VIP漂移,快速切换MAC:VIP漂移到新虚机,新虚机主动发送免费ARP,OpenvSwitch重新捕获免费ARP报文,快速切换VIP所关联的MAC地址。
(3)跨三层访问VIP:精准提取到<VIP,MAC>信息,配置到DVR实例,实现跨三层访问VIP的能力。
(4)数据持久化,服务重启自动恢复:在Allow_address_pair数据模型中增加active属性,利用精准获取到的<VIP,MAC>信息,通过比对MAC地址,相应地设置active属性值为True或False,为True则表明VIP绑定在此虚机,数据存入DB做持久化,相关服务重启时,可根据持久化数据自动恢复VIP的静态ARP配置。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例,可以理解的是,上述实施例是示例性的,不能理解为对本发明的限制,本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。
Claims (10)
1.一种基于Openstack的虚拟IP实现方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤S1,选择私有网络VPC下的子网创建对应的虚拟网口Neutron Port,将对所述Neutron Port分配的IP地址作为虚拟地址VIP;
步骤S2,将虚拟地址VIP绑定到虚拟机VM上,通过虚拟地址VIP发出免费ARP报文,在计算节点OpenvSwitch网桥上增加拦截VIP的免费ARP报文的流表,并发送至Neutron OVSAgent组件的Ryu控制器;
步骤S3,所述Ryu控制器捕获到所述虚拟地址VIP的免费ARP报文,并从所述免费ARP报文中提取出源IP地址和关联的源MAC地址,发送至Neutron Server服务器;
步骤S4,所述Neutron Server服务器更新VIP所关联的所有Neutron Port的Allow_address_pair属性,构造静态APR数据;
步骤S5,由Neutron L3 Agent组件操作分布式路由DVR,配置VIP的静态ARP数据,在静态ARP数据中,MAC地址为VIP所绑定的VM MAC地址,当VIP出现漂移时,更新正确的VM MAC地址。
2.如权利要求1所述的基于Openstack的虚拟IP实现方法,其特征在于,在所述步骤S3中,所述源IP地址为所述虚拟地址VIP;所述源MAC地址为VIP所绑定虚拟机的MAC地址。
3.如权利要求1所述的基于Openstack的虚拟IP实现方法,其特征在于,在所述步骤S4中,所述Allow_address_pair属性,包括:
port_id:关联的Neutron Port UUID;
mac_address:关联的Neutron Port MAC地址,作为虚拟机VM的MAC地址;
ip_address:虚拟地址VIP;
network_id:VIP所属的网络UUID;
active:标识VIP是否绑定在此Port或VM。
4.如权利要求3所述的基于Openstack的虚拟IP实现方法,其特征在于,在所述步骤S4中,在Allow_address_pair数据模型中增加active属性,利用获取到的源IP地址和关联的源MAC地址,通过比对MAC地址,设置active属性值。
5.如权利要求4所述的基于Openstack的虚拟IP实现方法,其特征在于,如果MAC地址相同,则设置active属性值为True;如果MAC地址不同,则设置active属性值为False。
6.如权利要求5所述的基于Openstack的虚拟IP实现方法,其特征在于,当检测到active属性值为True时,则表示VIP绑定在此虚拟机,数据存入数据库并进行持久化。
7.如权利要求6所述的基于Openstack的虚拟IP实现方法,其特征在于,当相关服务重启时,根据持久化的数据自动恢复VIP的静态ARP配置。
8.如权利要求1所述的基于Openstack的虚拟IP实现方法,其特征在于,在所述步骤S5中,当虚拟地址VIP漂移到新虚拟机时,新虚拟机主动发送免费ARP报文由,OpenvSwitch重新捕获免费ARP报文,切换VIP所关联的MAC地址。
9.如权利要求1所述的基于Openstack的虚拟IP实现方法,其特征在于,在所述步骤S5之后,还包括如下步骤:
步骤S6,跨子网访问VIP时,执行三层转发,流量先送达分布式路由DVR,在DVR里查询VIP的静态ARP配置,更改目的MAC地址为VIP所绑定的VM MAC地址,再送至OpenvSwitch转发到目的节点。
10.如权利要求1所述的基于Openstack的虚拟IP实现方法,其特征在于,拦截VIP的免费ARP报文的流表由所述Ryu控制器预先编排,当接收到虚拟地址VIP发送的免费ARP报文时,拦截该免费ARP报文送至Ryu控制器,并进一步通知Neutron Server服务器。
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