用於協調分布式虛擬網絡交換環境中的多播消息傳送的中央控制器的製作方法

2023-06-03 19:13:21

專利名稱：用於協調分布式虛擬網絡交換環境中的多播消息傳送的中央控制器的製作方法
技術領域：
本發明一般涉及協調分布式虛擬網絡交換環境中的多播組消息傳送。
背景技術：
多播組使得例如若干無線計算機(俗稱為「主機」)的用戶可以彼此同時訪問同一網際網路視頻。用戶必須發送加入多播組的消息以便接收期望組的數據包，並且，必須進行規定以便消除去往離開多播群組的用戶的某些消息。一個用於管理這些瑣事的示例協議稱為網際網路群組管理協議(IGMP)。以上處理依賴於對多播數據包的伺服器以及這些伺服器和用戶之間的網絡交換機的識別。這裡可以理解，當虛擬機被用作伺服器時並且當伺服器連接到使用虛擬交換機的網絡時，這樣的識別不一定發生，導致消息洪泛(flood)至不需要它們的節點並且可能無法將消息遞送至應當接收它們的節點。


本發明的結構和操作的細節可以參考附圖最好地理解，附圖中，類似標號表示類似部分，並且附圖中圖1是根據本原理的示例系統的框圖，以及圖2是一般示例邏輯的流程圖。
具體實施例方式鍵一種系統，至少包括第一計算機伺服器和第二計算機伺服器。至少第一虛擬機 (VM)和第二虛擬機是由第一伺服器實現的，並且至少第三VM是由第二伺服器實現的。在第一伺服器上的第一虛擬交換機與第一 VM和第二 VM通信並與網絡通信。同樣，在第二伺服器上的第二虛擬交換機與第三VM和該網絡通信。中央控制處理器與這兩個伺服器通信來協調至少在伺服器內的多播消息傳送。在一些實施例中，中央控制處理器提供虛擬交換機和VM的統一視圖。在示例實施例中，如果在將第一 VM遷移到第三伺服器之前，第三伺服器還不是第一 VM所屬於的多播組的成員，則中央控制處理器使得第一 VM將被遷移到的第三伺服器發送加入報告以便加入該多播組。在第三VM是第一多播組的成員並且第一 VM和第二 VM不是第一多播組的成員的示例情況中，第一虛擬交換機接收不到尋址到所述第一多播組的多播消息。在一些實現方式中，中央控制處理器使得來自第一伺服器和第二伺服器的加入和退出報告只被路由到已知是路由器或交換機的組件，並且不被路由到如下伺服器上的VM， 所述伺服器上的VM不是作為報告對象的多播組的成員。如果需要，多播消息可以只沿著通往如下VM的鏈路被轉發從而減少不必要的報告洪泛，所述VM是作為多播消息對象的多播組的成員。在伺服器不具有與特定多播組相關聯的VM的情況中，伺服器的虛擬交換機不接收任何尋址到此特定多播組的多播數據包。在另一些實施例中，一種方法包括提供多個本地交換機和提供與所述本地交換機通信的中央控制處理器。該方法還包括使用中央控制處理器來防止至少第一本地交換機接收並非尋址到在所述第一本地交換機後面的任意實體的多播消息。在另一實施例中，一種裝置包括與多個伺服器通信的中央控制處理器。每個伺服器能夠運行至少一個虛擬機和將所述VM連接到網絡的相應交換機。該中央控制處理器協調伺服器和所述網絡之間的多播消息傳送。

示例實施例首先參考圖1，諸如伺服器或虛擬機10之類的組件根據以下描述運行管理器模塊，在一種示例實現方式中，管理器模塊可以是中央控制處理器12，其通常被存儲在諸如基於盤的存儲裝置或固態存儲裝置之類的有形計算機可讀介質14上。除了圖1中所示出的那些以外，還可以包括另外的交換機、主機和伺服器，可以理解，圖1隻是用於圖解的簡化示圖。一些實施例可以包括更多網絡設備(和不同類型的網絡設備，例如路由器)。被中央控制處理器12所協調的數據被邏輯地分組到一個或多個消息中。術語「消息」是指在傳輸介質上作為數據單元發送的邏輯信息組。消息可以包括圍繞數據單元中所包含的用戶數據的頭和/或尾信息。「消息」可以包括信元、數據報、幀、數據包、片段、或任意其它邏輯信息組。示例非限制性交換機、伺服器、計算機和主機可以包括各種接口，這各種接口可以包括物理接口(例如，在交換機內部的線路卡上)和/或邏輯接口(也稱為虛擬接口)。例如，物理接口例如但不限於是接收用於若干虛擬區域網(VLAN)的消息的幹線接口，可以包括若干邏輯接口，每一個邏輯接口用於一個VLAN。可替換地，邏輯接口可以是位於物理上分離的中間網絡設備上的接口，中間網絡設備耦接在交換機和一組主機之間，在不進行轉發判決的情況下將由主機發送的消息傳遞至交換機。此外，這些接口可以以不同方式組織。 例如，在一些實施例中，接口可被分層次地組織。在一個這樣的實施例中，交換機內的物理接口駐留在此層次結構的頂層。到若干不同VLAN的設備的物理接口可以包括在交換機的接口層次結構中的物理接口之下被組織的若干VLAN專用邏輯接口。中央控制處理器12通常在區域網上與多個計算機實現的伺服器16通信。儘管只示出兩個伺服器，但是可以提供更多(例如，32個、64個等)的伺服器。每個伺服器16可被俗稱為「線路卡」的計算機實現，並且每個伺服器16可以運行用於協調伺服器16上的一個或多個虛擬機(VM) 18的操作的超級監管器(hypervisor)。例如，圖1左面的伺服器16 實現兩個VM(標記為「VM-a」和「VM-b」)，而圖1右面的伺服器實現單個VM( 「VM_c」)。每個VM 18是一個虛擬機，這是因為，當VM是以軟體實現的時，VM在相關聯的伺服器16上就如同VM是硬體實現的機器一樣地運作。如圖所示，每個伺服器16可以包括相應的虛擬交換機20，其中伺服器16的各個 VM 18在相應的虛擬上遊鏈路22 (例如虛擬乙太網)上與伺服器16的相應虛擬交換機20 通信。因此，如圖1中所示，「VM-a」在標記為「A」的虛擬上遊鏈路上與左手邊的伺服器16 的虛擬機20通信，而「VM-b」在標記為「B」的虛擬上遊鏈路上與左手邊的伺服器16的虛擬機20通信。虛擬交換機20是虛擬交換機，這是因為它們在相關聯的伺服器16中是通過軟體來實現的，儘管也可以使用網絡接口卡(NIC)中的硬體特徵。中央控制處理器12之下的虛擬交換機20 —起建立分布式虛擬交換機。應當理解，本原理也適用於在一組本地物理交換機的情況中管理多播消息轉發，也適用於所示出的本地交換機是虛擬交換機20的情況。
圖1示出每個虛擬交換機20在相應的伺服器至交換機上遊鏈路沈上與諸如網際網路之類的網絡25中的硬體實現的交換機M通信。因此，圖1中左手邊的伺服器16的虛擬交換機20在標記為「X」的上遊鏈路上與硬體實現的交換機M通信，而圖1中右手邊的伺服器16的虛擬交換機20在標記為「Y」的上遊鏈路上與硬體實現的交換機M通信。硬體實現的交換機M可以但不限於是網絡路由器，但是其也可以是以軟體的形式實現的。
硬體執行的交換機M進而在相應的交換機至主機上遊鏈路30上與一個或多個主機計算機28(為了清楚僅示出一個主機)通信。圖1中的交換機至主機上遊鏈路30被標記為「Z」。主機觀可以但不限於是諸如無線用戶計算機之類的運行Linux的計算機，其中所述無線用戶計算機的用戶希望從一個或多個伺服器VM 18接收諸如多播音頻視頻數據包之類的多播數據包。主機觀還可包括發起多播消息的伺服器或其他計算機。根據IGMP，當主機加入多播組時，它們沿上遊鏈路向潛在的多播伺服器發送加入消息，同樣，當主機退出多播組時，它們可以發送退出消息，或者上遊組件(稱為「查詢者」) 可以周期性地發送查詢以便確定哪些主機可能已經退出多播組。根據本原理，圖1的體系架構和圖2的邏輯可以用於減少來自或去往多播組所沒有涉及的主機和組件的消息洪泛。在一些實施例中，主機觀和伺服器16各自包括具有相關聯的諸如固態存儲裝置或基於盤的存儲裝置之類的計算機可讀介質的各種計算設備中的一種或多種。例如，主機和/或伺服器各自可以是個人計算機、工作站、網際網路伺服器、網絡設備、諸如蜂窩電話或 PDA(個人數字助理)之類的手持計算設備，或任意其它類型的計算設備。主機和伺服器還可以用在這種計算設備上運行的軟體處理來實現。主機和伺服器各自可以直接地或通過諸如路由器(以及一個或多個其它交換機或其它網絡設備)之類的一個或多個中間網絡設備間接地連接到交換機對。現在參考圖2，在框30處，與虛擬交換機20協作的中央控制處理器12執行對包括虛擬交換機20在內的所有上遊交換機的中央探聽(snoop)。中央控制處理器12還監視被伺服器16的VM 18接收到的來自各個主機的加入消息。在框34處，對於每個伺服器16，中央控制處理器12移動到框36以便建立僅包含伺服器本地的接口的多播接口分布清單(其可以用將地址與多播組ID相關聯的查找表實現)。例如，用於圖1中左手邊的伺服器16的清單將指示VM-a在虛擬乙太網「A」上與關聯的虛擬交換機20通信，並且VM-b在虛擬乙太網「B」上與關聯的虛擬交換機20通信。此外，用於左手邊的伺服器16的清單還指示關聯的虛擬交換機20在伺服器至交換機上遊鏈路「X」上與物理交換機M通信。如果需要，在框38處，中央控制處理器12可以例如在計算機監視器上向用戶呈現在中央控制處理器12之下的所有鏈路和VM在內的組合交換視圖，使得即便用於每個伺服器的清單是針對該伺服器來個性化的，用戶也可以看到組合交換視圖。IGMP加入/退出報告根據IGMP原理被用來將包括上述伺服器和VM在內的組件登記(enroll)到多播組中和從多播組除名(disenroll)。根據IGMP原理，加入報告和退
6出(或「離開」)報告被沿上遊鏈路發送至已知是路由器/交換機(例如交換機的上遊組件。例如，如果VM-a發起加入報告，則中央控制處理器12截取虛擬鏈路「A」上的VM-a 加入報告並且沿伺服器至交換機鏈路而不再沿其它鏈路「X」送出加入報告，例如沒有加入報告在虛擬鏈路「B」上被發送，這是因為中央控制處理器12知道VM-b不是路由器或交換機。當物理交換機M接收到加入報告時，其隨後將沿交換機至主機鏈路「Z」轉發報告。因此，在圖1的系統的情況中，中央控制處理器12監視並且知道由VM 18發出的加入和退出報告，所以處理器12知道哪些VM屬於哪些多播組。此外，在VM-C發出加入報告的情況中，加入報告被沿右手邊的伺服器至交換機鏈路「Y」發送，物理交換機M隨後沿鏈路「X」(至VM-a)和「Ζ」(至主機28)轉發該加入，從而確立圖1中右手邊的伺服器應當代表VM-c接收尋址到如下多播組的消息，所述多播組是來自VM-c的加入報告的對象。此外，圖1中左手邊的虛擬交換機20不沿伺服器至交換機鏈路「X」重新發回加入，這是因為這種加入報告不被沿起點的鏈路或從一個PNIC至另一 PNIC的鏈路發回。如以下將進一步討論的，有時希望將VM 18從一個伺服器16 「遷移」至另一伺服器16。在這樣的情況中，如果VM被遷移到的伺服器16未被登記到此VM所屬於的多播組中，則中央處理器12 (因為其具有在其能力範圍內的所有伺服器16的統一中央視圖)可以令伺服器16沿上遊鏈路發出必須加入報告，以使得當VM 18到達新的伺服器16時，其將立即能夠接收尋址到其所屬於的多播組的數據包。隨後，在框40處，使用以上清單並且如以下利用示例更全面地闡述的，多播消息只沿著通往作為特定組(特定組是這些消息的對象)的成員的VM的鏈路被轉發，從而限制了多播數據包向伺服器上的所有VM的不必要的洪泛。在伺服器16沒有與特定多播組相關聯的VM的情況中，伺服器16的虛擬交換機20不接收任何尋址到該特定多播組的多播數據包。作為示例，假定VM-a和VM-c和主機觀一起加入多播組。由於中央控制處理器12 監視這樣的加入，所以中央控制處理器12知道這些加入。相應地，當圖1中左手邊的伺服器16接收VM-a的多播消息時，其在虛擬鏈路「Α」上發送那些消息，同時避免了多播數據包在虛擬鏈路「B」上向其它未登記的VM-b的不必要的發送。此外，由於中央控制處理器12具有在其能力範圍內的所有伺服器的中央視圖，所以其可以將VM 18從一個伺服器遷移至另一伺服器，以使得例如同一多播組中的VM被集中到單個伺服器16上並且因此，對於諸如加入和退出報告目的之類的多播流量目的，只消耗單個伺服器至交換機鏈路26。如以上所提及的，VM將被遷移到的伺服器可以在VM遷移之前被登記到VM所屬於的多播組中，以使得VM — 「到達」新的伺服器，其就立即開始接收合適的多播數據包。儘管在這裡詳細地示出和描述了具體的用於協調分布式虛擬網絡交換環境中的多播消息傳送的中央控制器，但是應當理解，本發明所包括的主題只由權利要求限定。
權利要求
1.一種系統，包括至少第一計算機伺服器和第二計算機伺服器；由至少所述第一伺服器實現的至少第一虛擬機VM和第二虛擬機VM以及由所述第二伺服器實現的至少第三VM;第一虛擬交換機，所述第一虛擬交換機在所述第一伺服器上，並且與所述第一 VM和所述第二 VM通信並與網絡通信；第二虛擬交換機，所述第二虛擬交換機在所述第二伺服器上並且與所述第三VM和所述網絡通信；以及中央控制處理器，所述中央控制處理器與這兩個伺服器通信來協調至少在所述伺服器內的多播消息傳送。
2.根據權利要求1所述的系統，其中所述中央控制處理器提供虛擬交換機和VM的統一視圖。
3.根據權利要求1所述的系統，其中，如果在將所述第一VM遷移到第三伺服器之前，所述第三伺服器還不是所述第一 VM所屬於的多播組的成員，則所述中央控制處理器使得所述第一 VM將被遷移到的所述第三伺服器發送加入報告以便加入所述多播組。
4.根據權利要求1所述的系統，其中，如果所述第三VM是第一多播組的成員並且所述第一 VM和所述第二 VM不是所述第一多播組的成員，則所述第一虛擬交換機接收不到尋址到所述第一多播組的多播消息。
5.根據權利要求1所述的系統，其中，所述中央控制處理器使得來自所述第一伺服器和第二伺服器的加入和退出報告只被路由到已知是路由器或交換機的組件，並且不被路由到如下伺服器上的VM，所述伺服器上的VM不是作為所述報告的對象的多播組的成員。
6.根據權利要求1所述的系統，其中，多播消息只沿著通往如下VM的鏈路被轉發從而減少不必要的數據包洪泛，所述VM是作為所述多播消息的對象的多播組的成員。
7.根據權利要求6所述的系統，其中，在伺服器不具有與特定多播組相關聯的VM的情況中，所述伺服器的虛擬交換機不接收任何尋址到所述特定多播組的多播數據包。
8.一種方法，包括提供複數個本地交換機；提供與所述本地交換機通信的中央控制處理器；以及使用所述中央控制處理器來防止至少第一本地交換機接收並非尋址到在所述第一本地交換機後面的任意實體的多播消息。
9.根據權利要求8所述的方法，其中所述交換機是虛擬交換機。
10.根據權利要求9所述的方法，其中每個交換機與相應的伺服器相關聯，由至少第一伺服器實現至少第一虛擬機VM和第二虛擬機VM，由第二伺服器實現至少第三VM，第一虛擬交換機與所述第一伺服器相關聯並且第二虛擬交換機與所述第二伺服器相關聯。
11.根據權利要求10所述的方法，其中所述中央控制處理器提供虛擬交換機和VM的統一視圖。
12.根據權利要求10所述的方法，其中，如果在將所述第一VM遷移到第三伺服器之前， 所述第三伺服器還不是所述第一 VM所屬於的多播組的成員，則所述中央控制處理器使得所述第一 VM將被遷移到的所述第三伺服器發送加入報告以便加入所述多播組。
13.根據權利要求10所述的方法，其中，如果所述第三VM是第一多播組的成員並且所述第一 VM和所述第二 VM不是所述第一多播組的成員，則所述第一虛擬交換機接收不到尋址到所述第一多播組的多播消息。
14.根據權利要求10所述的方法，其中，所述中央控制處理器使得來自所述第一伺服器和第二伺服器的加入和退出報告只被路由到已知是路由器或交換機的組件，並且不被路由到如下伺服器上的VM，所述伺服器上的VM不是作為所述報告的對象的多播組的成員。
15.根據權利要求10所述的方法，其中，多播消息只沿著通往如下VM的鏈路被轉發從而減少不必要的數據包洪泛，所述VM是作為所述多播消息的對象的多播組的成員。
16.根據權利要求15所述的方法，其中，在伺服器不具有與特定多播組相關聯的VM的情況中，所述伺服器的虛擬交換機不接收任何尋址到所述特定多播組的多播數據包。
17.一種裝置，包括中央控制處理器，所述中央控制處理器與多個伺服器通信，每個伺服器運行至少一個虛擬機和將所述VM連接到網絡的相應的交換機，所述中央控制處理器協調伺服器和所述網絡之間的多播消息傳送。
18.根據權利要求17所述的裝置，其中所述交換機是虛擬交換機。
19.根據權利要求18所述的裝置，其中每個交換機與相應的伺服器相關聯，至少第一和第二虛擬機VM是由至少第一伺服器實現的，至少第三VM是由第二伺服器實現的，第一虛擬交換機與所述第一伺服器相關聯並且第二虛擬交換機與所述第二伺服器相關聯。
20.根據權利要求19所述的裝置，其中，多播消息只沿著通往如下VM的鏈路被轉發從而減少不必要的數據包洪泛，所述VM是作為所述多播消息的對象的多播組的成員。
全文摘要
一種中央控制處理器提供了用於多個多播交換機或伺服器的能夠基於報告的子集發送查詢消息的統一管理機制。
文檔編號H04L12/08GK102160328SQ200980137026
公開日2011年8月17日 申請日期2009年12月7日 優先權日2008年12月10日
發明者蒂莫西·J·庫伊克 申請人:思科技術公司