[发明专利]一种可编程虚拟网络服务系统

说明书

技术领域

本发明属于网络虚拟化技术领域，特别是一种可编程虚拟网络服务系统。

背景技术

网络虚拟化既是云计算发展的基础，也是解决当前网络“僵化”问题的可能途径。在信息通信领域中，网络是指由一组节点和链路组成的处理和传递信息的基础设施。虚拟化则是一种综合技术，它在系统中加入了一个虚拟化层，将下层的资源抽象成另一种形式的资源，隐藏物理资源的属性和操作差异，从而以一种通用的、不受设备原始属性限制的方式来处理或使用资源。在以IT为中心或广义的观点来看，网络中节点是一种资源，因此广义的网络虚拟化包含计算、存储、网络、链路等资源的虚拟化；而以网络为中心或狭义的观点来看，节点主要完成分组的路由和交换，因此狭义的网络虚拟化仅指负责路由和交换的网络设备及网络链路的虚拟化。

虚拟网络（VN，Virtual Network）与物理网络的概念相对应，是指一组虚拟节点和链路集合，它是底层物理网络资源的一个子集。而支持多个虚拟网络在相同物理网络上共存的网络环境，则称之为网络虚拟化环境（NVE，Network Virtualization Environment）。在NVE中，多个逻辑网络或虚拟网络可共享同一个底层物理网络，不同的虚拟网络可以采用不同的架构、协议，部署不同的应用和服务，从而在提高网络资源利用率的同时，为网络创新提供灵活的、可编程的网络环境。

实现网络实体的一对多虚拟化并不是新技术，常见的有VLAN（Virtual Local Area Network）和VPN（Virtual Private Network）。

VLAN把一个物理上的LAN划分成多个逻辑上的LAN，每个VLAN是一个广播域。VLAN内的主机间通信就和在一个LAN内一样，而不同VLAN内的主机不能直接通信。VLAN的限制主要有三个方面，一是VLAN名字空间本身。802.1q的VLAN ID字段为12bit，使得单个二层交换域的VLAN数量限制在4096个以内（某些VLAN ID作为“well-known”被保留，进一步减少了可用数量）。云服务提供商需要在相同的底层物理基础设施上支持不同的租户，每一个租户都需要在其虚拟的资源分片中创建多个L2/L3网络，因而需要大量的L2层网络。对于大规模的云服务提供商而言，VLAN数量是一个巨大的限制。第二个限制来自于部署VLAN的操作模式。尽管现有的VTP(VLAN Trunking Protocol)可以创建、分发和删除VLAN，或通过修剪VLAN来达到优化，但大多数网络都禁用该功能。这意味着为了在交换机传输VLAN信息，需要手动协调网络管理、云管理和租户管理之间的配置，也就是说，为了增加新的VLAN网络，需要改变传输基础设施的配置，因而增加了系统的管理难度。第三，对于化数据中心来说，现有的VLAN在物理限制（如距离和部署）上过于严格，难以在多个数据中心实现跨越三层的灵活部署。

VRF（Virtual Routing Forwarding）是3层网络虚拟化的一种，其中的物理路由器支持多个虚拟路由器实例，每个实例都运行自己的路由协议实例，维护自己的转发表。和VLAN不同，VRF不会在报头中使用标签为每个分组指定具体的VRF。在每一跳都会根据输入接口和帧的信息获得适当的VRF。另外一个要求是，在数据包经过的端到端路径中的每一个中转路由器都需要配置一个VRF实例，以便能够转发该数据包。

由于VLAN或VRF模式存在缺陷，于是开始涌现出众多创建虚拟网络的新技术。其中大多数都是采用封装和隧道技术，在同一个物理网络上通过覆盖来构建多个虚拟网络拓扑。如虚拟可扩展LAN(VXLAN)是在一个3层网络上借助MAC-in-UDP封装，叠加一个2层网络来实现网络虚拟。VXLAN网段是一个3层构建，可替代VLAN为数据中心的VM生成LAN网段。