CN100336363C - 一种实现聚合链路流量均衡的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实现聚合链路流量均衡的方法，包括以下处理步骤：接收一个单播数据包，如果地址表中有相匹配的表项则转发；如果地址表中没有相匹配的地址项，则送往地址学习模块；地址学习模块根据端口的历史流量信息预测各端口未来的流量；把该数据包通过未来流量最小的端口转发，并更新地址表。本发明可广泛应用于网络设备之间多条物理链路捆绑成一条逻辑链路的聚合链路中。采用本发明的实现聚合链路流量均衡的方法，可以克服以往根据数据包地址的某几位来决定转发端口可能使不同端口负载不均衡的缺点，使转发数据包时可以更均衡地在物理链路上分配流量，更充分地利用物理链路提供的带宽。

Description

一种实现聚合链路流量均衡的方法

技术领域

本发明涉及网络设备之间多条物理链路捆绑成一条逻辑链路的聚合链路流量均衡的方法。

背景技术

交换机与交换机，交换机和服务器之间可以使用两条以上的物理链路进行连接。这样做的好处是增加了带宽，链路聚合的带宽等于聚合的物理链路带宽的总和。高可靠性，当其中某条物理链路发生故障时，交换机自动识别失效链路并停止从这条链路传送信息，同时选择其他链路继续进行传送。主干中一条或多条物理链路失效，不会影响两台设备的连通性，只是链路带宽随着失效链路数的增加而下降，因此链路聚合技术可以提高主干的可靠性。负载均衡，链路聚合技术有一个帧分发算法，可以根据各物理链路的流量有选择地进行数据包发送，使各链路的负载均衡。物理连接变化时可以快速配置或重配置。

交换机一般有多个端口，其主要功能是将一个端口接收的数据包转发到另外一个适当的端口中去。实现数据包的交换的基本原理是这样的：交换机中存储有叫做地址表的数据表格和一个学习模块。地址表至少包括一个地址项和一个端口项，表明为某一目的地址的数据包应该从对应的端口发送。交换机从一个端口接收到一个单播数据包后，首先提取出目的地址信息，在内部地址表中查询，如果能够找到对应的表项，则按照对应的端口转发该单播包，否则按广播包处理。与此同时学习模块会根据接收包的源地址和源端口学习并更新地址表项。

在美国专利6049528描述了实现链路聚合的方案。在设备中有一个地址表，在接受到一个数据包后，首先根据目的地址查找地址表，如果地址表中存在相应的表项，则按照地址表中的对应端口转发该数据包。如果没有对应的表项，则按照广播包处理。地址表项则是按照一般交换机的规则学习得到。美国专利申请号为20020012340和20020010791说明中描述了类似的系统，其交换转发的规则是根据接收到的数据包的部分信息，即目的地址的某几位来决定从哪个端口转发。

以上所述的方法都存在一个问题，即地址学习时都是按照地址的几个比特来决定将该地址与哪个端口相联系。这种方法就有可能使得某些端口流量较大，而另外的端口流量很小，产生流量在各个端口之间分布不均衡的现象。

发明内容

本发明的解决的技术问题是提供了一种实现聚合链路流量均衡的方法，克服了单纯根据接收数据包的目的地址来决定地址表项的做法中存在的链路聚合中可能出现流量不平均的现象。

本发明所述的实现聚合链路流量均衡的方法，包括以下处理步骤：

步骤一，接收一个单播数据包，如果地址表中有相匹配的表项则转发；

步骤二，如果地址表中没有相匹配的地址项，则送往地址学习模块；

步骤三，地址学习模块根据端口的历史流量信息预测各端口未来的流量；

步骤四，选择未来流量最小的端口与该地址联系并更新地址表。

所述步骤三中预测端口未来流量具体包括以下处理步骤：

a)采用定时查询的方法，每隔T秒读取计数器中累计的端口发送字节数，假设端口i第j次查询的结果是Cij；

b)计算端口i第j次查询前T秒的平均速率，计算公式为：

$S_{i,j}=\frac{C_{i,j}-C_{i,j-1}}{T}$

c)采用过去几个时间段流量的加权平均值来估计未来的流量。

如果采用两个时间段的流量预测未来T秒的平均速率，预测公式为：

S_i，j′＝αS_i，j+(1-α)S_i，j-1        其中0≤α≤1

α表示权重，最大值为1，越大则预测越依赖刚过去T秒的流量。

一般情况下可以选取T＝5秒，α为0.8。

采用本发明的实现聚合链路流量均衡的方法，可以克服以往根据数据包地址的某几位来决定转发端口可能使不同端口负载不均衡的缺点，使转发数据包时可以更均衡地在物理链路上分配流量，更充分地利用物理链路提供的带宽。本方法还具有简单，速度快的优点。

附图说明

图1是两个系统(比如两个交换机之间或交换机与服务器之间)通过多条物理链路连接的情况。

图2是交换机或服务器的一个端口具有的功能模块。

图3是端口处理接收数据包的流程。

图4是本发明实现聚合链路流量均衡的方法的地址学习流程。

具体实施方式

下面结合附图来说明本发明的基本原理。

图1是两个系统(比如两个交换机之间或交换机与服务器之间)通过多条物理链路连接的情况。系统A的端口1至端口4与系统B的端口4至端口1相连，这4条链路聚合为一条逻辑链路。在本图中没有画出非聚合端口。

图2中画出了一个端口的功能模块。端口接收模块负责从端口上接收数据包。地址学习模块根据接收到数据包的源地址和接收端口号进行地址学习并更新地址表。地址表则记录了地址学习的结果，表明以某一地址为目的地址的数据包应该从哪个端口转发出去。在未设置TRUNKING(中继)的情况下，CPU软件处理模块不参与地址学习过程。包转发模块根据接收数据包的目的地址查询地址表并做出转发决策。端口发送模块实现数据包的发送。

图3是聚合端口处理接收数据包的流程。一个端口在设置成为聚合端口后，地址学习模块不再起作用。任何接收到的单播数据包先送到包转发模块，包转发模块根据包的目的地址在地址表中查询，如果在地址表中查到了匹配的表项，则进行正常的数据包转发。如果地址表中没有匹配的表项，则进行广播处理，并将地址消息发送到CPU软件处理模块进行地址学习。软件地址学习模块用学习的结果来更新地址表。

图4是本发明实现聚合链路流量均衡的方法的地址学习流程。为了实现流量均衡的目的，首先预测各个端口未来的流量，并根据预测的流量决定学习的结果。CPU收到地址学习消息，该地址消息包括接收到的数据包的源地址和接收端口号等信息。查询聚合组中所有可用端口的流量，并预测未来端口的流量，选择流量最小的一个端口作为以该地址为目的地址的数据包的转发端口，并对地址表进行更新。

下面再详细介绍预测未来端口流量的实现方法：

交换机中都具有端口流量统计的能力，交换机的硬件提供一些32位的循环计数器，软件通过读计数器，可以知道端口累计发送了多少字节的数据。可采用定时查询的方法，每隔T秒中查询一下计数器，假设端口i第j次查询的结果是Cij。

端口i第j次查询前T秒的平均速率为：

$S_{i,j}=\frac{C_{i,j}-C_{i,j-1}}{T}$

通常一个端口未来的流量同过去的流量有较大的相关性，所以我们可以采用过去几个时间段的流量的加权平均值来估计未来的流量。在下面的公式中，我们用过去两个时间段的流量预测未来T秒的平均速率：

S_i，j′＝αS_i，j+(1-α)S_i，j-1       其中0≤α≤1

α表示权重，最大值为1，越大则预测越依赖刚过去T秒的流量。在我们对当前端口的未来流量作出预测之后，每次出现一个新地址需要学习时，我们不是根据地址本身来更新地址表项，而是将这个新地址与流量最小的端口联系起来，并更新地址表。在上述公式中，我们选取T＝5秒，α为0.8一般可以取得较好的效果。

以上详细介绍了采用本发明的方法在两个设备之间多条物理链路聚合成一条逻辑链路并实现负载均衡的方法。

Claims (3)

1.一种实现聚合链路流量均衡的方法，包括以下处理步骤：

步骤一，接收一个单播数据包，如果地址表中有相匹配的表项则转发；

步骤二，如果地址表中没有相匹配的地址项，则送往地址学习模块；

步骤三，地址学习模块根据端口的历史流量信息预测各端口未来的流量；

步骤四，把该数据包通过未来流量最小的端口转发，并更新地址表；其中，所述步骤三中预测端口未来流量具体包括以下处理步骤：

a)采用定时查询的方法，每隔T秒读取计数器中累计的端口发送字节数，

假设端口i第j次查询的结果是C_ij；

b)计算端口i第j次查询前T秒的平均速率，计算公式为：

$S_{i,j}=\frac{C_{i,j}-C_{i,j-1}}{T}$

c)采用过去几个时间段流量的加权平均值来估计未来的流量。

2.根据权利要求1所述的实现聚合链路流量均衡的方法，其特征在于，可以采用两个时间段的流量预测未来T秒的平均速率，预测公式为：

$S_{i,j}^{\′}=\mathrm{\α}{S}_{i,j}+(1-\mathrm{\α})S_{i,j-1}$ 其中0≤α≤1

α表示权重，最大值为1，越大则预测越依赖刚过去T秒的流量。

3.根据权利要求1或2所述的实现聚合链路流量均衡的方法，其特征在于，可以选取T＝5秒，α为0.8。

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