提供分布式虛擬路由和交換(dvrs)的系統(tǒng)和方法
【專利說(shuō)明】提供分布式虛擬路由和交換(DVRS)的系統(tǒng)和方法
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉參考
[0002]申請(qǐng)人要求2012年8月28日提交并且題為“SYSTEM, METHOD AND APPARATUS FORDATA CENTER AUTOMAT1N”的現(xiàn)有臨時(shí)專利申請(qǐng)序列號(hào)為N0.61/693，996的權(quán)益，該申請(qǐng)通過(guò)引用整體在此并入。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明涉及通信網(wǎng)絡(luò)和由此連接的安全數(shù)據(jù)中心的領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0004]數(shù)據(jù)中心(DC)架構(gòu)一般地包括通過(guò)可擴(kuò)展的層2或?qū)?的基礎(chǔ)設(shè)施互連的大量計(jì)算和存儲(chǔ)資源。除了在硬件設(shè)備上運(yùn)行的該聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施之外，DC網(wǎng)絡(luò)包括在通用計(jì)算上運(yùn)行的軟件聯(lián)網(wǎng)組件(vswitch)，以及提供諸如負(fù)載均衡器、ADC、防火墻、IPS/IDS系統(tǒng)等的特定網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的專用硬件裝置。DC基礎(chǔ)設(shè)施可由企業(yè)或由服務(wù)供應(yīng)商(稱為云服務(wù)供應(yīng)商或CSP)擁有，并且由多個(gè)租戶共享。計(jì)算和存儲(chǔ)基礎(chǔ)設(shè)施被虛擬化以便允許不同的租戶共享同一資源。每個(gè)租戶能夠動(dòng)態(tài)地將資源從全局池添加到其個(gè)體服務(wù)/從其個(gè)體服務(wù)移除。
[0005]DC網(wǎng)絡(luò)必須能夠動(dòng)態(tài)地將資源分配給每個(gè)租戶，同時(shí)維護(hù)不同租戶(例如，不同公司)之間的嚴(yán)格的性能分離。另外，能夠?qū)⒆鈶艏?xì)分為子租戶(例如，不同的公司部門(mén))，對(duì)于他們之間同樣具有嚴(yán)格的分離。例如，企業(yè)要求在不同的部門(mén)之間劃分CSP DC中的資源。
[0006]數(shù)據(jù)中心(DC)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施被設(shè)計(jì)以提供在外部世界與諸如IP主機(jī)(例如在刀片式服務(wù)器或裸機(jī)服務(wù)器上的VM)、相關(guān)聯(lián)的存儲(chǔ)和服務(wù)裝置(FW、LB、NAT)這樣的不同計(jì)算和存儲(chǔ)資源之間的連接服務(wù)。
[0007]從基本的連接性角度來(lái)看，這通常使用經(jīng)由IP路由器(L3)互連的一組VLAN(L2)來(lái)實(shí)現(xiàn)。隨著云供應(yīng)商試圖通過(guò)將它們的范圍擴(kuò)大以應(yīng)對(duì)越來(lái)越多的客戶來(lái)增加它們的收入，存在從基本的VLAN和共享的IP路由上下文移到更加可擴(kuò)展的架構(gòu)的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]在現(xiàn)有技術(shù)中的各種缺陷由通過(guò)將數(shù)據(jù)中心的聯(lián)網(wǎng)資源邏輯表示為多個(gè)虛擬節(jié)點(diǎn)來(lái)在數(shù)據(jù)中心(DC)提供分布式虛擬路由和交換(dVRS)解決方案的系統(tǒng)、方法、架構(gòu)和/或裝置而解決，每個(gè)虛擬節(jié)點(diǎn)包括基于物理網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的IP基礎(chǔ)設(shè)施和多個(gè)虛擬交換機(jī)，每個(gè)虛擬交換機(jī)包括經(jīng)由VLAN鏈接到在其它虛擬交換機(jī)處的一個(gè)或多個(gè)VRS實(shí)例的VRS實(shí)例，以因此提供虛擬服務(wù)，其中物理網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)執(zhí)行控制平面處理，并且向每個(gè)虛擬交換機(jī)提供與該虛擬交換機(jī)的本地服務(wù)相關(guān)聯(lián)的特定路由信息。因此，從數(shù)據(jù)平面的角度來(lái)看，虛擬交換機(jī)直接路由和/或交換流量到指向遠(yuǎn)程VRS實(shí)例的隧道，而不涉及在數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)中的控制器。
[0009]例如，根據(jù)用于在數(shù)據(jù)中心(DC)提供虛擬服務(wù)的一個(gè)實(shí)施例的方法包括:建立多個(gè)虛擬節(jié)點(diǎn)(VN)，每個(gè)VN包括控制器、IP基礎(chǔ)設(shè)施和多個(gè)虛擬交換機(jī)(VSW);每個(gè)VSW被編程以支持虛擬路由和交換(VRS)實(shí)例并且因此用于存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)信息，其中經(jīng)由使用IP隧道和L2或L3服務(wù)封裝互連的VRS實(shí)例的集合來(lái)提供虛擬服務(wù)，每個(gè)控制器適于從一個(gè)或多個(gè)DC網(wǎng)關(guān)、其它遠(yuǎn)程控制器以及從本地VSW接收虛擬服務(wù)路由信息，以處理所需的轉(zhuǎn)發(fā)信息庫(kù)(FIB)并且向每個(gè)VSW下載相應(yīng)的FIB部分。
【附圖說(shuō)明】
[0010]本文的教導(dǎo)可通過(guò)結(jié)合附圖考慮以下的詳細(xì)描述而更容易被理解，在附圖中:
[0011]圖1示出了受益于各種實(shí)施例的系統(tǒng)的高級(jí)框圖；
[0012]圖2示出了虛擬路由和交換(VRS)與虛擬節(jié)點(diǎn)的實(shí)施例的高級(jí)框圖；
[0013]圖3根據(jù)實(shí)施例以圖形示出了租戶L2和L3服務(wù)拓?fù)渲帘贿B接到在DC Gff PE上的IP VPN服務(wù)的dVRS的示例性映射；
[0014]圖4根據(jù)實(shí)施例以圖形示出了用于VRS實(shí)例的dVRS轉(zhuǎn)發(fā)和隧道細(xì)節(jié)；
[0015]圖5以圖形示出了圖4的dVRS轉(zhuǎn)發(fā)和隧道的高級(jí)網(wǎng)絡(luò)視圖；
[0016]圖6根據(jù)實(shí)施例示出了用于使得dVRS解決方案可行的方法的流程圖；
[0017]圖7示出了適于在執(zhí)行本文描述的功能中使用的計(jì)算設(shè)備的高級(jí)框圖。
[0018]為便于理解，已經(jīng)在可能的情況下使用相同的附圖標(biāo)記來(lái)指代各附圖共同的相同元素。
【具體實(shí)施方式】
[0019]本發(fā)明將在提供具有L2/L3多租戶和通用隧道的分布式虛擬路由和交換(dVRS)的系統(tǒng)、方法、架構(gòu)和/或裝置的上下文內(nèi)討論。然而，本領(lǐng)域中技術(shù)人員將理解的是，相對(duì)于本文描述的各種實(shí)施例，本發(fā)明具有更廣泛的適用性。
[0020]此外，雖然在特定裝置配置、協(xié)議、機(jī)制等上下文內(nèi)討論了各種實(shí)施例，但是適用于在各種實(shí)施例內(nèi)使用的更多和不同的裝置配置、協(xié)議、機(jī)制等同樣被發(fā)明人所考慮。例如，將在數(shù)據(jù)中心(DC)設(shè)備架(rack)的上下文內(nèi)描述各種實(shí)施例，該數(shù)據(jù)中心(DC)設(shè)備架包括在VM上或在ToR控制平面模塊中運(yùn)行的集中式控制器以及一個(gè)或多個(gè)物理服務(wù)器或服務(wù)器元素。
[0021]一般來(lái)說(shuō)，物理服務(wù)器或物理服務(wù)器元素中的每一個(gè)包括主機(jī)，基于該主機(jī)，利用計(jì)算/存儲(chǔ)資源的虛擬服務(wù)由在服務(wù)器上運(yùn)行或與服務(wù)器相關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)管理程序(hypervisor)或虛擬機(jī)監(jiān)視器(VMM)實(shí)例化。系統(tǒng)管理程序包括適于實(shí)例化、終止并且以其它方式控制在服務(wù)器上的一個(gè)或多個(gè)虛擬服務(wù)的軟件、硬件，或軟件和硬件的組合。在各種實(shí)施例中，與單個(gè)機(jī)架相關(guān)聯(lián)的服務(wù)器被共同操作以支持說(shuō)明性的40個(gè)虛擬交換機(jī)(VSff)的實(shí)例化。將理解的是，更多或更少的服務(wù)器、實(shí)例化的交換機(jī)等可在DC內(nèi)的特定裝置機(jī)架或集群內(nèi)被提供。因此，有時(shí)說(shuō)明書(shū)附圖指示40個(gè)通信路徑被用于特定功能。如將容易理解的，可使用多于或少于40的通信路徑，使用更多或更少的VSW等等。
[0022]本文討論的虛擬服務(wù)一般被描述為能夠向租戶提供的任何類(lèi)型虛擬計(jì)算和/或存儲(chǔ)資源。此外，虛擬服務(wù)同樣包括使用虛擬計(jì)算/存儲(chǔ)資源、數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施等到非虛擬裝置或其它設(shè)備的訪問(wèn)。
[0023]圖1示出了受益于各種實(shí)施例的系統(tǒng)的高級(jí)框圖。具體地，圖1示出包括多個(gè)數(shù)據(jù)中心(DC)1l-1至101-X(統(tǒng)稱為數(shù)據(jù)中心101)的系統(tǒng)100，所述多個(gè)數(shù)據(jù)中心(DC)1l-1至101-X可操作以經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)網(wǎng)絡(luò)102提供計(jì)算和存儲(chǔ)資源給在住宅和/或企業(yè)站點(diǎn)105具有應(yīng)用需求的眾多客戶。
[0024]在住宅和/或企業(yè)站點(diǎn)105具有應(yīng)用需求的客戶經(jīng)由任何標(biāo)準(zhǔn)無(wú)線或有線接入網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)102交互，以使本地客戶機(jī)設(shè)備(例如，計(jì)算機(jī)、移動(dòng)設(shè)備、機(jī)頂盒(STB)、存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)組件、客戶邊緣(CE)路由器、接入點(diǎn)等)能夠訪問(wèn)在一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)中心101處的虛擬計(jì)算和存儲(chǔ)資源。
[0025]網(wǎng)絡(luò)102可以單獨(dú)地或以任何組合包括諸如虛擬專用網(wǎng)絡(luò)(VPN)、長(zhǎng)期演進(jìn)(LTE)、邊界網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)(BNG)、互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)等多個(gè)可用訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)和/或核心網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜蛥f(xié)議中的任何一些。
[0026]各種實(shí)施例將一般在實(shí)現(xiàn)IP VPN或VPLS (虛擬專用LAN服務(wù))的多協(xié)議標(biāo)簽交換(MPLS)網(wǎng)絡(luò)的上下文內(nèi)被描述，其中通過(guò)封裝協(xié)議數(shù)據(jù)單元(rou)并且在供應(yīng)商邊緣(PE)節(jié)點(diǎn)108之間的安全隧道上發(fā)送它們，各種層3或?qū)?服務(wù)在MPLS主干上被模擬。PE節(jié)點(diǎn)108中的每一個(gè)可支持多個(gè)數(shù)據(jù)中心101。也就是說(shuō)，在圖1中示為在網(wǎng)絡(luò)102和DClOl-X之間通信的兩個(gè)PE節(jié)點(diǎn)108-1和108-2可同樣用于支持多個(gè)其它數(shù)據(jù)中心101。
[0027]數(shù)據(jù)中心101(說(shuō)明性地為DC101-X)被示為包括多個(gè)核心交換機(jī)110、多個(gè)服務(wù)裝置120、第一資源群130、第二資源群140和第三資源群150。
[0028]說(shuō)明性的兩個(gè)PE節(jié)點(diǎn)108-1和108_2中的每一個(gè)均被連接到說(shuō)明性地兩個(gè)核心交換機(jī)110-1和110-2中的每一個(gè)。可使用更多或更少的PE節(jié)點(diǎn)108和/或核心交換機(jī)110 ;冗余或備份能力通常被需求。PE路由器108將DC 101與網(wǎng)絡(luò)102互連，并且由此與其它DC 101和終端用戶105互連。DC 101—般在單元中被組織，其中每個(gè)單元可支持?jǐn)?shù)千臺(tái)服務(wù)器和虛擬機(jī)。
[0029]核心交換機(jī)110-1和110-2中的每一個(gè)與相應(yīng)的(可選)服務(wù)裝置120-1和120-2相關(guān)聯(lián)。服務(wù)裝置120用于提供諸如提供防火墻、執(zhí)行負(fù)載平衡任務(wù)等的更高層聯(lián)網(wǎng)功能。
[0030]資源群130-150被示為被安排為由多服務(wù)器刀片機(jī)架或單個(gè)服務(wù)器實(shí)現(xiàn)的被組織為服務(wù)器機(jī)架的計(jì)算和/或存儲(chǔ)資源。每個(gè)機(jī)架容納多個(gè)服務(wù)器(取決于架構(gòu))，并且每個(gè)服務(wù)器可支持多個(gè)處理器。一組以太網(wǎng)連接將服務(wù)器與機(jī)架頂部(ToR)或機(jī)架端部(EoR)交換機(jī)連接。雖然在此僅示出三個(gè)資源群130-150，但是可使用數(shù)百或數(shù)千的資源群。此外，資源群示出的配置僅用于說(shuō)明性目的；更多和不同的資源群配置對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員是已知的。此外，特定(即非群集)資源可同樣用于在DC 101上下文內(nèi)提供計(jì)算和/或存儲(chǔ)資源。
[0031]示例性資源群130被示為包括與大容量存儲(chǔ)設(shè)備或存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(SAN) 133通信的ToR交換機(jī)131，以及適于說(shuō)明性地支持虛擬機(jī)(VM)的多個(gè)刀片服務(wù)器135。示例性資源群140被示為包括與多個(gè)分立服務(wù)器145通信的EoR交換機(jī)141。示例性資源群150被示為包括與適于