WO2018157466A1 - 一种基于sdn的跨数据中心通信方法和网络系统 - Google Patents

一种基于sdn的跨数据中心通信方法和网络系统 Download PDF

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Definitions

  • the invention belongs to the technical field of network communication, and in particular relates to a cross-data center communication method and network system based on SDN.
  • the problem to be solved by the present invention is to provide an SDN-based cross-data center communication method and system, which can provide differentiated services for different service types, and realize dynamic and controllable And efficient management of communication across data centers.
  • an SDN-based cross-data center communication method of the present invention includes the following steps:
  • cross-domain gateway system including first to Nth cross-domain gateways, each inter-domain gateway connecting a data center and other cross-domain gateways;
  • VxLAN tunnel from the data center to the inter-domain gateway; initialize the inter-domain gateway system and create a VxLAN tunnel from the inter-domain gateway to the data center; this VxLAN tunnel is centrally configured through the inter-domain network platform, making the management of the tunnel flexible. Controllable.
  • the SDN controller allocates different VNIs to the data center by issuing a VNI matching conversion flow table, and creates different cross-domain networks for communication across data centers: the first cross-domain gateway issues with its direct a data packet of the first VNI of the connected first data center, and receiving a data packet with a second VNI sent by the second inter-domain gateway directly connected thereto, the first cross-domain gateway receiving the The VNI match of the packet with the second VNI is converted to the first VNI.
  • the arp packet match whether it is a broadcast packet by 01:00:00:00:00:00/01:00:00:00:00:00, and if it is a broadcast packet, according to the source of the arp packet Forwarding: if it is a data packet sent by the first data center, forwarding only to a second cross-domain gateway directly connected to the first cross-domain gateway; if it is a data packet sent by the second cross-domain gateway , only forwarded to the first data center;
  • ip packets For ip packets, match by 00:00:00:00:00:00/01:00:00:00:00:00; ip packets through the flow table self-learning to find the gateway export port corresponding to mac, or When the network is created, the mapping between mac and port is directly sent.
  • the mapping between the mac and the port is directly delivered to the flow table of the inter-domain gateway.
  • the advantages are as follows: 1.
  • the process of self-learning is cancelled to reduce the delay;
  • the table is an exact match and there will be no other flow table interference.
  • the flow table is self-learned to determine the flow table of the ip packet.
  • the self-learning process is to obtain the destination mac through the arp packet, and add the mapping relationship between mac and port to the dynamic table.
  • a cross-data center network system for the above communication method comprising:
  • inter-domain gateways that is, a plurality of inter-domain gateways, one end of which is connected to the data center, and the other end is connected to other inter-domain gateways;
  • the data center and the inter-domain gateway are logically connected by using a VxLAN tunnel;
  • the cross-domain network platform dynamically creates a dynamic start and stop of the link according to the flexible configuration of the VxLAN tunnel between the data center and the inter-domain gateway according to the configuration file.
  • the SDN controller dynamically delivers the cross-data center communication flow table according to different service requests.
  • the SDN-based cross-data center communication method and system of the present invention isolates data center networks according to tenants or services, optimizes communication across data centers, and realizes dynamic, controllable, and efficient management of communication across data centers. Greatly improved communication speed.
  • FIG. 1 is a flow chart of an SDN-based cross-data center communication method according to the present invention.
  • FIG. 2 is a topological mapping relationship diagram of a cross-data center network node according to the present invention.
  • FIG. 4 is a flow chart of a cross-domain gateway node flow table cross-data center communication according to the present invention.
  • the inter-domain gateway system includes first to Nth cross-domain gateways, and each cross-domain gateway connects to the data center and other cross-domain gateways;
  • VxLAN tunnel from the data center to the inter-domain gateway; initialize the inter-domain gateway system and create a VxLAN tunnel from the inter-domain gateway to the data center; this VxLAN tunnel is centrally configured through the inter-domain network platform, making the management of the tunnel flexible. Controllable.
  • the number of ways to use the SDN controller to deliver the VNI matching conversion flow table According to different services, the number of ways to use the SDN controller to deliver the VNI matching conversion flow table
  • different cross-domain networks are created for cross-data center communication: the first inter-domain gateway sends a packet with the first VNI of the first data center directly connected thereto, and receives the direct connection with it.
  • the second cross-domain gateway sends a packet with the second VNI, and the first cross-domain gateway converts the VNI matching of the packet with the second VNI it receives into the first VNI.
  • the process of matching the first cross-domain gateway to the converted VNI is as follows:
  • the arp packet match whether it is a broadcast packet by 01:00:00:00:00:00/01:00:00:00:00:00, and if it is a broadcast packet, according to the source of the arp packet Forwarding: if it is a data packet sent by the first data center, it is only forwarded to the second cross-domain gateway directly connected to the first cross-domain gateway; if it is a data packet sent by the second cross-domain gateway, it is only forwarded to the first a data center;
  • ip packets For ip packets, match by 00:00:00:00:00:00/01:00:00:00:00:00; ip packets through the flow table self-learning to find the gateway export port corresponding to mac, or When the network is created, the mapping between mac and port is directly sent.
  • the mapping between the mac and the port is directly delivered to the flow table of the inter-domain gateway.
  • the advantages are as follows: 1.
  • the process of self-learning is cancelled to reduce the delay;
  • the table is an exact match and there will be no other flow table interference.
  • the flow table is self-learned to determine the flow table of the ip packet.
  • the self-learning process is to obtain the destination mac through the arp packet, and add the mapping relationship between mac and port to the dynamic table.
  • the cross-data center network used in the above communication method includes:
  • inter-domain gateway nodes that is, several inter-domain gateways
  • one end of the inter-domain gateway is connected to the data center, and the other end is connected to other inter-domain gateways.
  • the inter-domain gateway is used to send and receive data packets arriving at the data center; the data center and the inter-domain gateway Use VxLAN tunnels for logical connectivity; cross-domain gateways are used to send packets with VNIs that are directly connected to the data center, and receive packets with other VNIs from other cross-domain gateways that are directly connected to them.
  • a number of SDN control nodes that is, several SDN controllers; the SDN controller is used to manage and control the inter-domain gateway, and the management mode is to receive the request through the REST API and deliver the cross-data center communication flow table; the cross-data center communication flow table includes the basics The communication flow table and the VNI match the conversion flow table.
  • the SDN controller can manage and view the inter-domain gateway to view the working status of the gateway in real time. You can view real-time statistics of gateway traffic.
  • the cross-domain network platform dynamically creates a dynamic start and stop of the link according to the flexible configuration of the VxLAN tunnel between the data center and the inter-domain gateway according to the configuration file.
  • the SDN controller dynamically delivers the cross-data center communication flow table according to different service requests.
  • the experiment is based on the OpenStack cross-data center communication experiment environment.
  • Test Use the ping command to test network interoperability.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
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  • Computer Security & Cryptography (AREA)
  • Data Exchanges In Wide-Area Networks (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于SDN的跨数据中心通信方法和网络系统，采用SDN的网络技术，实现网络自动化的编排管理。支持OF协议的网关并引入SDN控制器ODL，网关实现Overlay的VxLAN网络，实现L2的互通。ODL控制器对OF网关进行流表规划，控制网关的转发行为，并对租户网络进行管理。

Description

一种基于SDN的跨数据中心通信方法和网络系统 技术领域
本发明属于网络通信技术领域，具体是一种基于SDN的跨数据中心通信方法和网络系统。
背景技术
随着网络的发展，数据量的爆发式增涨，数据中心在通信行业的地位和作用呈现出前所未有的重要性。数据中心业务逻辑以及数据规模的快速扩大，单一节点的数据中心已经无法满足当前的需求。跨地区多节点的数据中心部署已经成为主流。对于跨地区多节点的数据中心，系统资源分散，网络隔离。为了数据中心各节点之间的协调，资源的整合以及优化分配，跨数据中心的通行是满足上述需求的基础。然而传统的跨数据中心通信方式，无法灵活的构建跨数据中心通行链路。
首先，从响应业务的角度来看，数据中心间网络链路带宽资源有限，难以满足业务临时性的大容量传输需求，通常需要业务部门自行搭建VPN平台并通过公网传输；对重点业务流量的QoS保障也需要较长的时间扩容来满足，业务部门通常抱怨基础架构行动缓慢、缺乏灵活性、响应速度慢。
其次，从链路利用率角度分析，为确保数据中心间专线可靠性需要做到业务专线1:1备份，所以正常的情况下网络链路利用率低于50％。昂贵的数据中心间网络专线带宽浪费过半，而业务部门又苦于数据中心间专线带宽不够，如何提高DCI(Data Center Interconnect，数据中心互联)链路利用率成为一个难题。
第三，从网络管理的角度分析，在大型骨干网中，由于地理分布较广和业务类型众多等原因，一个管理域中设备数量往往接近几千台。面对如此大型的网络，完全通过人工方式管理这些分布式的系统需要一个非常复杂的管理体系和风险控制流程。同时业务模式的多样性，意味着需要为不同的业务类型提供差异化服务。
发明内容
本发明要解决的问题是提供一种基于SDN的跨数据中心通信方法和系统，该通信方法和网络系统能够为不同的业务类型提供差异化服务，实现动态、可控 以及高效的管理跨数据中心的通信。
为实现上述发明目的，本发明提供了一套基于SDN的跨数据中心通信方法，采用SDN的网络技术，实现网络自动化的编排管理。支持OF协议的网关并引入SDN控制器ODL，网关实现Overlay的VxLAN网络，实现L2的互通。ODL控制器对OF网关进行流表规划，控制网关的转发行为，并对租户网络进行管理。具体来讲，本发明的一种基于SDN的跨数据中心通信方法，包括以下步骤：
部署和启动跨域网关系统，所述跨域网关系统包括第一至第N个跨域网关，每个跨域网关连接数据中心和其他跨域网关；
创建数据中心到跨域网关的VxLAN隧道；初始化跨域网关系统，创建跨域网关到数据中心的VxLAN隧道；这种VxLAN隧道是通过跨域网络平台集中配置的，使得隧道的管理变得灵活，可控。
根据不同的业务，使用SDN控制器通过下发VNI匹配转换流表的方式向数据中心分配不同的VNI，创建不同的跨域网络，进行跨数据中心通信：第一跨域网关发出带有与其直接连接的第一数据中心的第一VNI的数据包，并接收与其直接连接的第二跨域网关发来的带有第二VNI的数据包，所述第一跨域网关将其接收的所述带有第二VNI的数据包的VNI匹配转换成第一VNI，。
进一步的，所述第一跨域网关匹配转换VNI的过程为：
对于arp数据包，通过01:00:00:00:00:00/01:00:00:00:00:00来匹配是否为广播包，如果是广播包，则根据该arp数据包的来源进行转发：如果是所述第一数据中心发出的数据包，则只转发给与所述第一跨域网关直接连接的第二跨域网关；如果是所述第二跨域网关发来的数据包，则只转发给所述第一数据中心；
对于ip数据包，通过00:00:00:00:00:00/01:00:00:00:00:00来匹配；ip数据包通过流表自学习来找到mac对应的网关出口port，或者，在创建网络的时候直接发下mac和port的映射关系。
对于跨数据中心的主要的业务，通过直接下发mac和port的映射关系到跨域网关的流表中，其优势有两点：1、取消自学习的过程来减小延时；2、流表是精确的匹配，不会有其他的流表干扰。对于一些使用频率较低的业务通过流表自学习来确定ip数据包的流表。自学习的过程就是通过arp数据包获取目的mac，将mac和port的映射关系加到动态的加到流表中。
用于上述通信方法的跨数据中心网络系统，包括：
若干跨域网关节点，即若干跨域网关，所述跨域网关一端连接数据中心，另一端连接其它跨域网关；所述数据中心和跨域网关使用VxLAN隧道进行逻辑连通；所述跨域网关用于发出带有与其直接连接的数据中心的VNI的数据包，并接收与其直接连接的其它跨域网关发来的带有其它VNI的数据包。
若干SDN控制节点，即若干SDN控制器；所述SDN控制器用于管理和控制跨域网关，管理方式包括下发跨数据中心通信流表；所述跨数据中心通信流表表包含基础通信流表和VNI匹配转换流表。
跨域网络平台，根据根据配置文件灵活的创建跨数据中心和跨域网关之间的VxLAN隧道，实现链路的动态启停；根据不同业务请求SDN控制器动态下发跨数据中心通信流表。
本发明的一种基于SDN的跨数据中心通信方法和系统，根据租户或者业务对跨数据中心网络进行隔离，优化了跨数据中心通信，实现动态、可控以及高效的管理跨数据中心的通信，大大提高了通信速度。
附图说明
图1为本发明的基于SDN的跨数据中心通信方法的流程图；
图2为本发明的跨数据中心网络节点拓扑映射关系图；
图3为本发明的跨数据中心网络一个实例的节点拓扑映射关系图；
图4为本发明的跨数据中心通信跨域网关节点流表走向图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的一种基于SDN的跨数据中心通信方法和网络作进一步更详细的描述。
如图1所示，本发明的一种基于SDN的跨数据中心通信方法，包括以下步骤：
部署和启动跨域网关系统，跨域网关系统包括第一至第N个跨域网关，每个跨域网关连接数据中心和其他跨域网关；
创建数据中心到跨域网关的VxLAN隧道；初始化跨域网关系统，创建跨域网关到数据中心的VxLAN隧道；这种VxLAN隧道是通过跨域网络平台集中配置的，使得隧道的管理变得灵活，可控。
根据不同的业务，使用SDN控制器通过下发VNI匹配转换流表的方式向数 据中心分配不同的VNI，创建不同的跨域网络，进行跨数据中心通信：第一跨域网关发出带有与其直接连接的第一数据中心的第一VNI的数据包，并接收与其直接连接的第二跨域网关发来的带有第二VNI的数据包，第一跨域网关将其接收的带有第二VNI的数据包的VNI匹配转换成第一VNI，。
如图4所示，第一跨域网关匹配转换VNI的过程为：
对于arp数据包，通过01:00:00:00:00:00/01:00:00:00:00:00来匹配是否为广播包，如果是广播包，则根据该arp数据包的来源进行转发：如果是第一数据中心发出的数据包，则只转发给与第一跨域网关直接连接的第二跨域网关；如果是第二跨域网关发来的数据包，则只转发给第一数据中心；
对于ip数据包，通过00:00:00:00:00:00/01:00:00:00:00:00来匹配；ip数据包通过流表自学习来找到mac对应的网关出口port，或者，在创建网络的时候直接发下mac和port的映射关系。
对于跨数据中心的主要的业务，通过直接下发mac和port的映射关系到跨域网关的流表中，其优势有两点：1、取消自学习的过程来减小延时；2、流表是精确的匹配，不会有其他的流表干扰。对于一些使用频率较低的业务通过流表自学习来确定ip数据包的流表。自学习的过程就是通过arp数据包获取目的mac，将mac和port的映射关系加到动态的加到流表中。
如图2所示，用于上述通信方法的跨数据中心网络，包括：
若干跨域网关节点，即若干跨域网关，跨域网关一端连接数据中心，另一端连接其它跨域网关，跨域网关用于发送和接受到达该数据中心的数据包；数据中心和跨域网关使用VxLAN隧道进行逻辑连通；跨域网关用于发出带有与其直接连接的数据中心的VNI的数据包，并接收与其直接连接的其它跨域网关发来的带有其它VNI的数据包。
若干SDN控制节点，即若干SDN控制器；SDN控制器用于管理和控制跨域网关，管理方式为通过REST API接收请求，并下发跨数据中心通信流表；跨数据中心通信流表表包含基础通信流表和VNI匹配转换流表。SDN控制器可以管理和查看跨域网关，实时查看网关的工作情况。可以查看网关流量实时统计。
跨域网络平台，根据根据配置文件灵活的创建跨数据中心和跨域网关之间的VxLAN隧道，实现链路的动态启停；根据不同业务请求SDN控制器动态下发跨数据中心通信流表。
如图3所示，以基于OpenStack跨数据中心通信实验环境为例进行说明。
基于OpenStack云跨数据中心通信实验的流程图参考图1所示，该流程包括：
SDN控制器部分：
部署Opendaylight环境，启动odl，安装相关组件；
Openstack部分：
部署两套Openstack环境；
两套Openstack上创建同一网段的子网，并创建虚拟机；
在Openstack计算节点上添加到跨域网关的VxLAN隧道；
跨域网关部分：
部署网关环境，可以使用OVS交换机也可以在虚拟机上安装Openvswitch；
将跨域网关连接上控制器；
跨域系统部分：
修改配置文件，启动Unison；
执行初始化跨数据中心环境脚本；
调用跨域系统创建跨域网络接口；
测试：使用ping命令测试能否网络互通。
本发明具体应用途径很多，以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

  1. 一种基于SDN的跨数据中心通信方法，其特征在于，包括以下步骤：
    部署和启动跨域网关系统，所述跨域网关系统包括第一至第N个跨域网关，每个跨域网关连接数据中心和其他跨域网关；
    创建数据中心到跨域网关的VxLAN隧道；初始化跨域网关系统，创建跨域网关到数据中心的VxLAN隧道；
    根据不同的业务，使用SDN控制器通过下发VNI匹配转换流表的方式向数据中心分配不同的VNI，创建不同的跨域网络，进行跨数据中心通信：第一跨域网关发出带有与其直接连接的第一数据中心的第一VNI的数据包，并接收与其直接连接的第二跨域网关发来的带有第二VNI的数据包，所述第一跨域网关将其接收的所述带有第二VNI的数据包的VNI匹配转换成第一VNI。
  2. 根据权利要求2所述的基于SDN的跨数据中心通信方法，其特征在于，所述第一跨域网关匹配转换VNI的过程为：
    对于arp数据包，通过01:00:00:00:00:00/01:00:00:00:00:00来匹配是否为广播包，如果是广播包，则根据该arp数据包的来源进行转发：如果是所述第一数据中心发出的数据包，则只转发给与所述第一跨域网关直接连接的第二跨域网关；如果是所述第二跨域网关发来的数据包，则只转发给所述第一数据中心；
    对于ip数据包，通过00:00:00:00:00:00/01:00:00:00:00:00来匹配；ip数据包通过流表自学习来找到mac对应的网关出口port，或者，在创建网络的时候直接发下mac和port的映射关系。
  3. 一种用于权利要求1或2所述的通信方法的跨数据中心网络系统，包括：
    若干跨域网关节点，即若干跨域网关，所述跨域网关一端连接数据中心，另一端连接其它跨域网关；所述数据中心和跨域网关使用VxLAN隧道进行逻辑连通；所述跨域网关用于发出带有与其直接连接的数据中心的VNI的数据包，并接收与其直接连接的其它跨域网关发来的带有其它VNI的数据包；
    若干SDN控制节点，即若干SDN控制器；所述SDN控制器用于管理和控制跨域网关，管理方式包括下发跨数据中心通信流表；所述跨数据中心通信流表表包含基础通信流表和VNI匹配转换流表；
    跨域网络平台，根据根据配置文件灵活的创建跨数据中心和跨域网关之间的VxLAN隧道，实现链路的动态启停；根据不同业务请求SDN控制器动态下发跨数据中心通信流表。
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