一种基于SDN架构的VXLAN的QoS机制实现方法

摘要

本发明提供一种基于SDN架构的VXLAN的QoS机制实现方法，包括：在VXLAN网络中，建立隧道；隧道从第一VTEP延伸至第二VTEP，并由VNI识别；第一VTEP或第二VTEP将从VXLAN网络中虚拟机发出或接收的帧进行VXLAN头的封装或解封装操作；其中在封装VXLAN头时，根据QoS机制设置Pri字段，且Pri字段是VXLAN头的扩充字段；交换机和路由器利用OpenFlow流表指令解析所述Pri字段，并根据Pri字段把帧送往相应的队列；SDN架构依据调度规则按照队列进行帧的调度。本发明确保了全网的QoS机制的一致性，实现端到端的QoS机制，并且较之手动输入QoS机制更加方便和准确。

说明书

技术领域

本发明涉及一种通信技术领域，特别是涉及一种基于SDN架构的VXLAN的QoS机制实现方法。

背景技术

VXLAN(Virtual eXtensible LAN，可扩展虚拟局域网络)是一种将二层报文用三层协议进行封装的技术，可以对二层网络在三层网络范围内进行扩展。它应用于数据中心内部，使虚拟机可以在互相连通的三层网络范围内迁移，而不需要改变IP地址和MAC地址，保证业务的连续性。VXLAN可以被称为作为在第三层上第二层网络覆盖方案。典型的VXLAN组网采用集中查询服务器方式，该VXLAN网络通常包括VM(Virtual Machine，虚拟机)、VTEP(VXLAN Tunnel End Point，VXLAN隧道终端节点)设备以及查询服务器。

SDN(Software Defined Networking，软件定义网络)是一种新兴的基于软件的网络架构及技术，其核心技术为OpenFlow技术。SDN的核心技术通过控制器(Controller)和OpenFlow交换机(Switcher)将网络设备控制面与数据面分离开来，从而实现了网络流量的灵活控制。

QoS(Quality of Service，服务质量)是一个网络能够利用各种基础技术，为指定的网络通信提供更好的服务能力,是网络的一种安全机制，是用来解决网络延迟和阻塞等问题的一种技术。当没有QoS机制保障，当网络发生拥塞的时候，所有的数据流都有可能被丢弃。为满足用户对不同应用不同服务质量的要求，就需要网络能根据用户的要求分配和调度资源，对不同的数据流提供不同的服务质量：对实时性强且重要的数据报文优先处理；对于实时性不强的普通数据报文，提供较低的处理优先级，网络拥塞时甚至丢弃。

目前，传统的QoS机制是分布式控制，QoS的配置是基于每个转发设备，因此全网的QoS配置工作非常繁重而且容易出错，很难保证全网和端到端的QoS机制。并且，虽然OpenFlow也定义了简单的QoS，但是无法在VXLAN隧道这个层面里实现端到端的QoS功能。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于SDN架构的VXLAN的QoS机制实现方法，用于解决现有技术中QoS机制无法实现全网的端到端的QoS策略的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于SDN架构的VXLAN的QoS机制实现方法，所述SDN架构包括控制器、交换机和路由器；所述基于SDN架构的VXLAN的QoS机制实现方法包括：在所述VXLAN网络中，建立隧道，所述隧道从第一VTEP延伸至第二VTEP，并由VNI识别；所述第一VTEP或所述第二VTEP将所述VXLAN网络中虚拟机发出或接收的帧进行VXLAN头的封装或解封装操作；其中在封装所述VXLAN头时，根据QoS机制设置Pri字段；所述交换机和所述路由器利用OpenFlow流表指令解析所述Pri字段，并根据所述Pri字段把帧送往相应的队列；所述SDN架构利用所述OpenFlow流表指令依据调度规则按照所述队列进行帧的调度。

可选地，所述QoS机制是根据用户需求而设定的。

可选地，所述Pri字段位于所述VXLAN头的预留字段。

可选地，所述Pri字段为4bits，支持15个优先级。

可选地，所述OpenFlow流表指令包括：指令OFPAT_VXLAN_QOS_MARK、指令OFPAT_VXLAN_QOS_MAP和指令OFPAT_VXLAN_QOS_SCHEDULER。

可选地，所述指令OFPAT_VXLAN_QOS_MARK用于标记匹配的流；所述指令OFPAT_VXLAN_QOS_MAP用于映射所述VXLAN头的所述Pri字段到所述交换机的端口队列；指令OFPAT_VXLAN_QOS_SCHEDULER用于所述队列的所述调度规则的配置。

可选地，所述调度规则包括：严格优先级调度、轮询调度和加权轮询调度。

可选地，所述SDN架构依据调度规则按照所述队列进行帧的调度包括：所述控制器向所述路由器和所述交换机统一下发流表；所述交换机根据所述流表的内容转发报文。

可选地，所述Pri字段和所述队列满足映射关系。

如上所述，本发明的一种基于SDN架构的VXLAN的QoS机制实现方法利用VXLAN头保留的4bits的Pri字段，支持15个优先级；且本发明是基于SDN架构，SDN控制器将负责VXLAN隧道的端到端的QoS机制的配置，包括流分类规则，队列调度策略等相关配置。本发明增加了Pri字段，意味着QoS的控制力度更细：当网络拥塞时，保证不同优先级的报文得到不同的QoS，包括时延、带宽等；将不同优先级的报文入不同的队列，不同队列将得到不同的调度优先级或带宽保证。本发明采用SDN架构，采用集中配置，解决了在分布式环境下，QoS机制可能出现冲突或者处理不一致的问题。并且，SDN控制器根据用户需求在VXLAN隧道层面统一下发相同流表到相关SDN交换机，确保了全网的QoS机制的一致性。而且，由于SDN控制器提供了可编程的接口，因此统一下发流表较之手动输入QoS配置更加方便和准确。

附图说明

图1显示为本发明实施例公开的一种基于SDN架构的VXLAN的QoS机制实现方法的流程示意图。

图2显示为本发明实施例公开的一种基于SDN架构的VXLAN网络的结构示意图。

图3显示为本发明实施例公开的一种基于SDN架构的VXLAN的QoS机制实现方法中VXLAN网络对QoS机制的逻辑处理流程示意图。

图4显示为本发明实施例公开的一种基于SDN架构的VXLAN的QoS机制实现方法中SDN控制器对QoS机制的逻辑处理流程示意图。

图5显示为本发明实施例公开的一种基于SDN架构的VXLAN的QoS机制实现方法中SDN交换机对QoS机制的逻辑处理流程示意图。

元件标号说明

S11～S14 步骤

200      基于SDN架构的VXLAN网络

211      SDN交换机

212      SDN控制器

221      VXLAN隧道

222      第一VTEP

223      第二VTEP

230      虚拟机

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

请参阅附图。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

实施例

本实施例公开了一种基于SDN架构的VXLAN的QoS机制实现方法，其中，SDN架构包括控制器、交换机和路由器。VXLAN网络通常包括虚拟机VM和VTEP设备。在本实施例中，以图2所示的基于SDN架构的VXLAN网络200为例。

如图1所示，本实施例的基于SDN架构的VXLAN的QoS机制实现方法包括：

步骤S11，在VXLAN网络中，建立隧道：

如图2所示，VXLAN隧道221发起于第一VTEP222，且从第一VTEP222延伸至第二VTEP223，并且由VNI(Virtual Network Identifier，虚拟网络标识符)识别。在本实施例中，第一VTEP为服务器A，第二VTEP为服务器B，隧道221建立在服务器A和服务器B之间。

步骤S12，第一VTEP222或第二VTEP223将VXLAN网络中的虚拟机230发出或接收的帧进行VXLAN头的封装或解封装操作：

本实施例对原VXLAN头进行扩充：原VXLAN头的结构中都会包含一部分的预留字节，本实施例将预留字节中的4bits作为本实施例的Pri字段，如表一所示：

VXLAN Network ID[24]预留字段[4]Pri字段[4]

表一，VXLAN头示意图

由于Pri字段为4bits，所以VXLAN头支持15个优先级，数值越高意味着优先级越高；如果Pri字段为0，意味着未标记报文。并且，Pri字段的设置是根据QoS机制设置的，而QoS机制是用户根据需求而设定的。并且，如表一所示，VXLAN头还引入了24位VNI(虚拟网络标识符)，其最大支持16，000，000个逻辑网络。VNI标识一个VXLAN，VNI将内部的帧封装(帧起源在虚拟机)。使用VNI封装有助于VXLAN建立隧道，以可跨越物理三层网络。

在对虚拟机230发出或接收的帧进行封装或解封装VXLAN头的操作时，虚拟机230并不区分VNI和VXLAN隧道221。

步骤S13，交换机211和路由器利用OpenFlow流表指令解析Pri字段，并根据Pri字段把帧送往相应的队列：

由于本实施例中对VXLAN头的字节进行了扩充，所以相应地，对OpenFlow流表指令也进行了扩充。并且交换机211和路由器(图2中未标出)均支持扩充的OpenFlow流表指令。

在本实施例中，扩充的OpenFlow流表指令包括：

指令OFPAT_VXLAN_QOS_MARK：用于标记匹配的流；

指令OFPAT_VXLAN_QOS_MAP：用于映射VXLAN头的Pri字段到交换机的端口队列；

指令OFPAT_VXLAN_QOS_SCHEDULER：用于队列的调度规则的配置。调度规则包括：严格优先级调度、轮询调度和加权轮询调度。

步骤S14，SDN架构利用OpenFlow流表指令依据调度规则按照队列进行帧的调度：

SDN控制器212也支持扩充的OpenFlow流表指令。如图3所示，SDN控制器212根据用户需求确定全网的QoS机制，然后在VXLAN隧道221层面统一下发相同流表到相关SDN交换机211和路由器；最后，交换机211根据流表的内容转发报文。通过该过程，确保了全网的QoS机制的一致性，实现端到端的QoS机制。

并且，由于SDN控制器212对QoS机制的逻辑处理比较复杂。所以，如图4所示，首先需要根据用户需求，确定QoS策略，例如：流分类规则，VXLAN头的Pri字段到队列的映射规则和队列的调度规则；然后需要获取VXLAN隧道的转发路径；最后向VXLAN隧道的所有交换机下发统一的流表，实现端到端的QoS机制。

SDN交换机212对QoS机制的逻辑处理，如图5所示，包括：

进行流表匹配；

判断流表是否匹配：如果不匹配，则上报给SDN控制器211，按照不匹配的规则处理；如果批判，则继续进行下述操作；

判断VXLAN头是否存在：如果不存在，则结束，如果存在，则继续执行下述操作；

执行指令OFPAT_VXLAN_QOS_MARK，标记匹配的流；

执行指令OFPAT_VXLAN_QOS_MAP，映射VXLAN头的Pri字段到交换机的端口队列；

执行指令OFPAT_VXLAN_QOS_SCHEDULER，调度队列。

SDN交换机212对QoS机制的逻辑处理中，指令OFPAT_VXLAN_QOS_MARK用新增的流表字段VXLAN_PRI_VAL的值标记报文的VXLAN头的Pri字段；流表字段VXLAN_PRI_VAL的值域从1到15，缺省值为1。SDN控制器212在向SDN交换机212下流表的过程中会去填写SDN交换机211的流表字段VXLAN_PRI_VAL的值。

与之对应的，SDN控制器212在向SDN交换机211下流表的过程中,也需确定VXLAN头的Pri字段到队列的全局映射表，指令OFPAT_VXLAN_QOS_MAP会根据报文VXLAN头的Pri字段的值查找映射关系表，然后把报文送入对应的队列去处理。缺省映射关系如表二所示：

字段Pri队列11(最低优先级队列)22

33445566778899101011111212131314141515(最高优先级队列)

表二，Pri字段和队列的映射关系表

该缺省的映射关系表可以由用户根据实际需要进行修改。

SDN交换机211的每个端口需支持15个队列。基于这个端口的队列调度规则由控制器212通过下流表的方式进行指定。目前支持的队列调度规则包括严格优先级调度，轮询调度和加权轮询调度。各个调度规则的优缺点如表三所示：

表三，队列调度规则表

在SDN交换机211上，指令OFPAT_VXLAN_QOS_SCHEDULER会根据端口的队列调度规则去调度队列。

上面各种方法的步骤划分，只是为了描述清楚，实现时可以合并为一个步骤或者对某些步骤进行拆分，分解为多个步骤，只要包含相同的逻辑关系，都在本专利的保护范围内；对算法中或者流程中添加无关紧要的修改或者引入无关紧要的设计，但不改变其算法和流程的核心设计都在该专利的保护范围内。

综上所述，本发明一种基于SDN架构的VXLAN的QoS机制实现方法增加了Pri字段，意味着对QoS的控制力度更细：当网络拥塞时，保证不同优先级的报文得到不同的QoS待遇，包括时延、带宽等；将不同优先级的报文入不同的队列，不同队列将得到不同的调度优先级或带宽保证。本发明采用SDN架构，采用集中配置，解决了在分布式环境下，QoS规则可能出现冲突或者处理不一致的问题。并且，SDN控制器根据用户需求在VXLAN隧道层面统一下发相同流表到相关SDN交换机，确保了全网的QoS策略的一致性。而且，由于SDN控制器提供了可编程的接口，因此统一下发流表较之手动输入QoS配置更加方便和准确。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。