[发明专利]虚拟机数据分组封装及解封装

说明书

背景技术

网络接口卡(NIC)能够利用通常称为硬件卸载的方法实现硬件中的传 输控制协议(TCP)功能。典型的硬件卸载功能包括校验和卸载和TCP分 段卸载(TSO)。需要校验和功能来确保在传输过程中遭到破坏的TCP分组 被丢弃而不是被传送给应用。校验和功能能够解决数据有效负载、TCP报 头以及互联网协议(IP)报头的包括源IP地址和目的地IP地址、分组长度 和协议类型的部分。

当源主机上的应用通过TCP连接将大量数据传输到目的地主机时，该 数据能够大于下层网络协议层所支持的最大尺寸。典型的以太网网络支持 1500字节的最大传输单元(MTU)，而其他链路协议可具有不同的MTU值。 当应用传输了比所支持的MTU大的数据时，TCP层将该数据分段成较小 MTU尺寸的数据分组。这种分段以及跨主机操作系统中的软件网络堆栈的 较小MTU尺寸的数据分组的使用会消耗相当大的中央处理单元(CPU)开 销。在高带宽网络上，TSO是一种能够用于减少TCP的CPU开销的技术。 对于TSO，不是在软件中将数据分段，而是将大块数据传递到NIC以在硬 件中进行分段。

在包括一个或多个虚拟机(VM)的虚拟化主机上，TSO以及NIC所 提供的其他功能也是有益的。为了在大的云数据中心提供地址空间虚拟化， 虚拟化主机的管理程序能够用于将VM传输的数据分组与层2以及其他上 层报头进行封装。然而，如果不恰当地封装数据分组，则在NIC上可用的 硬件卸载技术的益处将被取消。

附图说明

通过举例的方式来图示说明本公开的特征，不受下面附图的限制，在 附图中相似的标记指示相似的元件，其中：

图1示出了根据本公开示例的虚拟机数据分组封装和解封装装置的体 系结构；

图2示出了根据本公开示例的封装后的数据分组；

图3示出了根据本公开示例的另一封装后的数据分组；

图4示出了根据本公开示例的用于虚拟机数据分组封装和解封装的方 法；

图5示出了根据本公开示例的用于虚拟机数据分组封装和解封装的方 法的进一步的细节；以及

图6示出了根据本公开示例的计算机系统。

具体实施方式

为简化和示例的目的，通过主要参考示例来描述本公开。在下面的说 明中，为提供对本公开的充分理解，阐述了多个具体的细节。然而，显然 本公开可以在不限于这些具体细节的情况下实施。在其他实例中，为避免 不必要地模糊本公开内容，没有对一些方法和结构进行详细说明。

在本公开内容中，术语“一(a)”和“一(an)”意在指示至少一个特 定要素。如本文所使用，术语“包括”意指但不限于包括，术语“包括有” 意指但不限于包括有。术语“基于”意指至少部分基于。

在虚拟化数据中心中，通过掌管源VM的虚拟化源的管理程序，能够 将源虚拟机(VM)传输的数据分组与新的报头封装在一起用于实现地址空 间虚拟化。然而，如果不恰当地封装数据分组，则在网络接口卡(NIC)上 可用的硬件卸载技术的益处将被取消。例如，NIC能够执行传输控制协议 (TCP)分段卸载(TSO)，传输校验和，以及接收校验和。这些NIC功能 能够减少中央处理单元(CPU)开销，否则这些CPU开销将被虚拟化源用 来将数据分组传输到虚拟化目的地上所掌管的目的地虚拟机。

对于TSO，不是在软件中将数据分段，而是将大块数据连同所需的报 头信息一起传递到NIC。NIC将数据分段成带有相关报头信息的最大传输 单元(MTU)尺寸的数据分组(即，数据分组分段)。NIC进一步创建报头， 使得每个数据分组分段都是包含序列号的有效TCP包。对于虚拟化目的地， 每个MTU尺寸的数据分组分段能够被转发到软件TCP堆栈，然后被独立 地转发到应用，而无需重新创建原始较大尺寸的数据分组。

除了TSO之外，NIC能够支持校验和卸载。在发送侧，TCP数据分组 分段的校验和经计算得出且在传输之前添加到TCP报头。在接收侧，数据 分组分段的校验和经重新计算且与数据分组分段报头中的校验和值进行比 较以确保完整性。如果NIC没有进行求校验和，则校验和计算将导致在发 送侧和接收侧产生大的CPU开销，这是因为校验和计算要读取TCP分段的 每个字节。