基于开源SDN控制器的金融云网络研究-中国银联-袁航

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1 基于开源SDN控制器 的金融云网络研究 中国银联 袁航

2 银联云计算实践历程 n 金融行业云研究, 在银联云计算平台技术研究基础 之上, 完成面向金融行业的创新实验行业云服务平 台建设, 加深对合作伙伴的云计算技术输出, 助力金融行业云服务体系形成 2017 n 深化应用, 实现资源的内聚外联, 创新 n n 试点应用, 核心关键技术取得突破, 国家立项, 10 月国家 云计算示范工程项目获 得批准, 全国 15 家入选单位中, 唯一的国有企 业, 唯一的金融企业 服务能力较为完善, 公司范围内各 部门开始推进云业务试点 产品 业务 商务模式的加速孵化, 实 现了对合作伙伴的云计算技术输出 n 规模应用, 公司级重点项目与产品 应用系统均选择在云计算平台上部 署落地 私有云业已完成建设, 技术水平也处于行业先进之列 n 初步建成金 融云联合研 究生态, 联合业内机构 针对 SDN 行业云技术 进行深入研 究, 组建 OpenStack 金融工作组 n 原型试用, 自主研发的生产云基 国内最早的金融行业 2011 础平台完成原型建设 开源云计算生产平台

3 云平台部署情况 生产灾备云 研发测试云 研究示范云三朵子云互为联动 研发测试云 上海研发中心机房 上海信息中心机房 核心系统 北京信息中心机房 核心系统 开发环境 生产 数据复制 灾备接管 生产 / 灾备 研究示范云 n 云计算前瞻 性技术验证 上海研发中心机房 研究环境

4 业务应用情况 ü 银联内部 总/分/子公司业务支撑 云闪付统一APP 移动支付(ApplePay) 银联国际 卡权益等关键应用均基于云平台 ü 外部机构 在银行与保险业的合作伙伴中提供云计算各类服务 形成技术输出初步辐射

5 银联云计算技术路线 n 基于业界领先的开源技术和开源软件, 自主研发基础平台 n 站在开源技术最前沿, 即有继承又有创新 金融云应用 金融云服务 金融大数据服务 开源数据库 (MySQL) 开源应用服务器 (Jetty JBoss) 开源负载均衡 (HAProxy) ü 功能强大 开源配置管理 (Puppet) 开源虚拟化管理软件 (OpenStack) 开源容器技术 (Docker) 开源大数据平台 (Hadoop HBase Hive Spark) ü 成本节约 开源分布式存储 (Ceph) 开源软件定义网络 ( ODL) 开源虚拟化软件 (XEN KVM) 开源操作系统 (CentOS) ü 响应及时

6 2017 年关键技术突破 2017 年在生产环境实现新一代基于 SDN 技术的金融云平台应用 Ø 商业硬件方案 : 华为 Ø 开源软件方案 :Neutron 当前基础设施即服务的技术攻关聚焦网络 OpenStack 版本 E 版 -> L 版 银行业云闪付统一 APP 承载验证 异构 SDN 区域互联 (RI) 开源 SDN 控制器 (ODL) 云网监控 (Hadoop) 数据中心内各云区域网络一致性架构 软件 SDN 技术的自主优化方案 SDN 技术应用后网络运维强化

7 优化点一 : 可靠性优化 分布式路由 控制平面协调网 络直接 1 跳转发 控制器 ODL 跨网段的通信, 将会集中 到虚拟机路由器转发 ( 存在单点组件 ) 分布式路由 消除数据平面 集中路由器 vm vm vm vm vrouter vm vm vm vm vrouter 物理机 物理机 物理机 物理机 物理机 物理机 现状 改进

8 优化点一 : 可靠性优化 ARP 代答 External 交换机 数据包 ARP 代答实现前 ARP 请求 由于软件 SDN 方案中没有使用硬件 交换机 交换机 ARP 响应 ARP 响应 路由器设备, 所以整个二层域都会成为 ARP 包的广播域, 影响面较广 Compute1 Compute2 ARP 代答实现后由 ARP 请求发起虚拟机所连接的 V1 V2 V3 V4 V5 V6 中的流表直接进行 ARP 响应, 该过程中 ARP 请求不会进行广播

9 优化点一 : 可靠性优化 防火墙并联接入 Leaf Spine Spine FW Leaf Leaf Leaf Compute V1 V2 V3 静态路由流表 SDN Controller Openstack Controer ODL 静态路由策略 云物理节点集群 Nova Neutron... ü 提升防火墙稳定性, 外部网关不能设置在防火墙上 ; ü 通过引流做到防火墙物理并联, 逻辑串联的效果 ; ü 防火墙故障流量可不通过防火墙直接出区域 ;

10 优化点二 : 性能优化 精简数据传输路径 服务器系统网络软件精简 Br-tun Br-int Br-int Linux bridge Linux bridge VM VM VM VM 网络传输跳数减少 vm vm vm vm vrouter vm vm vm vm 物理机 物理机 物理机 物理机 物理机

11 优化点三 : 扩展性优化 租户资源跨区域互联 核心网络 核心网络 云区域 1 云区域 2 云区域 1 云区域 2 租户 1 租户 1 租户 2 租户 2

12 基于 ODL 的开源网络架构 管理平面 :Openstack ML2 对接 控制平面 :ODL DB & Openflow 数据平面 : 12

13 能力规划 ODL 原生能力 分布式路由分布式 ARP 代答物理机内部链路精简 附加能力 跨区域互联 防火墙引流 为实现附加能力, 需要对 ODL 原生能力进行增强

14 能力实现一 : 跨区域互联 区域外部对接 RI, 实现在租户数据在核心交换区域传输 发出过程 : 如何将跨区域通信的流量引入到防火墙上? 防火墙引流 区域内部 接收过程 : 分布式网关如何接收带有内网 IP 的租户流量? 支持去 floating ip 的分布式路由

15 能力实现二 : 防火墙引流 集成 Openstack 静态路由功能, 通过配置相关静态路由, 生成响应的 OpenFlow 流表, 下发至 中进行数据传输 工作 1: 对接静态路由功能, 监控并获取静态路由数据 ; 工作 2: 获取租户防火墙内部接口 MAC 地址 ; 工作 3: 生成流表, 下发至 : table=60,priority=4096,ip,tun_id=0x1e,nw_src = /24,nw_dst= /24,actions=set_ field:f8:4a:bf:5a:2b:ea - >eth_dst,dec_ttl,mod_vlan_vid:211,output:3

16 能力实现三 : 支持去 floating IP 的分布式路由 ODL 原生分布式路由 区域内部跨 Network 的东西向流量, 直接发送 ; 有 floating ip 的南北向流量, 直接发送 ; 不支持无 floating ip 的南北向流量直接发出 原因分析 1. 分布式 Vrouter 外部接口不具备接收外部 流量的能力 ; 2. 分布式状态下无法对虚拟机位置进行定位 ;

17 能力实现三 : 支持去 floating IP 的分布式路由 1. 实现路由器外部接口对外来流量的数据接收能力之所以路由器外部接口不能接收外部数据, 主要是软件 SDN 分布式路由在设计的时候, 没有赋予该接口的 ARP 相应的能力, 所以第一步就是在 ovs 中加入外部接口相应 ARP 请求的流表 流表如下 : table=20,priority=1024,arp,arp_tpa= ,arp_op=1 actions=move:nxm_of_eth_src[]- >NXM_OF_ETH_DST[],set_field:f8:4a:bf:5a:2b:ea->eth_src,load:0x2- >NXM_OF_ARP_OP[],move:NXM_NX_ARP_SHA[]->NXM_NX_ARP_THA[],move:NXM_OF_ARP_SPA[]- >NXM_OF_ARP_TPA[],load:0xf84abf5a2bea->NXM_NX_ARP_SHA[],load:0xac >NXM_OF_ARP_SPA[],IN_PORT 上面的流表的主要作用就是为外部接口构造了一个 ARP 的相应包, 在接收到 ARP 请求的时候, 会根据该流表生成一个 ARP 相应包, 发回给请求方 当请求方接收到该 ARP 回包后, 就会将数据包发送到该接口 下发方式 : 全量 下发

18 能力实现三 : 支持去 floating IP 的分布式路由 2. 虚拟机的定位能力 因为路由器的外部接口 ARP 响 应流表是通过全量下发的方式 下发到区域内所有的 中, 所以所有的 都会对外部数 据的 ARP 请求进行响应 收到 ARP 响应后, 外部网络就 会将数据包发出, 发出后数据 包就会按照物理交换机上的 mac 表进行转发, 最终发送到 平台中的某一个物理节点的 1. 目标虚拟机恰好在该物理节点中 上 2. 目标虚拟机不在该物理节点中

19 能力实现三 : 支持去 floating IP 的分布式路由 External 数据包 1 数据包 2 Compute Tunnel Compute V1 V2 V3 V4 V5 V6 目标虚拟机恰好在该物理节点中 table=70,priority=1024,ip,tun_id= 0x5a,nw_dst= actions=set_field:fa:16:3e:99:df:47 ->eth_dst,goto_table:80( 三层转发 ) table=110, tun_id=0x5a,dl_dst=fa:16:3e:99:df :47 actions=output:23( 二层转发到虚拟机,23 口与是虚拟机连接的 ovs 的端口 ) 本地物理机流表 table=70,priority=1024,ip,tun_id=0x5a,n w_dst= actions=set_field:fa:16:3e:99:df:47- >eth_dst,goto_table:80( 三层转发 ) table=110, tun_id=0x5a,dl_dst=fa:16:3e:99:df:47 actions=output:3( 通过 Tunnel 转发到对应物理机, 后面的 output:3 代表从 3 口发出, 3 口即为隧道的端口 ) 目标虚拟机不在该物理节点中 对端物理机流表 table=110, tun_id=0x5a,dl_dst=fa:16:3e:99:df:47 actions=output:23( 二层转发到虚拟机 )

20 整体流表架构

21 性能测试对比 : 单对虚拟机性能 测试工具 IPerf; 测试项时长 :5 分钟 经与 10 分钟测试时长比对,5 分钟测试时长所得数据已足够平稳 精确, 所以本次测试时长为 5 分钟 ; 测试包长 : 在单对虚机性能测试, 测试包长的选取参考了 RFC2544 数据包大小 场景 / 测试项目 同网段同主机 同网段不同主机 跨网段同主机 跨网段不同主机 延时 (ms) 带宽 (G) 延时 (ms) 带宽 (G) 延时 (ms) 带宽 (G) 延时 (ms) 带宽 (G) ODL Neutron ODL Neutron ODL Neutron ODL Neutron ODL 较 Neutron: 时延平均降低 68.8% 带宽平均提升 39.3% 跨区域通信 ODL Neutron

22 工作总结与后续工作计划 方案尚需完善 : 1. 支持去 floating ip 方案仍需优化 2. 控制器高可用不成熟 3.L4-L7 层方案不完善 后续工作 : 已发起跨数据中心多云协同资源管理技术联合研究课题, 希望更多合作伙伴参与

23 THANKS

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