[發明專利]一種基于OVS的實時虛擬網絡的實現方法

在審

• 申請號: 201911193584.8
• 申請日: 2019-11-28
• 公開（公告）號: CN111211999A
• 公開（公告）日: 2020-05-29
• 發明（設計）人: 李國兵;張哲;衛寧;周江福;陳卓;王曄;李琦;劉毅楓
• 申請（專利權）人: 中國船舶工業系統工程研究院
• 主分類號: H04L12/931
• 分類號: H04L12/931;H04L29/08;G06F9/455
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 陳鵬

一種基于OVS的實時虛擬網絡的實現方法，針對虛擬網絡帶寬與實際物理網絡相同但轉發效率低問題，通過DPDK插件快速處理數據包，解決了虛擬網絡交換機工作時內存需要受操作系統的管理、容易受到操作系統中斷及永和空間切換影響的問題，節省了CPU中斷時間又省去了內存拷貝時間，極大提高了網絡IO的吞吐量。

技術領域

本發明涉及一種基于OVS的實時虛擬網絡的實現方法，屬于虛擬化技術領域。

背景技術

經過多年的發展，云計算已經逐步成熟，在整個云數據中心中，網絡是所有設備互聯互通的關鍵所在，網絡的性能可以影響整個數據中心的運行效率。在云計算中虛擬機通過OVS虛擬機交換機與外部通信，由于虛擬化本身有性能損耗，雖然虛擬機網絡帶寬與實際物理硬件相同，但是網絡延時還是比物理硬件高，網絡的實時性相對較差。在工業控制或軍用領域，網絡的實時性要求非常高，如何提高虛擬網絡的實時性，已成為當前云計算推廣的關鍵所在。

硬件交換機因為有專門的轉發硬件，可以保證任意時間都有一定的資源用于轉發。但是OVS在操作系統內核空間實現轉發，本質上是通過操作系統內的幾個進程來完成工作。操作系統會像對待其他進程一樣，將CPU的部分時間片，而不是整個CPU分配給虛擬交換機，內存也需要受操作系統的管理，這就存在資源搶占的可能。所以，虛擬交換機并不能保證在需要轉發網絡數據的時候一定占有資源。另一方面，因為操作系統本身的設計，需要經過硬中斷，軟中斷，內核空間和用戶空間的切換來完成網絡數據的傳輸，通過內核進行轉發使得網絡數據在操作系統內的路徑也很長。所以基于內核實現的虛擬交換機 OVS，會對網絡性能帶來額外的損耗。

發明內容

本發明解決的技術問題是：針對目前現有技術中，虛擬網絡交換機工作時內存需要受操作系統的管理、容易受到操作系統中斷及永和空間切換影響的問題，提出了一種基于OVS的實時虛擬網絡的實現方法。

本發明解決上述技術問題是通過如下技術方案予以實現的：

一種基于OVS的實時虛擬網絡的實現方法，步驟如下：

(1)安裝部署OVS虛擬交換機，于OVS虛擬交換機上安裝DPDK插件，進行DPDK的優化配置；

(2)于物理網卡接收數據包，于Datapath中判斷是否可以直接轉發該數據包，若于Datapath緩存記錄中找到接收記錄，則將該數據包向外轉發；若未找到接收記錄，則對數據包目的端口進行確認，根據配置的流表策略獲取目的端口的轉發規則，并根據所得轉發規則進行轉發；

(3)于Linux系統中配置用于提高內存訪問率的大頁緩存，同時于系統中配置UIO，安裝應用空間下所需驅動程序；

(4)將不同控制面線程、數據面線程綁定至不同CPU核，同時配置無鎖環形緩存管理，同時使用收發包批處理功能處理數據；

(5)利用用戶態輪詢驅動實現虛擬機和主機零拷貝。

所述驅動程序為網卡驅動，于用戶空間運行以減小報文在用戶空間與應用空間的拷貝次數。

所述步驟(2)中，對數據包目的端口進行確認的具體步驟為：

若于Datapath緩存記錄中未找到接收記錄，直接通過DPDKlib將數據發送到用戶空間的vswitchd，同時操作openflow流表，實現與ovsdb以及ovs-ofctl 交互，并通過vswitchd檢查ovsdb數據庫以查看數據包的目的端口。

所述步驟(2)中，根據數據包的目的端口獲取數據轉發規則的具體方法為：

通過OpenFlow協議向OVS交換機下發FlowTable流表，控制交換機的根據FlowTable進行轉發，其中：