一种软件定义网络中虚拟机ip地址分配方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种软件定义网络中虚拟机IP地址分配方法及装置，在控制器上配置有虚拟机VM的虚拟端口与虚拟机MAC地址和IP地址的对应关系，SDN交换设备启动后，接收控制器下发的上送VM发送的动态主机配置协议DHCP报文到所述控制器的流表；当SDN交换设备接收到VM发送的DHCP报文时，匹配所述流表后将VM发送的DHCP报文上送所述控制器；当SDN交换设备接收到所述控制器向所述SDN交换设备下发的DHCP报文时，将控制器下发的DHCP报文转发给所述VM；所述控制器下发的DHCP报文中包含所述控制器根据配置的虚拟端口与虚拟机MAC地址和IP地址的对应关系为所述虚拟机分配的IP地址。
【专利说明】一种软件定义网络中虚拟机IP地址分配方法及装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及软件定义网络领域，尤其涉及一种软件定义网络中虚拟机IP地址分 配方法及装置。
【背景技术】
[0002] 软件定义网络（Software Defined Networks, SDN)是一种新型网络创新架构，其核 心技术是通过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，为 核心网络及应用的创新提供了良好的平台。在传统网络中，每台交换机或路由器都需要独 立计算报文的转发路径，而在SDN网络中，网络设备只负责单纯的数据转发，而控制部分则 独立为一台集中的控制器，负责对不同业务逻辑、转发方式进行控制。控制平面与转发平面 之间提供开放可编程的接口，目前主流的协议为Openflow，转发平面通常使用开放虚拟交 换机（Open VSwitch，0VS)。典型的SDN网络架构如图1所示。
[0003] Openflow技术的核心是将原本完全由交换机/路由器控制的数据包转发过程转 化为由0VS和控制器（Controller)分别完成的独立过程。每个0VS都有一张流表，用以 进行报文的查找和转发；0VS和控制器通过Openf low协议的安全通道对流表进行查找和管 理。0VS通过用户定义的或者预设的规则来匹配和处理网络数据包；一条Openflow的规则 由匹配域（Match Fields)、优先级（Priority)、处理指令（Instructions)和统计数据（如 Counters)等字段组成。0VS对每个数据包进行查找，如果匹配则执行相应的处理指令，否 则通过Openflow通道上送到控制器，由控制器决定处理方式。
[0004] 控制器和0VS之间通过Openflow协议创建一个Openflow安全通道，该通道中主 要的协议报文如下：
[0005] a、Packet-In报文，用于0VS接收到数据报文后在本地无法查找到对应流表、或查 找到流表但流表中指定处理动作为上送控制器时，向控制器发送Packet-In报文请求控制 器决策接收到的数据报文的处理规则；
[0006] b、Packet-Out报文，用于控制器通过0VS将数据报文发送出去；控制器会将 需要发送的数据报文封装在Packet-Out报文中，并在报文中指定出端口，0VS接收到 Packet-Out报文后会将数据报文通过指定的出端口发送出去；
[0007] c、Port_status消息报文，用于0VS上端口事件变化时，通过该消息报文通知控制 器。
[0008] SDN网络中的一个VM需要对应控制器上的一个虚拟端口（vport)。在VM部署之 前，需要在控制器上配置相应的vport (包含该vport的MAC、IP信息），控制器必须知道所 有vport对应的虚拟机的媒体介入控制（Media Access Control, MAC)、IP信息才可以正常 的控制转发，该信息也可用于安全检测，比如检测是否伪造 IP或MAC与外界通信等。当部署 VM时，需要为该VM配置与相应vport相同的MAC、IP地址，VM启动后0VS会通过Openflow 协议的Port-status消息报文将端口信息上送到控制器，控制器接收后将该VM与配置的 vport相关联并完成VM的上线，如果上送的MAC或IP信息不匹配，则认为VM非法，不允许 VM上线且不处理该VM的事件、报文。
[0009] 相关技术中，从虚拟化管理平台部署VM时，只能设置VM的物理地址（即MAC地 址），而无法设置VM的IP地址；那么当VM启动后，需要用户手动为VM设置相应的IP地址， 并保证该VM的IP地址和MAC地址与控制器上相应的vport的IP地址和MAC地址匹配。 也就是说，相关技术中从虚拟化管理平台部署VM时，需要人工配置VM的IP地址，不仅无法 实现VM的自动化部署，而且人工配置给网络管理员带来很大的工作量，配置结果也容易出 错。
【发明内容】
[0010] 有鉴于此，本发明提供一种软件定义网络中虚拟机IP地址分配方法及装置，用于 解决SDN网络中VM的IP地址自动部署问题。
[0011] 基于本发明实施例的一方面，本发明提供一种软件定义网络中虚拟机IP地址分 配方法，在控制器上配置有虚拟机VM的虚拟端口与虚拟机MAC地址和IP地址的对应关系， 该方法应用于SDN交换设备上，所述方法还包括：
[0012] 所述SDN交换设备启动后，接收控制器下发的上送VM发送的动态主机配置协议 DHCP报文到所述控制器的流表；
[0013] 当SDN交换设备接收到VM发送的DHCP报文时，匹配所述流表后将VM发送的DHCP 报文上送所述控制器；
[0014] 当SDN交换设备接收到所述控制器向所述SDN交换设备下发的DHCP报文时，将控 制器下发的DHCP报文转发给所述VM ;
[0015] 所述控制器下发的DHCP报文中包含所述控制器根据配置的虚拟端口与虚拟机 MAC地址和IP地址的对应关系为所述虚拟机分配的IP地址。
[0016] 进一步地，所述VM发送的DHCP报文包括：DHCP Discover发现报文和DHCP Request请求报文；所述控制器下发的DHCP报文包括：与DHCP发现报文对应的DHCP Offer 提供报文和与DHCP请求报文对应的DHCP ACK确认报文；
[0017] 所述DHCP Offer报文用于为所述VM提供所述控制器根据配置的虚拟端口与虚拟 机MAC地址和IP地址的对应关系为所述虚拟机分配的IP地址；所述DHCP ACK报文用于正 式确认将DHCP Request报文中的IP地址分配给所述VM。
[0018] 与上述方法相对应地，本发明还提供一种软件定义网络中虚拟机IP地址分配装 置，该装置应用于SDN交换设备中，该装置包括：
[0019] 流表接收单元，用于在所述SDN交换设备启动后，接收控制器下发的上送VM发送 的动态主机配置协议DHCP报文到所述控制器的流表；
[0020] 报文收发单元，用于在接收到VM发送的DHCP报文时，匹配所述流表后将VM发送 的DHCP报文上送所述控制器；在接收到所述控制器向所述SDN交换设备下发的DHCP报文 时，将控制器下发的DHCP报文转发给所述VM ;
[0021] 所述控制器下发的DHCP报文中包含所述控制器根据配置的虚拟端口与虚拟机 MAC地址和IP地址的对应关系为所述虚拟机分配的IP地址。
[0022] 进一步地，所述报文收发单元接收的，所述VM发送的DHCP报文包括DHCP Discover发现报文和DHCP Request请求报文，所述控制器下发的DHCP报文包括：与DHCP 发现报文对应的DHCP Offer提供报文和与DHCP请求报文对应的DHCP ACK确认报文；所述 DHCP Offer报文用于为所述VM提供所述控制器根据配置的虚拟端口与虚拟机MAC地址和 IP地址的对应关系为所述虚拟机分配的IP地址；所述DHCP ACK报文用于正式确认将DHCP Request报文中的IP地址分配给所述VM。
[0023] 基于本发明实施例的一方面，本发明还提供一种软件定义网络中虚拟机IP地址 分配方法，在控制器上配置有虚拟机VM的虚拟端口与虚拟机MAC地址和IP地址的对应关 系，该方法应用于控制器上，所述方法还包括：
[0024] 所述控制器在SDN交换设备启动时，向所述SDN交换设备下发要求所述SDN交换 设备将接收到的虚拟机VM发送的动态主机配置协议DHCP报文上送到控制器的流表；
[0025] 所述控制器接收到VM发送的DHCP报文后，基于所述虚拟机VM的虚拟端口与虚拟 机MAC地址和IP地址的对应关系，为所述虚拟机分配IP地址，并响应所述VM发送的DHCP 报文。
[0026] 进一步地，所述VM发送的DHCP报文包括DHCP Discover发现报文和DHCP Request 请求报文；所述控制器接收到DHCP Discover报文后，向所述VM发送DHCP Offer报文，为 所述VM提供所述控制器根据配置的虚拟端口与虚拟机MAC地址和IP地址的对应关系为 所述虚拟机分配的IP地址；所述控制器接收到DHCP Request报文后，向所述VM发送DHCP ACK报文，以确认将DHCP Request报文中的IP地址分配给所述VM。
[0027] 进一步地，所述方法还包括：
[0028] 所述控制器上预先配置安全IP地址区间；
[0029] 当所述控制器基于所述虚拟机VM的虚拟端口与虚拟机MAC地址和IP地址的对应 关系，未能为所述虚拟机成功分配IP地址时，所述控制器在所述配置的安全IP地址区间内 分配一个安全IP地址给所述VM。
[0030] 与上述方法对应地，本发明还提供一种软件定义网络中虚拟机IP地址分配装置， 该装置应用于控制器中，该装置包括：
[0031] 存储单元，用于存储虚拟机VM的虚拟端口与虚拟机MAC地址和IP地址的对应关 系；
[0032] 流表发送单元，用于在SDN交换设备启动时，向所述SDN交换设备下发要求所述 SDN交换设备在接收到虚拟机VM发送的动态主机配置协议DHCP报文后上送到控制器的流 表；
[0033] IP地址分配单元，用于接收到VM发送的DHCP报文后，基于所述虚拟机VM的虚拟 端口与虚拟机MAC地址和IP地址的对应关系，为所述虚拟机分配IP地址，并响应所述VM 发送的DHCP报文。
[0034] 进一步地，所述IP地址分配单元进一步用于，
[0035] 所述IP地址分配单元接收到的所述VM发送的DHCP报文包括DHCP Discover 发现报文和DHCP Request请求报文；所述IP地址分配单元接收到所述VM发送的DHCP Discover报文后，向所述VM发送DHCP Offer报文，为所述VM提供所述控制器根据配置的 虚拟端口与虚拟机MAC地址和IP地址的对应关系为所述虚拟机分配的IP地址；
[0036] 所述IP地址分配单元接收到DHCP Request报文后，向所述VM发送DHCP ACK报 文，以确认将DHCP Request报文中的IP地址分配给所述VM。
[0037] 进一步地，所述存储单元进一步用于，存储安全IP地址区间；
[0038] 所述IP地址分配单元还用于，在基于所述虚拟机VM的虚拟端口与虚拟机MAC地 址和IP地址的对应关系，未能为所述虚拟机成功分配IP地址时，在所述配置的安全IP地 址区间内分配一个安全IP地址给所述VM。
[0039] 本发明提供的一种软件定义网络中虚拟机IP地址分配方法及装置，由控制器、VM 和SDN交换设备之间基于DHCP的协议报文交互实现了在VM部署上线时为VM自动分配IP 地址；在VM部署上线时无需网络管理员手工配置VM的IP地址，实现了 VM的IP地址的自 动部署，减少了网络管理员的工作量，而且VM的IP地址分配工作的出错率得到了控制。
【专利附图】
【附图说明】
[0040] 图1为相关技术中的SDN网络架构示意图；
[0041] 图2为DHCP的工作基本流程示意图；
[0042] 图3为DHCP的报文封装示意图；
[0043] 图4为本发明实施例的软件定义网络中虚拟机IP地址分配方法流程图一；
[0044] 图5为本发明实施例的软件定义网络中虚拟机IP地址分配方法流程图二；
[0045] 图6为本发明实施例的软件定义网络中虚拟机IP地址分配方法流程图三；
[0046] 图7为本发明实施例VM IP地址分配的一具体应用场景示意图；
[0047] 图8为本发明实施例的一种SDN交换设备的组成结构示意图；
[0048] 图9为本发明实施例的一种控制器的组成结构示意图；
[0049] 图10为本发明实施例的一种VM的组成结构示意图。
【具体实施方式】
[0050] 下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进一步详细阐述。
[0051] 为实现对VM的IP地址的自动部署，本发明实施例在VM上部署DHCP Client，控 制器上部署DHCP Server ;在SDN配置过程中实现VM部署时，所述控制器、VM之间通过SDN 交换设备并基于动态主机配置协议（Dynamic Host Configuration Protocol,DHCP)报文的 交互来实现控制器自动为SDN中部署的VM自动分配IP地址。
[0052] 其中，DHCP是局域网的一个网络协议，DHCP基于Client/Server的工作模式，其工 作基本流程如图2所示，主要包括：
[0053] 步骤201，主机客户端（Client)发送DHCP Discover (发现）广播报文在网络上寻 找 DHCP 服务器（Server);
[0054] 步骤202,DHCP服务器向主机客户端发送DHCP offer (提供）广播报文，其中包含 IP地址、MAC地址、域名信息以及地址租期；
[0055] 步骤203,主机客户端发送DHCP Request (请求）广播报文，正式向DHCP服务器请 求分配已提供的IP地址；
[0056] 步骤204,DHCP服务器向主机客户端发送DHCP ACK(确认）单播报文，确认主机的 请求。
[0057] DHCP的报文封装如图3所示，DHCP是以用户数据报协议（User Datagram Protocol，UDP)封装的上层协议，DHCP Server 使用 UDP 端口号 67, DHCP Client 使用 UDP 端口号68。如DHCP Client发送给DHCP Server的报文使用协议号UDP、源端口号68、目的 端口号67 ;DHCP Server应答报文使用协议号UDP、源端口号67、目的端口号68。
[0058] DHCP报文格式如下表1所示：
[0059]
[0060]
【权利要求】
1. 一种软件定义网络中虚拟机IP地址分配方法，其特征在于，在控制器上配置有虚拟 机VM的虚拟端口与虚拟机MAC地址和IP地址的对应关系，该方法应用于SDN交换设备上， 所述方法还包括： 所述SDN交换设备启动后，接收控制器下发的上送VM发送的动态主机配置协议DHCP 报文到所述控制器的流表； 当SDN交换设备接收到VM发送的DHCP报文时，匹配所述流表后将VM发送的DHCP报 文上送所述控制器； 当SDN交换设备接收到所述控制器向所述SDN交换设备下发的DHCP报文时，将控制器 下发的DHCP报文转发给所述VM ; 所述控制器下发的DHCP报文中包含所述控制器根据配置的虚拟端口与虚拟机MAC地 址和IP地址的对应关系为所述虚拟机分配的IP地址。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于， 所述VM发送的DHCP报文包括：DHCP Discover发现报文和DHCP Request请求报文； 所述控制器下发的DHCP报文包括：与DHCP发现报文对应的DHCP Offer提供报文和与 DHCP请求报文对应的DHCP ACK确认报文； 所述DHCP Offer报文用于为所述VM提供所述控制器根据配置的虚拟端口与虚拟机 MAC地址和IP地址的对应关系为所述虚拟机分配的IP地址； 所述DHCP ACK报文用于正式确认将DHCP Request报文中的IP地址分配给所述VM。
3. -种软件定义网络中虚拟机IP地址分配方法，其特征在于，在控制器上配置有虚拟 机VM的虚拟端口与虚拟机MAC地址和IP地址的对应关系，该方法应用于控制器上，所述方 法还包括： 所述控制器在SDN交换设备启动时，向所述SDN交换设备下发要求所述SDN交换设备 将接收到的虚拟机VM发送的动态主机配置协议DHCP报文上送到控制器的流表； 所述控制器接收到VM发送的DHCP报文后，基于所述虚拟机VM的虚拟端口与虚拟机 MAC地址和IP地址的对应关系，为所述虚拟机分配IP地址，并响应所述VM发送的DHCP报 文。
4. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于， 所述VM发送的DHCP报文包括DHCP Discover发现报文和DHCP Request请求报文； 所述控制器接收到DHCP Discover报文后，向所述VM发送DHCP Offer报文，为所述VM 提供所述控制器根据配置的虚拟端口与虚拟机MAC地址和IP地址的对应关系为所述虚拟 机分配的IP地址； 所述控制器接收到DHCP Request报文后，向所述VM发送DHCP ACK报文，以确认将DHCP Request报文中的IP地址分配给所述VM。
5. 根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括： 所述控制器上预先配置安全IP地址区间； 当所述控制器基于所述虚拟机VM的虚拟端口与虚拟机MAC地址和IP地址的对应关 系，未能为所述虚拟机成功分配IP地址时，所述控制器在所述配置的安全IP地址区间内分 配一个安全IP地址给所述VM。
6. -种软件定义网络中虚拟机IP地址分配装置，其特征在于，该装置应用于SDN交换 设备中，该装置包括： 流表接收单元，用于在所述SDN交换设备启动后，接收控制器下发的上送VM发送的动 态主机配置协议DHCP报文到所述控制器的流表； 报文收发单元，用于在接收到VM发送的DHCP报文时，匹配所述流表后将VM发送的 DHCP报文上送所述控制器；在接收到所述控制器向所述SDN交换设备下发的DHCP报文时， 将控制器下发的DHCP报文转发给所述VM ; 所述控制器下发的DHCP报文中包含所述控制器根据配置的虚拟端口与虚拟机MAC地 址和IP地址的对应关系为所述虚拟机分配的IP地址。
7. 根据权利要求6所述装置，其特征在于， 所述报文收发单元接收的，所述VM发送的DHCP报文包括DHCP Discover发现报文和 DHCP Request请求报文，所述控制器下发的DHCP报文包括：与DHCP发现报文对应的DHCP Offer提供报文和与DHCP请求报文对应的DHCP ACK确认报文； 所述DHCP Offer报文用于为所述VM提供所述控制器根据配置的虚拟端口与虚拟机 MAC地址和IP地址的对应关系为所述虚拟机分配的IP地址； 所述DHCP ACK报文用于正式确认将DHCP Request报文中的IP地址分配给所述VM。
8. -种软件定义网络中虚拟机IP地址分配装置，其特征在于，该装置应用于控制器 中，该装置包括： 存储单元，用于存储虚拟机VM的虚拟端口与虚拟机MAC地址和IP地址的对应关系； 流表发送单元，用于在SDN交换设备启动时，向所述SDN交换设备下发要求所述SDN交 换设备在接收到虚拟机VM发送的动态主机配置协议DHCP报文后上送到控制器的流表； IP地址分配单元，用于接收到VM发送的DHCP报文后，基于所述虚拟机VM的虚拟端口 与虚拟机MAC地址和IP地址的对应关系，为所述虚拟机分配IP地址，并响应所述VM发送 的DHCP报文。
9. 根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述IP地址分配单元进一步用于， 所述IP地址分配单元接收到的所述VM发送的DHCP报文包括DHCP Discover发现报 文和DHCP Request请求报文； 所述IP地址分配单元接收到所述VM发送的DHCP Discover报文后，向所述VM发送 DHCP Offer报文，为所述VM提供所述控制器根据配置的虚拟端口与虚拟机MAC地址和IP 地址的对应关系为所述虚拟机分配的IP地址； 所述IP地址分配单元接收到DHCP Request报文后，向所述VM发送DHCP ACK报文，以 确认将DHCP Request报文中的IP地址分配给所述VM。
10. 根据权利要求8或9所述的装置，其特征在于， 所述存储单元进一步用于，存储安全IP地址区间； 所述IP地址分配单元还用于，在基于所述虚拟机VM的虚拟端口与虚拟机MAC地址和 IP地址的对应关系，未能为所述虚拟机成功分配IP地址时，在所述配置的安全IP地址区间 内分配一个安全IP地址给所述VM。
【文档编号】H04L29/12GK104283983SQ201410582508
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2014年10月27日 优先权日:2014年10月27日
【发明者】林涛, 温涛, 任维春, 程行峰 申请人:杭州华三通信技术有限公司