VXLAN报文加速转发方法和系统、VNF和NFVI与流程

本发明涉及数据通信领域，特别涉及一种VXLAN(Virtual eXtensible LAN，虚拟可扩展局域网)报文加速转发方法和系统、VNF(虚拟网络功能)和NFVI(网络功能虚拟化基础设施)。

背景技术：

在数据中心组网及城域网虚拟化组网等环境下，需要基于VXLAN构建大二层网络，VXLAN的主要技术原理就是引入一个UDP(User Datagram Protocol，用户数据报协议)格式的外层隧道，作为数据的链路层，而原有数据报文内容作为隧道净荷来传输。VXLAN采用24bit的网络标识VNI(Virtual Network Identifier，逻辑网络标识)，突破了目前广泛采用的VLAN所能表示的4K个隔离网络的限制，使用户可以创建16M相互隔离的虚拟网络。VXLAN报文封装格式如图1所示：

由于VXLAN报文的封装和解封装对于CPU处理能力提出了较高的要求，导致现有x86服务器对于VXLAN报文的转发能力受限，x86服务器与专用器件相比，转发性能相差15-20倍(见图2)。

技术实现要素：

鉴于以上技术问题，本发明提供了一种VXLAN报文加速转发方法和系统、VNF和NFVI，能够有效提高VXLAN报文的传送效率，从而解决了目前x86服务器对VXLAN报文转发能力不足的问题。

根据本发明的一个方面，提供一种虚拟可扩展局域网报文加速转发方法，包括：

虚拟网络功能设施VNF中的虚拟可扩展局域网VXLAN加速控制器控制网络功能虚拟化基础设施NFVI中的VXLAN加速设备提高VXLAN报文的转发速度；

VNF中的VXLAN加速驱动软件模块为NFVI中的VXLAN加速设备的加速操作提供驱动。

在本发明的一个实施例中，所述虚拟网络功能设施VNF中的虚拟可扩展局域网VXLAN加速控制器控制网络功能虚拟化基础设施NFVI中的VXLAN加速设备提高VXLAN报文的转发速度包括：

VXLAN加速控制器从VXLAN加速设备获取VXLAN加速能力；

VXLAN加速控制器向VXLAN加速设备发送配置消息；

VXLAN加速控制器控制VXLAN加速设备开始进行VXLAN报文封装或解封装；

VXLAN加速控制器控制VXLAN加速设备停止VXLAN报文封装或解封装。

在本发明的一个实施例中，所述虚拟网络功能设施VNF中的虚拟可扩展局域网VXLAN加速控制器控制网络功能虚拟化基础设施NFVI中的VXLAN加速设备提高VXLAN报文的转发速度还包括：

VXLAN加速控制器从VXLAN加速设备获取统计信息。

在本发明的一个实施例中，在VXLAN加速控制器从VXLAN加速设备获取VXLAN加速能力之后，所述方法还包括：

VXLAN加速控制器对VXLAN加速设备进行初始化，之后执行所述VXLAN加速控制器向VXLAN加速设备发送配置消息的步骤。

根据本发明的另一方面，提供一种虚拟网络功能设施，包括虚拟可扩展局域网VXLAN加速控制器和VXLAN加速驱动软件模块，其中：

VXLAN加速控制器，用于控制网络功能虚拟化基础设施NFVI中的VXLAN加速设备提高VXLAN报文的转发速度；

VXLAN加速驱动软件模块，用于为NFVI中的VXLAN加速设备的加速操作提供驱动。

在本发明的一个实施例中，VXLAN加速控制器包括加速能力获取模块、配置消息发送模块和封装控制模块，其中：

加速能力获取模块，用于从VXLAN加速设备获取VXLAN加速能力；

配置消息发送模块，用于向VXLAN加速设备发送配置消息；

封装控制模块，用于控制VXLAN加速设备开始进行VXLAN报文封装或解封装；和控制VXLAN加速设备停止VXLAN报文封装或解封装。

在本发明的一个实施例中，VXLAN加速控制器还包括统计信息获取模块，其中：

统计信息获取模块，用于从VXLAN加速设备获取统计信息。

在本发明的一个实施例中，VXLAN加速控制器还包括初始化模块，其中：

初始化模块，用于在加速能力获取模块从VXLAN加速设备获取VXLAN加速能力之后，对VXLAN加速设备进行初始化，之后指示配置消息发送模块执行所述VXLAN加速控制器向VXLAN加速设备发送配置消息的操作。

根据本发明的另一方面，提供一种网络功能虚拟化基础设施，包括虚拟可扩展局域网VXLAN加速设备，其中：

VXLAN加速设备，用于在虚拟网络功能设施VNF中的VXLAN加速驱动软件模块的驱动下，根据VNF中的VXLAN加速控制器的控制，提高VXLAN报文的转发速度。

在本发明的一个实施例中，VXLAN加速设备包括加速能力返回模块、信息配置模块和报文封装模块，其中：

加速能力返回模块，用于响应于VXLAN加速控制器的加速能力获取请求，将VXLAN加速能力返回给VXLAN加速控制器；

信息配置模块，用于向VXLAN加速设备发送配置消息；

报文封装模块，用于根据VXLAN加速控制器的开始指令，开始进行VXLAN报文封装或解封装；以及根据VXLAN加速控制器的停止指令，停止VXLAN报文封装或解封装。

在本发明的一个实施例中，所述VXLAN加速设备还包括统计信息返回模块，其中：

统计信息返回模块，用于响应于VXLAN加速控制器的统计信息获取请求，将统计信息返回给VXLAN加速控制器。

在本发明的一个实施例中，所述VXLAN加速设备还包括初始化执行模块，其中：

初始化执行模块，用于响应于VXLAN加速控制器的初始化指令，对VXLAN加速设备进行初始化。

根据本发明的另一方面，提供一种虚拟可扩展局域网报文加速转发系统，包括如上述任一实施例所述的虚拟网络功能设施、和如上述任一实施例所述的网络功能虚拟化基础设施。

本发明可以基于硬件设备芯片实现对于VXLAN报文的封装与解封装，由此能够有效提高VXLAN报文的传送效率，从而解决了目前x86服务器对VXLAN报文转发能力不足的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为VXLAN报文封装格式的示意图。

图2为x 86服务器与其他专用硬件转发设备转发能力的对比示意图。

图3为本发明虚拟可扩展局域网报文加速转发系统一个实施例的示意图。

图4为本发明虚拟可扩展局域网报文加速转发方法一个实施例的示意图。

图5为本发明一个实施例中基于硬件加速的消息流程图。

图6为本发明另一实施例中基于硬件加速的消息流程图。

图7为本发明一个实施例中VXLAN加速控制器的示意图。

图8为本发明另一实施例中VXLAN加速控制器的示意图。

图9为本发明一个实施例中VXLAN加速设备的示意图。

图10为本发明另一实施例中VXLAN加速设备的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

图3为本发明虚拟可扩展局域网报文加速转发系统一个实施例的示意图。如图3所示，所述虚拟可扩展局域网报文加速转发系统包括虚拟网络功能设施11和网络功能虚拟化基础设施12。

如图3所示，虚拟网络功能设施11可以包括虚拟可扩展局域网VXLAN加速控制器111和VXLAN加速驱动软件模块112，其中：

VXLAN加速控制器111，用于控制网络功能虚拟化基础设施NFVI12中的VXLAN加速设备提高VXLAN报文的转发速度。

VXLAN加速驱动软件模块112，用于为NFVI中的VXLAN加速设备的加速操作提供驱动。

如图3所示，网络功能虚拟化基础设施12可以包括虚拟可扩展局域网VXLAN加速设备121，其中：

VXLAN加速设备121，用于在虚拟网络功能设施11VNF中的VXLAN加速驱动软件模块112的驱动下，根据VNF中的VXLAN加速控制器111的控制，提高VXLAN报文的转发速度。

基于本发明上述实施例提供的虚拟可扩展局域网报文加速转发系统，在VNF(虚拟网络功能设施)中，引入VXLAN加速驱动软件模块和VXLAN加速控制器，在NFVI(网络功能虚拟化基础设施)中，引入VXLAN加速芯片设备，基于硬件设备芯片实现对于VXLAN报文的封装与解封装，从而提高了VXLAN报文的转发速度，理论上可以接近专用硬件转发能力。本发明上述实施例能够有效提高VXLAN报文的传送效率，从而解决了目前x86服务器对VXLAN报文转发能力不足的问题。

图4为本发明虚拟可扩展局域网报文加速转发方法一个实施例的示意图。优选的，本实施例可由本发明虚拟可扩展局域网报文加速转发系统执行。如图4所示，所述方法可以包括：

步骤401，虚拟网络功能设施VNF11中的虚拟可扩展局域网VXLAN加速控制器111控制网络功能虚拟化基础设施NFVI12中的VXLAN加速设备121提高VXLAN报文的转发速度。

步骤402，VNF中的VXLAN加速驱动软件模块112为NFVI中的VXLAN加速设备121的加速操作提供驱动。

图5为本发明一个实施例中基于硬件加速的消息流程图。优选的，本实施例可由本发明虚拟可扩展局域网报文加速转发系统执行。如图5所示，图4实施例中的步骤401具体可以包括：

步骤501，VXLAN加速控制器111从VXLAN加速设备121获取VXLAN加速能力。

在本发明一个实施例中，所述VXLAN加速能力可以包括VXLAN隧道终端(VXLAN Tunneling End Point)、VXLAN GW(VXLAN Gateway，VXLAN网关)等。

步骤502，VXLAN加速控制器111向VXLAN加速设备121发送配置消息。

在本发明一个实施例中，所述配置消息可以包括目的媒体访问控制地址、目的VXLAN隧道终端IP地址、VLAN标识和逻辑网络标识等信息中的至少一项。

步骤503，VXLAN加速控制器111控制VXLAN加速设备121开始进行VXLAN报文封装或解封装。

步骤504，VXLAN加速控制器111控制VXLAN加速设备121停止VXLAN报文封装或解封装。

图6为本发明另一实施例中基于硬件加速的消息流程图。优选的，本实施例可由本发明虚拟可扩展局域网报文加速转发系统执行。如图6所示，图4实施例中的步骤401具体可以包括：

步骤601，VXLAN加速控制器111向VXLAN加速设备121发送加速能力获取请求。

步骤602，VXLAN加速设备121将VXLAN加速能力返回给VXLAN加速控制器111。

步骤603，用户向VXLAN加速控制器111发送初始化请求。

步骤604，响应于用户的初始化请求，VXLAN加速控制器111向VXLAN加速设备121发送初始化指令。

步骤605，VXLAN加速设备121响应于VXLAN加速控制器111的初始化指令，进行VXLAN加速设备121初始化；并在初始化结束后，向VXLAN加速控制器111返回初始化结束消息。

步骤606，VXLAN加速控制器111向用户返回准备就绪消息。

步骤607，用户向VXLAN加速控制器111发送配置请求。

步骤608，响应于用户的配置请求，VXLAN加速控制器111向VXLAN加速设备121发送配置消息。

步骤609，用户向VXLAN加速控制器111发送封装或解封装启动请求。

步骤610，VXLAN加速控制器111控制VXLAN加速设备121开始进行VXLAN报文封装或解封装。

步骤611，用户向VXLAN加速控制器111发送封装或解封装停止指令。

步骤612，VXLAN加速控制器111控制VXLAN加速设备121停止VXLAN报文封装或解封装。

步骤613，用户向VXLAN加速控制器111发送统计信息读取请求。

步骤614，VXLAN加速控制器111向VXLAN加速设备121发送统计信息获取请求。

在本发明一个实施例中，所述封装或解封装启动请求、封装或解封装停止指令、统计信息读取请求、统计信息获取请求中均包括目的VXLAN隧道终端IP地址。

步骤615，响应于VXLAN加速控制器111的统计信息获取请求，VXLAN加速设备121将统计信息返回给VXLAN加速控制器111。

基于本发明上述实施例提供的虚拟可扩展局域网报文加速转发方法，经查询基于硬件实现VXLAN报文的封装和解封装，从而避免了软件封装效率不高带来的一系列问题，极大提升了VXLAN报文的转发效率和转发能力。本发明上述实施例基于NFV环境下的硬件加速实现，具有网络功能虚拟化能力，并且能够提供VNF与NFVI的解耦。

本发明上述实施例在虚拟化环境下基于硬件实现VXLAN报文的封装和解封装，从而极大提高了VXLAN报文的转发效率。本发明上述实施例采用标准接口提供硬件加速能力，VNF与NFVI之间松耦合，可以实现异厂商设备的混合组网。

本发明上述实施例提出了的加速方法，可主要应用于城域网及数据中心基于VXLAN的大二层虚拟化组网场景。本发明上述实施例扩展了现有x86服务器在NFV虚拟化场景下的应用范围，为运营商城域网虚拟化的部署提供现实可行的解决方案。

为实现图4-图6任一实施例的上述功能，需新定义如下消息：

1)获取加速能力消息，具体见表1：

表1

2)配置消息，具体见表2：

表2

3)封装/解封装消息，具体见表3：

表3

4)统计消息，具体见表4：

表4

下面通过具体实施例对图3实施例中VXLAN加速控制器111和VXLAN加速设备121的结构和功能进行说明。

图7为本发明一个实施例中VXLAN加速控制器的示意图。如图7所示，图3实施例的VXLAN加速控制器111可以包括加速能力获取模块1111、配置消息发送模块1112和封装控制模块1113，其中：

加速能力获取模块1111，用于从VXLAN加速设备121获取VXLAN加速能力。

配置消息发送模块1112，用于向VXLAN加速设备121发送配置消息。

封装控制模块1113，用于控制VXLAN加速设备121开始进行VXLAN报文封装或解封装；和控制VXLAN加速设备121停止VXLAN报文封装或解封装。

图8为本发明另一实施例中VXLAN加速控制器的示意图。与图7所示实施例相比，在图8所示实施例中，VXLAN加速控制器111还可以包括统计信息获取模块1114，其中：

统计信息获取模块1114，用于从VXLAN加速设备121获取统计信息。

在本发明的一个实施例中，如图8所示，VXLAN加速控制器111还可以包括初始化模块1115，其中：

初始化模块1115，用于在加速能力获取模块1111从VXLAN加速设备121获取VXLAN加速能力之后，对VXLAN加速设备121进行初始化，之后指示配置消息发送模块1112执行所述VXLAN加速控制器111向VXLAN加速设备121发送配置消息的操作。

基于本发明上述实施例提供的虚拟网络功能设施，在VNF(虚拟网络功能设施)中，引入VXLAN加速驱动软件模块和VXLAN加速控制器，基于硬件设备芯片实现对于VXLAN报文的封装与解封装，从而提高了VXLAN报文的转发速度，理论上可以接近专用硬件转发能力。本发明上述实施例能够有效提高VXLAN报文的传送效率，从而解决了目前x86服务器对VXLAN报文转发能力不足的问题。

本发明上述实施例在虚拟化环境下基于硬件实现VXLAN报文的封装和解封装，从而极大提高了VXLAN报文的转发效率。本发明上述实施例采用标准接口提供硬件加速能力，VNF与NFVI之间松耦合，可以实现异厂商设备的混合组网。

图9为本发明一个实施例中VXLAN加速设备的示意图。如图9所示，图3实施例的VXLAN加速设备121可以包括加速能力返回模块1211、信息配置模块1212和报文封装模块1213，其中：

加速能力返回模块1211，用于响应于VXLAN加速控制器111的加速能力获取请求，将VXLAN加速能力返回给VXLAN加速控制器111。

信息配置模块1212，用于向VXLAN加速设备121发送配置消息。

报文封装模块1213，用于根据VXLAN加速控制器111的开始指令，开始进行VXLAN报文封装或解封装；以及根据VXLAN加速控制器111的停止指令，停止VXLAN报文封装或解封装。

图10为本发明另一实施例中VXLAN加速设备的示意图。与图9所示实施例相比，在图10所示实施例中，所述VXLAN加速设备121还可以包括统计信息返回模块1214，其中：

统计信息返回模块1214，用于响应于VXLAN加速控制器111的统计信息获取请求，将统计信息返回给VXLAN加速控制器111。

在本发明的一个实施例中，如图10所示，所述VXLAN加速设备121还可以包括初始化执行模块1215，其中：

初始化执行模块1215，用于响应于VXLAN加速控制器111的初始化指令，对VXLAN加速设备121进行初始化。

基于本发明上述实施例提供的网络功能虚拟化基础设施，在NFVI(网络功能虚拟化基础设施)中，引入VXLAN加速芯片设备，基于硬件设备芯片实现对于VXLAN报文的封装与解封装，从而提高了VXLAN报文的转发速度，理论上可以接近专用硬件转发能力。本发明上述实施例能够有效提高VXLAN报文的传送效率，从而解决了目前x86服务器对VXLAN报文转发能力不足的问题。

本发明上述实施例经查询基于硬件实现VXLAN报文的封装和解封装，从而避免了软件封装效率不高带来的一系列问题，极大提升了VXLAN报文的转发效率和转发能力。本发明上述实施例基于NFV环境下的硬件加速实现，具有网络功能虚拟化能力，并且能够提供VNF与NFVI的解耦。

在上面所描述的VXLAN加速控制器111和VXLAN加速设备121可以实现为用于执行本申请所描述功能的通用处理器、可编程逻辑控制器(PLC)、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件或者其任意适当组合。

至此，已经详细描述了本发明。为了避免遮蔽本发明的构思，没有描述本领域所公知的一些细节。本领域技术人员根据上面的描述，完全可以明白如何实施这里公开的技术方案。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。