一種集群節點IP位址的可視化分配方法與流程
2023-11-02 07:11:57
本發明涉及網絡通信
技術領域：
，尤其涉及一種集群節點IP位址的可視化分配方法。
背景技術：
：在現有技術中，IP位址分配和管理技術方案如下：在大規模組網中，採用了DHCPServer+Snooping+Option82技術進行地址分配，具體來說，DHCPClient：即集群節點(本文後續統一稱為集群節點或DHCPClient，與DHCPServer區分)，通過DHCP協議的報文的交互過程，向DHCPServer申請地址；DHCPServer：即地址伺服器，響應DHCPClient的地址請求，從未分配的地址中選擇並分配給DHCPClient。DHCPSnooping：即機架交換機，位於DHCPClient與DHCPServer之間，DHCPSnooping在DHCPClient發送的DHCPDISCOVER報文中，會插入一個稱為Option82的信息欄位。其中的子選項(Sub-option)部分，可以由交換機進行自定義填充，目前填充內容包括：VLANID、接口名稱、MAC等信息。DHCPServer收到含有上述信息的DHCP請求，將子選項值與地址池(含有多個連續的IP位址)進行匹配，進行地址的分配，如表1所示：表1在現有技術方案中，具體到地址池內的地址分配，是採用時間順序分配方式。以三個節點的集群為例(位於同一個機架內，位置編號是1、2、3)，上電順序為(1、3、2)，則地址的分配結果如表2所示：節點位置編號地址1192.168.0.12192.168.0.33192.168.0.2表2隨著大數據業務的興起，越來越多的計算業務需要在數據中心部署大規模的計算節點集群，甚至達到上萬臺的規模。在這樣的場景下，需要選擇合理的技術進行IP位址分配和管理，使之能實現如下需求：A)IP位址可視化，即可以直觀的根據IP位址確定節點物理位置，包括房間、機架、機架位置、所連交換機埠號等信息，便於設備巡檢、升級、維修等操作；B)自動、快捷的給所有節點分配IP位址，不需要持續的人工幹預，且應當是一次分配，一勞永逸；C)IP位址長期固定，在更換網卡或整機後，該節點地址保持不變，保持可視化效果的完整性。但是，現有技術中IP位址分配和管理技術方案無法達到地址與位置的對應關係，也無法實現可控分配。技術實現要素：鑑於上述的分析，本發明旨在提供一種集群節點IP位址的可視化分配方法，用以解決現有技術中IP位址分配和管理技術方案無法達到地址與位置的對應關係，也無法實現可控分配的問題。本發明的目的主要是通過以下技術方案實現的：一種集群節點IP位址可視化分配方法，包括如下步驟：步驟1：集群節點通過機架交換機向DHCPServer發送DHCPDISCOVER報文；步驟2：機架交換機在DHCPDISCOVER報文中插入含有表示集群節點物理位置的地址的Option82信息欄位，將插入Option82信息欄位後的DHCPDISCOVER報文轉發給DHCPServer；其中，所述物理位置包括房間號、機架號、機架內順序；步驟3：DHCPServer根據接收到的DHCPDISCOVER報文中的Option82信息欄位，進行地址的分配，向集群節點發送DHCPOFFER報文；步驟4：機架交換機收到DHCPOFFER報文後，刷新本地的記錄表，將所述DHCPOFFER報文轉發給集群節點。所述步驟2還包括如下子步驟：子步驟2.1：機架交換機根據自身物理位置，預配置好地址格式中表示房間號的值和表示機架號的值；子步驟2.2：機架交換機根據集群節點在機架內的上下順序確定地址格式中表示機架內順序的值；子步驟2.3：機架交換機在本地建立本地記錄表，記錄信息包括如下欄位：A欄位表示組織編號的值，B欄位表示房間號的值，C欄位表示機架號的值，D欄位表示機架內順序的值，MAC欄位表示集群節點的物理地址，狀態欄位表示集群節點申請地址過程中所處的狀態；此時將A的值設為空，狀態設為Requesting；子步驟2.4：機架交換機在集群節點發送的DHCPDISCOVER報文中添加Option82信息欄位，包括A、B、C、D以及MAC的值。所述交換機在建立本地記錄表時，發現該表項已經存在，且A的值不為空，則交換機做進一步判斷：若DHCPDISCOVER報文中的MAC信息與表項中記錄的一致，則獲取A的值；若DHCPDISCOVER報文中的MAC信息與表項中記錄的不一致，則獲取A的值，並刷新MAC。所述步驟3還包括如下子步驟：子步驟3.1：DHCPServer解析出Option82信息欄位中的B、C、D三個欄位的值，添加DHCPServer上預先配置好的欄位A的值，組裝成完整的地址：A.B.C.D；子步驟3.2：在進行地址分配之前，DHCPServer對上述B、C、D三個欄位進行取值範圍合理性檢查；子步驟3.3：如果取值範圍合理性檢查通過，則DHCPServer對地址是否已分配進行檢查。所述子步驟3.3進一步包括：若地址未分配，DHCPServer直接在DHCPOFFER報文中指定該地址，並在DHCPServer上記錄該地址的租約信息；若地址已分配，且所記錄的集群節點的MAC與DHCPDISCOVER報文一致，則DHCPServer直接在DHCPOFFER報文中指定該地址，並刷新該地址的租約信息；若地址已分配，且所記錄的集群節點的MAC與DHCPDISCOVER報文不一致，則DHCPServer向已分配地址發送檢測報文。所述DHCPServer向已分配地址發送檢測報文進一步包括：DHCPServer向分配出去的地址發送EchoRequest或ARPRequest檢測報文；若分配出去的地址有回覆，結束本次分配過程；若分配出去的地址沒有回覆，DHCPServer在DHCPOFFER報文中指定該地址，並刷新該地址租約中的MAC信息。所述方法進一步包括以下步驟：集群節點向DHCPServer發送DHCPREQUEST報文，確認選擇DHCPServer為它提供的IP位址；被選擇的DHCPServer向對應的集群節點發送DHCPACK報文，將在DHCPOFFER報文中準備的IP位址租約給對應的集群節點。所述集群節點出現故障，需要更換網卡或整機更換時，直接完成更換，且網線連接在機架交換機上的同一個埠，IP位址不變。所述DHCPServer出現故障時，機架交換機檢查本地表項的狀態是否長期為Requesting，判斷DHCPServer是否分配地址及進行回復；若DHCPServer沒有進行回復，則在集群節點發送多次請求後，機架交換機檢查本地記錄的其他地址表項，從處於Offered狀態的其他表項中，獲取A欄位的值，構成地址A.B.C.D。所述機架交換機代替DHCPServer，主動給集群節點分配地址及回復，並在本地記錄該地址，將狀態設為Temp；機架交換機持續檢測DHCPServer是否恢復工作，當DHCPServer恢復工作後，機架交換機代替集群節點向DHCPServer發送DHCPDISCOVER報文，便於DHCPServer記錄或刷新租約信息。本發明有益效果如下：僅需要修改DHCPSnooping和DHCPServer的實現，不需要修改DHCPClient，保證本技術方案的可行性與適配性；將僅具有網絡意義的IP位址，轉化成含有物理位置信息的地址格式，能夠直接的提升位置定位效率；通過自動化的方式，實現固定IP位址的分配，即使在維修而導致的MAC變化時，依然能按照原有IP進行分配；只需要在機架交換機和DHCPServer伺服器進行相對簡單的配置，節省了配置的工作量，且後續的維護工作量可以忽略不計。本發明的其他特徵和優點將在隨後的說明書中闡述，並且，部分的從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發明而了解。本發明的目的和其他優點可通過在所寫的說明書、權利要求書、以及附圖中所特別指出的結構來實現和獲得。附圖說明附圖僅用於示出具體實施例的目的，而並不認為是對本發明的限制，在整個附圖中，相同的參考符號表示相同的部件。圖1為集群節點與DHCPServer的交互過程示意圖；圖2為機架交換機處理DHCPDISCOVER報文流程圖；圖3為DHCPServer分配地址流程圖。具體實施方式下面結合附圖來具體描述本發明的優選實施例，其中，附圖構成本申請一部分，並與本發明的實施例一起用於闡釋本發明的原理。步驟1-4集群節點與DHCPServer的交互過程示意圖如圖1所示。步驟1、集群節點DHCPClient，通過機架交換機DHCPSnooping向地址伺服器DHCPServer發送DHCPDISCOVER報文；發現階段(DHCP客戶端在網絡中廣播發送DHCPDISCOVER報文，發現DHCPServer，請求IP位址租約)。步驟2、機架交換機DHCPSnooping，在DHCPClient發送的DHCPDISCOVER報文中插入含有表示集群節點物理位置的地址的Option82信息欄位，將插入Option82信息欄位後的DHCPDISCOVER報文轉發給DHCPServer；其中，所述物理位置包括房間號、機架號、機架內順序，具體地，如圖2所示，包括以下子步驟：子步驟2.1、機架交換機根據自身物理位置，預配置好地址格式(即A.B.C.D)中B、C這兩個值。子步驟2.2、機架交換機根據節點在機架內的上下順序確定地址格式(即A.B.C.D)中D的值。機架交換機各埠與機架內的節點連接順序，與節點在機架內的上下順序一致，由此形成對應關係，最終確定D的取值。即，針對數據中心的伺服器集群部署和管理模式，建立伺服器地理位置資料庫，將伺服器的物理位置映射到IP位址中，作為IP位址的欄位；具體地，在IP位址標準書寫格式(十進位點分法格式A.B.C.D)基礎上，將物理位置映射到IP位址中，將其拆分成4個層次：需要說明的是：這樣的結構可以根據實際規模進行融合或簡化，例如在只有一個房間的情況下：同時需要指出的是：本實施例所針對的數據中心集群，基本全都是以獨立的一個二層網絡方式運行，部署的是私網地址，且具有足夠的地址空間。本實施例以8位長度進行劃分層次，在特定的情況下，可以根據實際數量選擇其他的長度劃分，但對應的技術效果可能有一定降低。子步驟2.3、機架交換機在本地建立本地記錄表，記錄信息包括AValueBValueCValueDValueMAC狀態此時A的值為空，狀態為Requesting。如果交換機在建立本地記錄表時，發現該表項已經存在，且A的值不為空，說明該埠上已有節點申請過地址，則交換機需要進行進一步判斷：如果DHCPDISCOVER報文中的MAC信息與表項中記錄的一致，說明此場景為DHCPClient做地址續約，則獲取A的值；如果DHCPDISCOVER報文中的MAC信息與表項中記錄的不一致，說明此場景是更換節點設備(因為機架交換機與DHCPClient是直連，交換機可以根據埠狀態的變化，判斷是否是更換設備)，則獲取A的值，並刷新MAC。子步驟2.4、機架交換機在DHCPClient發送的DHCPDISCOVER報文中添加Option82信息欄位，格式內容包括A、B、C、D和MAC的值，每個欄位長度1個字節，此時A的值為空。步驟3、DHCPServer根據接收到的DHCPDISCOVER報文中Option82信息欄位，進行地址的分配，向集群節點發送DHCPOFFER報文；具體地，如圖3所示，包括以下子步驟：子步驟3.1、DHCPServer收到含有Option82信息欄位的DHCP請求，解析出Option82信息欄位中的B、C、D三個欄位的取值，添加DHCPServer上預先配置好的欄位A的值，組裝成完整的地址：A.B.C.D。子步驟3.2、在進行地址分配之前，DHCPServer對上述B、C、D三個欄位進行取值範圍合理性檢查。子步驟3.3如果取值範圍合理性檢查通過，則DHCPServer對地址是否已分配進行檢查；如果地址未分配，則DHCPServer直接在DHCPOFFER報文中指定該地址，並在DHCPServer上記錄該地址的租約信息。如果地址已經分配出去(即存在此地址的租約)，且所記錄的DHCPClient的MAC與DHCPDISCOVER報文一致，說明此情況為DHCPClient進行地址的續約，則DHCPServer直接在DHCPOFFER報文中指定該地址，並刷新該地址的租約信息等；如果地址已經分配出去，但是所記錄的DHCPClient的MAC與DHCPDISCOVER報文不一致，說明有可能存在更換伺服器的情況，因為DHCPServer與DHCPClient非直連(通過DHCPSnooping間接連接)，不能直接判斷結論，所以需要DHCPServer做進一步的檢測。DHCPServer先向原地址發送EchoReqest或ARPRequest等檢測報文：如果有回覆，則說明原節點存在，此DHCPDISCOVER報文可能是錯誤報文，則結束本次分配過程。如果沒有回覆，則說明原節點可能已經替換掉了，則DHCPServer直接在DHCPOFFER報文中指定該地址，並刷新該地址租約中的MAC信息等。步驟4、DHCPSnooping收到DHCPOFFER報文後，獲得地址信息中的A欄位，並刷新本地的記錄表，將狀態設置為Offered；將所述DHCPOFFER報文消息轉發給DHCPClient。步驟5、選擇階段(DHCPClient通過DHCPREQUEST報文確認選擇DHCPServer為它提供的IP位址)。步驟6、確認階段(被選擇的DHCP伺服器通過DHCPACK報文把在DHCPOFFER報文中準備的IP位址租約給對應的DHCPClient)。在本發明的一個優選實施例中，當某個集群節點出現故障，需要更換網卡或整機更換時，直接完成更換，且網線連接在機架交換機上的同一個埠。假設已經分配到的地址是1.2.3.4，對於機架交換機而言，由於埠不變，其在Option82中填充的地址子選項不變，交換機查詢其本地記錄表，可以獲取A、B、C、D4個欄位的值，因此地址子選項的內容仍為1.2.3.4。DHCPServer收到請求後，根據上述子選項內容，如果組織編號A的值保持不變，則為其繼續分配1.2.3.4的地址，過程與上面相同。在本發明的另一個優選實施例中，在DHCPServer出現故障時，集群節點DHCPClient發送的DHCP請求將會無法及時響應，此時機架交換機DHCPSnooping進行如下處理：機架交換機DHCPSnooping檢查本地表項的狀態是否長期為Requesting，判斷Server是否分配地址及進行回復。如果DHCPServer沒有進行回復，則在DHCPClient發送多次請求後，DHCPSnooping檢查本地記錄的其他地址表項，從處於Offered狀態的其他表項中，獲取A欄位的值，構成地址A.B.C.D；DHCPSnooping代替DHCPServer，主動給DHCPClient分配地址及回復，並在本地記錄該地址，將狀態設為Temp；DHCPSnooping持續檢測DHCPServer是否恢復工作，當DHCPServer恢復工作後，DHCPSnooping代替DHCPClient發送DHCPDISCOVER報文，便於DHCPServer記錄或刷新租約信息。綜上所述，本發明實施例提供了一種集群節點IP位址可視化分配方法，實現了IP位址與節點物理位置的一一對應，即實現了IP位址的可視化，不需要持續的人工幹預，自動、快捷的為所有節點分配IP位址，且IP位址長期固定，在更換網卡或整機後，該節點地址保持不變，保持可視化效果的完整性。由於IP位址與物理位置存在對應關係，在DHCPServer上可以將租約表進行聚合管理，展現如下信息：每個機房或機架的節點上電比例，可以從宏觀上把握整個集群的運行情況；集群節點更換次數和比例，可以揭示節點故障率與物理位置所帶來的溫溼度、粉塵等因素的關係。本領域技術人員可以理解，實現上述實施例方法的全部或部分流程，可以通過電腦程式來指令相關的硬體來完成，所述的程序可存儲於計算機可讀存儲介質中。其中，所述計算機可讀存儲介質為磁碟、光碟、只讀存儲記憶體或隨機存儲記憶體等。以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本
技術領域：
的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。當前第1頁1 2 3