虚拟化网络功能网元互通的方法及网络设备与流程

1.本发明实施例涉及通信领域，特别涉及一种虚拟化网络功能网元互通的方法及网络设备。


背景技术：

2.目前基于软件定义网络(software defined network，sdn)部署的私有云业务，控制器为各种虚拟机(virtual machine，vm)和裸金属服务器提供网络接入、路由和互通等服务。随着网络功能虚拟化(network function virtualisation，nfv)和sdn技术的融合，出现了新型的核心网网络云架构，新型的核心网网络云架构通过部署在数据中心的sdn网络，为网络功能虚拟化基础设施(network function virtualisation infrastructure，nfvi)提供网络服务,相对于私有云业务的主要区别在于引入了路由型虚拟化网络功能(virtualised network function，vnf)网元。目前的sdn组网架构中，vnf网元直挂于交换机，交换机与sdn控制器连接。
3.然而，在实现本发明实施方式的过程中，发明人发现：通常vnf网元内的用户地址动态变化，与sdn控制器连接的云平台无法获取该部分动态地址路由信息，不能将该动态地址路由信息下发到sdn控制器，sdn控制器无法向与vnf网元连接的交换机发送流表，vnf网元之间无法正常互通，影响vnf网元网络连接的自动配置和业务的自动开通。


技术实现要素：

4.本发明实施例的目的在于提供一种虚拟化网络功能网元互通的方法及网络设备，使得vnf网元之间可以互相进行通信，提高了基于vnf网元网络连接的自动配置和业务的开通的效率。
5.为解决上述技术问题，本发明的实施例提供了一种虚拟化网络功能网元互通的方法，包括：获取至少两个虚拟化网络功能vnf网元动态发布的动态路由信息；根据动态路由信息，生成到达至少两个vnf网元的路由转发信息；将路由转发信息发送至交换机，以供至少两个vnf网元之间通过所述交换机进行数据通信。
6.本发明的实施例还提供了一种虚拟化网络功能网元互通的方法，应用于sdn网络的网关，包括：接收控制器下发的网关至虚拟化网络功能vnf网元的第一路由信息；根据第一路由信息，从vnf网元获取动态由路信息，其中，vnf网元直挂于交换机；向控制器发布获取到的动态路由信息。
7.本发明的实施例还提供了一种网络设备，包括：至少一个处理器；以及，与至少一个处理器通信连接的存储器；其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器能够执行上述的虚拟化网络功能网元互通的方法，或者，能够执行应用于网关的虚拟化网络功能网元互通的方法。
8.本发明实施例相对于现有技术而言，获取到vnf网元动态发布的动态路由信息，控制器根据vnf的动态路由信息，生成到达vnf网元的路由转发信息，将该路由转发信息下发
至交换机，路由转发信息中包含到至少两个vnf网元的路由信息，使得各个网元经过交换机即可进行通信；由于各个网元之间可以进行通信，可以灵活对vnf网元进行业务开通和配置，同时，各个vnf网元之间可以通信，也使得开通的业务可以与其他vnf网元进行交互，从而提高开通vnf网元内的业务的效率。
附图说明
9.一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定。
10.图1是根据本发明第一实施例中的虚拟化网络功能网元互通的方法的流程图；
11.图2是根据本发明第二实施例中的虚拟化网络功能网元互通的方法的流程图；
12.图3是根据本发明第二实施例中的sdn组网的结构示意图；
13.图4是根据本发明第三实施例中的虚拟化网络功能网元互通的方法的流程图；
14.图5是根据本发明第四实施例中的虚拟化网络功能网元互通的方法的流程图；
15.图6是根据本发明第五实施例中的网络设备的结构示意图。
具体实施方式
16.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施例进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施例中，为了使读者更好地理解本技术而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施例的种种变化和修改，也可以实现本技术所要求保护的技术方案。以下各个实施例的划分是为了描述方便，不应对本发明的具体实现方式构成任何限定，各个实施例在不矛盾的前提下可以相互结合相互引用。
17.本发明的第一实施例涉及一种虚拟化网络功能网元互通的方法，该方法应用于控制器，其流程如图1所示。
18.步骤101：获取至少两个虚拟化网络功能vnf网元动态发布的动态路由信息。
19.步骤102：根据动态路由信息，生成到达至少两个vnf网元的路由转发信息。
20.步骤103：将路由转发信息发送至交换机，以供至少两个vnf网元之间通过交换机进行数据通信。
21.本发明实施例相对于现有技术而言，获取到vnf网元动态发布的动态路由信息，控制器根据vnf的动态路由信息，生成到达vnf网元的路由转发信息，将该路由转发信息下发至交换机，路由转发信息中包含到至少两个vnf网元的路由信息，使得各个网元经过交换机即可进行通信；由于各个网元之间可以进行通信，可以灵活对vnf网元进行业务开通和配置，同时，各个vnf网元之间可以通信，也使得开通的业务可以与其他vnf网元进行交互，从而提高开通vnf网元内的业务的效率。
22.本发明的第二实施例涉及一种虚拟化网络功能网元互通的方法，该方法可以应用于sdn控制器，其流程图如图2所示：
23.步骤201：获取至少两个vnf网元的静态地址信息以及sdn组网的拓扑结构信息。
24.具体地，基于sdn组网的拓扑结构如图3所示，包括：sdn控制器、网关、交换机以及vnf网元。vnf网元包括：操作维护单元(operation and maintenance unit，omu)和接口处
理单元(interface processing unit，ipu)；vnf网元内置动态路由协议栈，ipu作为vnf网元的直接接口，用于路由协议建链，并动态通告vnf网元内的动态路由信息。vnf网元直挂于交换机，在sdn组网中包括多个交换机，每个交换机下直挂有至少一个vnf网元，每个交换机连接于网关，每个交换机之间相互连接。本示例中，交换机可以为sdn交换机，图3中示出了两个vnf网元。
25.本示例中，以图3所示sdn组网结构为例介绍虚拟化网络功能网元互通的方法。其中，sdn控制器与云平台连接，云平台可以为网络云端，用于控制、管理sdn控制器，该云平台面向sdn组网的管理者，云平台可以为sdn组网中的每个vnf网元配置静态地址信息，将该静态地址信息下发sdn控制器，sdn控制器接收每个vnf网元的静态地址信息。vnf网元的静态地址信息包括：vnf网元的接口地址的地址解析协议arp表。sdn控制器可以计算交换机之间的拓扑链路信息、交换机与sdn网关之间的拓扑链路信息，进而可以得到整个sdn组网的拓扑结构信息。
26.步骤202：根据至少两个vnf网元的静态地址信息以及sdn组网的拓扑结构信息，生成sdn组网中网关至vnf网元的第一路由信息。
27.本示例中，根据获取的vnf网元的接口地址的arp以及网关与交换机之间的链路拓扑信息，分别生成网关的arp转发表以及交换机的arp转发表，其中，网关的arp转发表的出接口为连接vnf网元直连交换机的隧道端口，交换机的arp转发表的出接口为连接vnf网元的接口；将网关的arp转发表以及交换机的arp转发表作为网关至vnf网元的第一路由信息。
28.具体地，vnf网元的接口地址的arp表为vnf网元中的ipu接口的arp，从sdn组网的拓扑结构信息中获取sdn交换机和网关之间的链路拓扑信息，可以生成网关的arp转发表以及交换机的arp转发表，网关的arp转发表的出接口为连接vnf网元直连的交换机的隧道端口，且出口封装包含隧道信息，即可以通过vnf网元查找与该vnf网元直连的交换机，进而确定该网关转发表的出接口为连接查找到的交换机的隧道端口；交换机的arp转发表的出接口为连接vnf网元的接口；将网关的arp转发表以及交换机的arp转发表作为网关至vnf网元的路由信息。其中，vnf网元直连的交换机与网关之间的隧道端口为虚拟可扩展局域网(virtual extensible local area network，vxlan)隧道端口。
29.步骤203：将第一路由信息下发至网关以及与vnf网元直连的交换机，以使网关根据第一路由信息，从vnf网元获取动态由路信息。
30.具体地，网关为实体硬件设备，故sdn控制器可以将网关的arp转发表转换为配置命令下发至网关，从而实现对网关的配置。与vnf网元直连的交换机可以是实体硬件设备，也可以是部署的虚拟交换机，若交换机为实体设备，同理可以将交换机的arp转发表转换为配置命令下发交换机，交换机执行配置命令。若交换机为虚拟交换机vswitch,可以将该交换机的arp转发表转换为openflow转发表，将openflow转发表下发至该vswitch。
31.网关和交换机接收到第一路由信息，即可打通网关和vnf网元的ipu之间的vxlan转发路径，从而使得vnf网元的ipu与网关之间可以互通。
32.具体地，本示例中网关被作为获取该sdn组网中的各个vnf发布的动态路由信息的集中点，云平台可以将到vnf网元接口地址的内部网关协议(interior gateway protoco，igp)或边界网关协议(border gateway protocol，bgp)邻居配置下发到sdn控制器，并由该sdn控制器自动编排配置下发到网关。网关和vnf网元的ipu通过两者之间的vxlan转发路径
动态建立起igp或bgp路由邻居，网关和vnf网元的ipu互为邻居，当vnf网元发布动态路由信息，网关即可获取到该动态路由信息。
33.步骤204：从网关获取动态路由信息。
34.本示例中，建立与网关之间的第一邻居关系；根据第一邻居关系，接收网关更新后的动态路由信息，更新后的动态路由信息的下一跳为vnf网元的接口地址。
35.具体地，sdn控制器启用内置路由协议栈，和网关同时使能多协议边界网关协议(multi-protocol border gateway protocol，mp-bgp)以太网虚拟专用网络(ethernetvirtual private network，evpn)的路由协议功能，sdn控制器与网关建立第一邻居关系，使得该sdn控制器与网关之间互为evpn邻居。
36.网关开启evpn rt-5v转rt-5g的功能，将从vnf网元的动态路由信息继承原始路由下一跳，转换成rt-5g路由，转换后的动态路由信息的下一跳为vnf网元的接口地址。网关将更新后的动态路由信息通过第一邻居关系发布至sdn控制器内置路由协议栈。
37.需要说明的是，若网关不开启evpn rt-5v转rt-5g的功能，网关通过第一邻居关系将rt-5v路由发布给sdn控制器内置路由协议栈，sdn控制器生成的路由转发信息的下一跳为sdn网关的虚拟隧道终端(virtual tunnel end point，vtep)ip地址，出接口为指向sdn网关的vxlan隧道端口。sdn控制器将路由转发信息转换成openflow转发流表下发给需要互通的交换机，将会导致2个不同交换机下的vnf网元互通转发时，在交换机匹配openflow转发流表，出接口都是指向sdn网关的vxlan隧道端口，流量出现环路现象，例如，从图3所示的从交换机1转发到sdn网关，再转发到交换机2，又转发回到sdn网关，依次循环。通过sdn网关开启evpn路由rt-5v转rt-5g功能，将从vnf网元学到的路由继承原始路由的下一跳转换成rt-5g，即将vnf网元的ipu接口地址作为rt-5g路由的gw-ip。同时sdn网关将转换之后的rt-5g路由，通过第一邻居关系发布给sdn控制器内置路由协议栈，使得sdn控制器生成到vnf网元的路由转发信息，下一跳为rt-5g路由中获取的gw-ip属性，即vnf网元的ipu接口地址。
38.值得一提的是，sdn网关开启evpn路由rt-5v转rt-5g功能，将从vnf网元学到的动态路由继承原始路由下一跳，转换成evpn rt-5g路由发布给sdn控制器内置路由协议栈，使得sdn控制器生成的动态路由表下一跳为原始的vnf网元ipu接口地址，而不是sdn网关的vtepip地址，有效地防止了路由环路的问题，并且实现了vnf网元之间的分布式流量转发互通，不需要经过sdn网关绕行，减少了对sdn网关带宽的浪费。
39.步骤205：根据动态路由信息，生成到达至少两个vnf网元的路由转发信息。
40.本示例中，根据动态路由信息，生成到达至少两个vnf网元的第二路由信息，第二路由信息的下一跳为vnf网元的接口地址；根据第二路由信息、vnf的接口地址的arp表以及各交换机之间的链路拓扑信息，生成到达至少两个vnf网元的路由转发信息。
41.具体地，sdn控制器内置路由协议栈根据rt-5g路由，生成到vnf网元的第二路由信息，第二路由信息的下一跳为rt-5g路由中获取的gw-ip属性，即vnf网元的ipu接口地址。sdn控制器根据第二路由信息、下一跳ipu接口地址的静态arp表，以及各交换机之间的链路拓扑信息，迭代生成到达至少两个vnf网元的路由转发信息。其中，vnf网元直连交换机的路由转发表的出接口为连接vnf网元的ipu接口地址；vnf网元非直连交换机的路由转发表的出接口为连接vnf网元直连交换机的vxlan隧道端口，且出口封装包含vxlan隧道信息。
42.步骤206：将路由转发信息发送至交换机，以供至少两个vnf网元之间通过交换机
进行数据通信。
43.本示例中，将路由转发信息转换为流表；将流表下发至交换机。sdn控制器将到vnf网元的路由转发信息转换成openflow转发流表下发到对应的vswitch；vnf网元之间的互通数据流，通过匹配vswitch的openflow转发流表，最终到达目的vnf网元。实现vnf网元之间的分布式转发互通，而不需要经过sdn网关绕行。
44.具体地，路由转发信息可以是路由表，sdn控制器迭代生成的到vnf网元的路由转发信息存在两种情况。一种是vnf网元直连的vswitch，其路由转发信息出接口为连接vnf网元的ipu接口地址；另一种是vnf网元非直连的vswitch，路由转发信息的出接口为连接vnf网元直连vswitch的vxlan隧道端口，且出口封装包含vxlan隧道信息。
45.当2个不同vswitch下的vnf网元互通转发数据流，在非直连的vswitch匹配openflow转发流表，查找到出接口为连接vnf网元直连vswitch的vxlan隧道端口，将数据流封装好vxlan隧道信息后，从此隧道端口转发出去。到达直连vswitch，再次匹配openflow转发流表，查找到出接口为直连ipu接口地址，从查找到的出接口转发出去，最终到达目的vnf网元。即2个不同vswitch下的vnf网元互通流量直接通过vswitch之间的vxlan隧道进行分布式转发，不需要经过sdn网关绕行。
46.本示例中，通过网关作为获取各个vnf网元发布的动态路由信息，避免了vnf网元在不同交换机之间动态迁移时，对sdn网关的路由建链和获取vnf网元的动态路由信息的影响，从而提高了sdn控制器与vnf网元之间连接稳定性的效果。
47.本发明的第三实施例涉及一种虚拟化网络功能网元互通的方法，该方法应用于网关，其流程图如图4所示：
48.步骤301：接收控制器下发的网关至虚拟化网络功能vnf网元的第一路由信息。
49.步骤302：根据第一路由信息，从vnf网元获取动态由路信息，其中，vnf网元直挂于所述交换机。
50.步骤303：向控制器发布获取到的动态路由信息。
51.本发明实施例相对于现有技术而言，通过sdn控制下发的第一路由信息，可以打通网关与vnf网元之间的通道，进而可以获取到vnf网元发布的动态路由信息；向控制器发送获取到的动态路由信息，由控制器根据该动态路由信息，生成路由转发表下发与vnf网元连接的交换机，使得至少两个网元之间可以互相通信，由于各个网元之间可以进行通信，可以灵活对vnf网元进行业务开通和配置，同时，各个vnf网元之间可以通信，也使得开通的业务可以与其他vnf网元进行交互，从而提高开通vnf网元内的业务的效率。
52.第四实施例是对第二实施例的详细介绍。该虚拟化网络功能网元互通的方法的流程如图5所示：
53.步骤401：接收控制器下发的网关至虚拟化网络功能vnf网元的第一路由信息。
54.具体地，sdn控制器与云平台连接，云平台可以为网络云端，用于控制、管理sdn控制器，该云平台面向sdn组网的管理者，云平台可以为sdn组网中的每个vnf网元配置静态地址信息，将该静态地址信息下发sdn控制器，sdn控制器接收每个vnf网元的静态地址信息。vnf网元的静态地址信息包括：vnf网元的接口地址的地址解析协议arp表。
55.sdn控制器根据接口地址的arp表以及网关与交换机之间的链路拓扑信息，分别生成网关的arp转发表以及交换机的arp转发表，其中，网关的arp转发表的出接口为连接vnf
网元直连交换机的隧道端口，交换机的arp转发表的出接口为连接vnf的接口；将网关的arp转发表以及交换机的arp转发表作为网关至vnf网元的第一路由信息。sdn控制器将第一路由信息下发至网关以及与网关连接的交换机。本示例中，网关可以是sdn网关。
56.网关为实体硬件设备，故sdn控制器可以将网关的arp转发表转换为配置命令下发至网关，从而实现对网关的配置。与网关连接的交换机可以是实体硬件设备，也可以部署的虚拟交换机，若交换机为实体设备，同理可以将交换机的arp转发表转换为配置命令下发交换机，交换机执行配置命令。若交换机为虚拟交换机vswitch,可以将该交换机的arp转发表转换为openflow转发表，将openflow转发表下发至该vswitch。
57.网关和交换机接收到第一路由信息，即可打通网关和vnf网元的ipu之间的vxlan转发路径，从而使得vnf网元的ipu与网关之间可以互通。
58.步骤402：配置与vnf网元匹配的路由协议。
59.本示例中网关被作为获取该sdn组网中的各个vnf发布的动态路由信息的集中点，云平台可以将igp或bgp配置到sdn控制器，并由该sdn控制器自动编排配置到sdn网关，sdn网关按照配置命令配置与vnf网元匹配的路由协议。
60.步骤403：根据第一路由信息以及路由协议，建立与vnf网元之间的第二邻居关系。
61.网关和vnf网元的ipu通过两者之间的vxlan转发路径动态建立基于igp或bgp的路由邻居，网关和vnf网元的ipu互为邻居，形成网关与vnf网元之间的第二邻居关系。
62.步骤404：根据第二邻居关系，获取vnf网元动态发布的动态路由信息。
63.当vnf网元发布动态路由信息，网关根据与vnf网元之间的第二邻居关系，即可获取到该动态路由信息。
64.步骤405：将动态路由信息中的下一跳转换为vnf网元的接口地址。
65.网关开启evpn rt-5v转rt-5g的功能，将从vnf网元的动态路由信息继承原始路由下一跳，转换成rt-5g路由，转换后的动态路由信息的下一跳为vnf网元的接口地址。网关将更新后的动态路由信息通过第一邻居关系，发布sdn控制器内置路由协议栈。
66.值得一提的是，sdn网关开启evpn路由rt-5v转rt-5g功能，将从vnf网元学到的动态路由继承原始路由下一跳，转换成evpn rt-5g路由发布给sdn控制器内置路由协议栈，使得sdn控制器生成的动态路由表下一跳为原始的vnf网元ipu接口地址，而不是sdn网关的vtep ip地址，有效地防止了路由环路的问题，并且实现了vnf网元之间的分布式流量转发互通，不需要经过sdn网关绕行，减少了对sdn网关带宽的浪费。
67.步骤406：向控制器发布转换后的动态路由信息。
68.sdn控制器建立与网关之间的第一邻居关系；根据第一邻居关系，接收网关转换后的动态路由信息，转换后的动态路由信息的下一跳为vnf网元的接口地址。
69.sdn控制器根据动态路由信息，生成到达至少两个vnf网元的第二路由信息，第二路由信息的下一跳为vnf网元的接口地址；根据第二路由信息、vnf的接口地址的arp表以及各交换机之间的链路拓扑信息，生成到达至少两个vnf网元的路由转发信息。
70.具体地，sdn控制器内置路由协议栈根据rt-5g路由，生成到vnf网元的第二路由信息，第二路由信息的下一跳为rt-5g路由中获取的gw-ip属性，即vnf网元的ipu接口地址。sdn控制器根据第二路由信息、下一跳ipu接口地址的静态arp表，以及各交换机之间的链路拓扑信息，迭代生成到达至少两个vnf网元的路由转发信息。其中，vnf网元直连交换机的路
由转发表的出接口为连接vnf网元的ipu接口地址；vnf网元非直连交换机的路由转发表的出接口为连接vnf网元直连交换机的vxlan隧道端口，且出口封装包含vxlan隧道信息。sdn控制器将路由转发信息发送至交换机，以供至少两个vnf网元之间通过交换机进行数据通信。
71.此外，本领域技术人员可以理解，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，只要包括相同的逻辑关系，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。
72.本发明第五实施例涉及一种网络设备，如图6所示，包括：至少一个处理器501；以及，与至少一个处理器501通信连接的存储器502；其中，存储器502存储有可被至少一个处理器501执行的指令，指令被至少一个处理器501执行，以使至少一个处理器501能够执行上述的虚拟化网络功能网元互通的方法。
73.其中，存储器和处理器采用总线方式连接，总线可以包括任意数量的互联的总线和桥，总线将一个或多个处理器和存储器的各种电路连接在一起。总线还可以将诸如外围设备、稳压器和功率管理电路等之类的各种其他电路连接在一起，这些都是本领域所公知的，因此，本文不再对其进行进一步描述。总线接口在总线和收发机之间提供接口。收发机可以是一个元件，也可以是多个元件，比如多个接收器和发送器，提供用于在传输介质上与各种其他装置通信的单元。经处理器处理的数据通过天线在无线介质上进行传输，进一步，天线还接收数据并将数据传送给处理器。
74.处理器负责管理总线和通常的处理，还可以提供各种功能，包括定时，外围接口，电压调节、电源管理以及其他控制功能。而存储器可以被用于存储处理器在执行操作时所使用的数据。
75.即，本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一个设备(可以是单片机，芯片等)或处理器(processor)执行本技术各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
76.本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施例是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。