[发明专利]一种数据中心网络地址自动配置方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算机网络自动配置技术领域，具体地说，本发明涉及一种数据中心网络地址自动配置方法。

背景技术

云计算作为一种新兴的计算模式，近年来已在科学计算、网络服务、海量数据存储等领域广泛应用。而数据中心作为云计算的基础设施也正在被大量建设。目前流行的数据中心规模往往十分庞大，通常包含数万台甚至几十万台服务器。大量的服务器通过交换机连接起来，并通过标准的TCP/IP协议进行通信，就形成了通用的数据中心结构。

数据中心中的设备需要进行必要的配置才能正常工作。出于高效路由、资源调度和容灾备份等考虑，数据中心网络通常将网络拓扑、设备位置等信息编码到设备地址中，这个设备地址称为逻辑编号，例如10.0.0.4。同时，在数据中心中，每个设备都有一个物理上的唯一性标识（例如MAC地址），这个唯一性标识称为物理编号，例如00:42:C9:45:D8:EA。在配置阶段，需要按照规划为数据中心中的设备分配逻辑编号，即需要设备的物理编号与编码了相关信息的逻辑编号对应起来，形成设备物理编号与逻辑编号的一一映射。如前文所述，数据中心往往规模庞大，可能包含数万台甚至几十万台服务器及连接它们的交换机，手动配置设备地址耗时耗力而且容易出现配置错误，因此如何快速自动的配置设备逻辑编号以应对大规模数据中心的要求是云计算技术中的一个重要研究方向。

R.N.Mysore等人提出了一种Portland拓扑结构，基于Portland拓扑结构，可以依据设备的MAC地址，使用分布式位置发现协议（LDP）来确定设备位置，从而完成网络地址自动配置。但是，LDP只适用于多层次树形网络拓扑结构，无法保证在其他网络拓扑结构下的适用性。

另外，还存在一类利用网络拓扑学习进行网络地址自动配置的方案。在以太网中，网桥可以通过广播报文的方式自动学习网络中的拓扑关系。为了使这种网络拓扑学习方法能适用于规模较大的以太网环境，C.Kim等人提出了一种SEATTLE配置算法，它使用单跳DHT来分配交换机中的ARP状态，从而达到获取网络拓扑信息、设备位置关系等目的。然而SEATTLE配置算法仍然需要交换机广播报文，每台交换机的负载会随着终端主机的数量而增加，这种需要发送广播报文的学习方式，仍然很难适用于数据中心网络环境。

Kai Chen等人提出了一种基于子图同构(GI)的映射算法，简称DAC算法，可参考：Kai Chen,Chuanxiong Guo,Haitao Wu,etal,DAC:Generic and Automatic Address Configuration for Data Center Networks[C]//Proc of SIGCOMM2010.NJ:ACM,2010。DAC算法基于图的同构性质，判断网络设计蓝图中的节点与实际物理拓扑中的节点的映射关系，进而完成网络地址自动配置。具体地，DAC算法需要网络设计蓝图（即规划蓝图）和物理网络拓扑图作为输入信息。其中，网络设计蓝图包含每个节点的逻辑编号、设备类型以及节点之间的相邻关系，图1示出了一个简单的网络设计蓝图示例。其中，每个节点的逻辑编号是唯一的，经过特别编码的这些逻辑编号，包含了网络拓扑结构，节点间的位置关系等信息。物理网络拓扑图标识了数据中心设备的物理连接关系，通常用各设备的MAC地址作为其物理编号，以保证唯一性，并通过拓扑发现记录设备类型以及节点间相邻关系，图2示出了一个简单的物理网络拓扑图示例。DAC算法中，将以上输入信息抽象成两个无向图，G_b=(V_b,E_b)代表网络设计蓝图，G_p=(V_p,E_p)代表物理网络拓扑图。

在DAC算法中，为了判断两图中相关节点间能否形成映射关系，定义抽出（decompose）、分解（split）、重构（refinement）操作。其中假设在图G=(V,E)中，V是G中所有顶点的集合，V由一些不相交的非空子集(0<i<n)组成。

抽出（decompose）：图G中存在一个节点v,和一个V的子集θⁱ，v∈θⁱ，将v从θⁱ中抽出等于将元素v从θⁱ中取出，独立形成一个新的集合{v}，并将{v}加入V中。