CN102088451B - 一种ip网络流量调整方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种IP网络流量调整方法和系统，包括以下步骤：根据现网拓扑数据和业务节点间流量流向计算各链路流量成分，各链路流量成分是指每条链路上传输了哪些业务端对间的流量，各端对间的流量在本链路带宽的链路利用率；计算链路流量成分同时统计链路共享度，所述链路共享度是指每条链路上传输了几个端对间的流量；根据当前链路利用率和目标链路利用率，确定需要调整的链路；根据链路利用率或共享度值调整所述链路Metric值，并将调整后的Metric值下发到现网拓扑数据中。本发明调整的整对性很强、调整的粒度很细。

Description

一种IP网络流量调整方法及系统

技术领域

本发明属于IP网络流量工程、流量控制领域，涉及一种在IP网络中，尤其是扁平化的IP网络中进行流量控制、调整的方法和系统。

背景技术

传统的IP网络一般都采用分层(核心层、汇聚层、接入层)的架构，该架构一方面具有很好的扩展性，另一方面又便于对流量进行疏导和控制。通过将IGP域内的节点划分为若干片区、大区，在此基础上规划合理的Metric值就可以使流量尽可能区域化：如同一大区的流量只通过本大区的核心转发流量，同一片区的流量只通过本片区的超级核心转发，只有跨片区的流量才会跨超级核心等。

考虑到IP流量的统计复用特性，本架构在网络流量较小的情况下有很好的性能。但随着节点间流入流出流量的增加，通过核心来转发流量会给核心带来越来越大的压力。在IP网络流量增长速度远超过设备研发进度的情况下，通过网络扁平化，尽可能使节点间的流量直接疏通，而不必再经过其它转发节点就成为大型IP网络运营商必然的选择。而网络扁平化，就要求节点间尽可能形成全互联或者准全互联的网络架构。在这样的网络结构下，链路Metric值的规划变得越来越复杂，任意两节点间的流量流向也不再像分层网络架构那样可预测和易调整。

现网运营中，IP网络的流量流向一直在动态变化，尤其是考虑到当前P2P流量占运营商网络流量50％-70％左右，P2P流量的不可预见性导致运营商的网络会不断出现局部的链路拥塞，网络维护人员只能通过动态调整链路Metric值来疏导流量、缓解拥塞。

传统的Metric值调整方法，一般只考虑某条链路的整体利用率，通过调整拥塞链路的Metric值或在邻近区域寻找/调整与其等价的链路来共同分担承载的全部流量。这种方法有如下的缺点：

调整的范围有限。每次调整都只针对拥塞链路进行，调整过程有较大的盲目性。

调整的粒度较粗。每次调整考虑的都是链路上的所有流量，导致流量流向震荡较大。

调整的难度较大。在扁平化的网络架构下，如此粗放的流量调整方法很难计算出合适的Metric值调整方案。

考虑到传统流量调整方法的上述弊端，本发明提出一种精细化的流量调整方法和实现的系统，以解决在IP网络中，尤其是扁平化网络情况下的局部区域链路拥塞问题。

发明内容

本发明提出一种IP网络流量精细化调整方法及系统。

根据本发明一方面，提出一种IP网络流量调整方法，包括以下步骤：根据现网拓扑数据和业务节点间流量流向计算各链路流量成分，各链路流量成分是指每条链路上传输了哪些业务端对间的流量，各端对间的流量在本链路带宽的链路利用率；计算链路流量成分时同时统计链路共享度，所述链路共享度是指每条链路上传输了几个端对间的流量；根据当前链路利用率和目标链路利用率，确定需要调整的链路；根据链路利用率或共享度值调整所述链路Metric值，并将调整后的Metric值下发到现网拓扑数据中。

进一步，根据链路利用率或共享度值调整链路Metric值的操作，包括以下步骤：调整至少一条链路Metric值，包括升高链路Metric值和/或降低链路Metric值。

进一步，升高链路Metric值的操作，包括以下步骤：寻找拥塞链路上流量占比最大的节点对之间的最短路径；升高最短路径上利用率次高或共享度值最低的链路Metric值。

进一步，根据链路利用率或共享度值调整链路Metric值的操作，包括降低链路Metric值的步骤，具体为：寻找Metric值调整前拥塞链路上流量占比最大的节点对之间的次短路径；降低次短路径上利用率最低或共享度值最低的链路Metric值。

进一步，根据链路利用率或共享度值调整链路Metric值的操作，包括以下步骤：当同时存在共享链路和支路时，调整支路的Metric值。

根据本发明另一方面，还提出一种IP网络流量调整系统，包括：接口，获取现网拓扑数据和业务节点间流量流向；链路流量成分计算模块，根据现网拓扑数据和业务节点间流量流向计算各链路流量成分，各链路流量成分是指每条链路上传输了哪些业务端对间的流量，各端对间的流量在本链路带宽的链路利用率；共享度确定模块，计算链路流量成分时同时统计链路共享度，所述链路共享度是指每条链路上传输了几个端对间的流量；链路Metric值调整模块，根据当前链路利用率和目标链路利用率，确定需要调整的链路，以及根据链路利用率或共享度调整链路Metric值，将调整后的Metric值下发到现网拓扑数据中。

进一步，链路Metric值调整模块调整至少一条链路Metric值，包括升高链路Metric值和/或降低链路Metric值。

进一步，链路Metric值调整模块寻找拥塞链路上流量占比最大的节点对之间的最短路径，升高最短路径上利用率次高或共享度值最低的链路Metric值。

进一步，链路Metric值调整模块寻找Metric值调整前拥塞链路上流量占比最大的节点对之间的次短路径，降低次短路径上利用率最低或共享度值最低的链路Metric值。

进一步，链路Metric值调整模块在同时存在共享链路和支路时，调整支路的Metric值。

与现有技术相比，本发明至少具有如下之一的有益效果：

调整的整对性很强。每次调整只选择对拥塞链路利用率影响较大的节点对间的流量，调整时不影响本链路上其它端对间的流量流向。

调整的粒度很细。调整时选择对其它端对间流量流向影响最小的链路(即后面所提到的“共享指标”最小的链路)进行，以进一步减少每次调整对网络其它部分的影响。

有明确的调整基准、方法、步骤。即使在扁平化网络情况下也可自动搜寻出合适的Metric值调整方案，减小了调整难度。

附图说明

图1为传统IP流量调整方法。

图2为本发明精细化流量调整方法(Metric值升高)。

图3为本发明另一精细化流量调整方法(Metric值降低)。

图4为本发明系统离线实现方式(Off-Line)。

图5为本发明系统在线实现方式(On-Line)。

图6为本发明对IP网络流量调整的系统结构图。

具体实施方式

本发明包含了对IP网络流量进行精细化调整的方法和系统。下面以一个简单网络下的流量调整过程来说明本发明的可行性和有效性。考虑图1中的网络拓扑：

图1中，共用链路E出现拥塞。传统的流量调整思路是直接升高E的Metric值，如由5升高到10，这样链路E上流量中，1-6节点间流量的50％就被疏导到邻近的链路，E链路的利用率就会下降。该方法存在的主要问题是，E链路的Metric值增加，经常会导致图中节点5上其它链路的利用率同时发生变化(拥塞或者流量为零，如调整后图1中D链路的利用率就降为0，而G链路的利用率会同时上升；如果2、3节点与节点6之间还有其它的链路，则链路B、C上的流量也会发生类似的不可知变化)。

本发明提出一种精细化的方法，首先分析拥塞链路上的流量成分，各链路流量成分是指每条链路上传输了哪些业务端对间的流量，各端对间的流量在本链路带宽的占比是多少，即链路利用率。按照链路利用率进行排名。之后根据当前链路利用率(拥塞，如＞＝90％)和目标链路利用(如＜＝70％)，计算需要调整流量流向的端对。

在此基础上，对流量进行调整的方法一是寻找拥塞链路上流量占比最大的节点对之间的最短路径，升高利用率次高/共享度最低的链路的Metric值，直至将本端对间的全部或部分流量调整出该拥塞链路。其中，“利用率次高”是指一个端对间所经链路中，除去利用率最高的那条链路，利用率最高的链路一般就是这条拥塞链路，本发明所说的调整一般不针对这条链路进行，而是选择除此之外的其它链路。“链路共享度”是指每条链路上传输了几个端对间的流量，可以在计算链路流量成分时同时统计链路共享度。端对间传输的流量越少，调整链路的Metric值时，对端对间的流量流向变化影响越小。确定每条链路的共享度，分析每条链路上承载的流量流向对，每承载一对节点间的流量，将其共享指标加1。以下面的表格为例来说，可以说链路E的“链路共享度”为4，即(端对1，6)、端对(2，6)、端对(3，6)以及端对(4，6)共4个端对的流量经过链路E，链路E上的流量成分就如下面的表格所示。

本方法示例如下，如图2所示，链路E上的流量中，节点1-4到节点6的流量占链路E上带宽的百分比分别为：

	总链路利用率	节点1	节点2	节点3	节点4
						节点6	90％	40％	25％	15％	10％

如考虑将链路利用率降到70％以下，则我们可以考虑直接将节点1-6之间流量的50％调整出链路E，而调整的方法不是直接调整E的Metric值，而是调整1-6路径上，利用率次高/共享度最低的链路Metric值，如图2中链路A的Metric值，将链路A的Metric值从10调整到15，从而将链路E上节点1-6的50％流量调整到链路F上，同时不影响其它链路的利用率，从而达到精细化调整的目的。

在对流量成分进行分析的基础上，调整的方法二是寻找Metric值调整前拥塞链路上流量占比最大的节点对之间的次短路径，降低该次短路径上利用率最低/共享度最低链路的Metric值，使该次短路径的Cost与当前最优路径的Cost值一样，同样可达到疏导该节点对间流量而不影响其它节点对流量流向的目的，Metric调整后，IGP(路由协议)会自动重新计算各端对间流量所经路径。详细解释如下：

如图3所示，Metric值调整前，1-6节点对之间的次短路径为F，其Cost值，也就是链路F的Metric值为20。为了将节点1-6间的部分流量调整出链路E，我们可以降低次短路径F上利用率最低/共享度最低链路的Metric值(在本例中，该路径仅含一条链路，也就是链路F)，由20降低到15，同样可达到只调整1-6节点对间流量流向而不影响其它节点对流量的目的。

大型IP网络在逐步扁平化的过程中，节点间的连接关系会日趋复杂，上述调整过程就需要依次进行。如前面提到的本发明的两种方法，最终的效果都是将部分流量调整到了链路F上，尽管该调整对所有其它链路的影响是最小的(对链路B、C、D、G都没有影响)，但还是会增加链路F的利用率。如果链路F的链路利用率会因此而超过90％，则可以通过如下的方法来解决：

以链路F为目标，重复前面所描述的方法一或方法二。

在方法一和方法二的调整过程中，考虑调整较少的流量到F上来。如寻找1-6节点的两条次优路径，对这两条次优路径同时进行调整(即仅调整1-6节点间流量的30％到链路F上)；或者调整其它节点对之间的流量，如将节点2-6之间的流量(占25％)调整出链路E，调整的方法仍可按照上面所述方法一或方法二。

在具体调整过程中，升高链路Metric值和降低链路Metric值可同时或交替使用，比如，若某端对流量所经所有链路上的利用率都高，如都超过60％，则按照“升高链路Metric值”的方法来调整，以期把流量调整走。若某端对流量所经链路有的利用率较低，如低于30％，则按照“降低链路Metric值”的方法来调整，以期导入一些流量，平衡各链路的利用率。若链路F(或A)是一共享链路，而链路A(或F)仅是一支路，则选择调整链路A(或F)的Metric值，从而将每次调整的影响仅控制在链路A、F、E上。

增加链路A的Metric值和降低链路F的Metric值可同时进行，这样每条链路的Metric调整量就会减少，从而进一步降低每次调整对其它链路的影响。如图3中A的Metric值从10增加到12，F的Metric值从20降到17，则同样可达到疏导节点1-6间50％流量出链路E的目的，而链路A、F的Metric值变化幅度都减少。在链路A/F都是共享链路的情况下，可以采用这样的方式来进行调整。

本发明提出对IP网络流量调整的系统，该系统可采用离线(off-line)或在线(on-line)的方式实现。

离线方式(off-line)

在网络流量流向变化大，但在某段时间内某些区域一直存在拥塞的情况下，可采用离线计算的方式下，按照本算法来测算需要调整链路的Metric值。其中图4中虚线框内的部分为本方案关键部分，通过实现前述算法的软件实现。方框之外的部分需要通过其它途径获得。调整后的网络拓扑数据也需要通过其它途径下发到网络中。

在线方式(on-line)

在网络流量经常发生不定期、不定点的局部拥塞时，为提高对流量调控、疏导的反应速度，可考虑在线布置本系统，以达到实时采集本网络流量流向数据，实时下发经计算后的网络拓扑数据，从而及时疏导流量的效果。

在线方式与离线方式的差别主要在于“现网拓扑数据”和“业务节点间流量流向”是直接从现网的网管系统中得到的数据是历史的(图四)，还是实时的(图五)。

本系统仅需增加一“Metric值调整服务器”及其与网管系统的接口，不需增加其它的设备。在线方式与离线方式的实现过程基本一致，可以执行以下操作：利用现网网管系统中的Netflow功能，实时采集各业务节点间的流量流向矩阵。利用现网网管系统，采集网络中各节点间的拓扑信息(连接关系、链路Metric值设置)。将这些信息输出给“Metric调整服务器”，进行Metric值调整测算。将测算后Meric值有变化的链路及测算得到的Metric值回送给网管系统，通过网管系统自动下发对应链路的Metric值设置，对流量进行及时疏导。

下面结合附图说明本发明的系统结构，具体涉及了系统中Metric值调整服务器的结构。

接口用于获取现网拓扑数据和业务节点间流量流向。

Metric值调整服务器用于根据从接口获取的信息计算并调整Metric值，如图6所示，具体可以包括以下模块：

链路流量成分计算模块，根据现网拓扑数据和业务节点间流量流向计算各链路流量成分，各链路流量成分是指每条链路上传输了哪些业务端对间的流量，各端对间的流量在本链路带宽的链路利用率。

共享度确定模块，在计算链路流量成分时同时统计链路共享度，所述链路共享度是指每条链路上传输了几个端对间的流量。

链路Metric值调整模块，根据当前链路利用率和目标链路利用率，确定需要调整的链路，以及根据链路利用率或共享度调整链路Metric值，将调整后的Metric值下发到现网拓扑数据中。

其中，链路Metric值调整模块调整至少一条链路Metric值，包括升高链路Metric值和/或降低链路Metric值。具体地，升高链路Metric值时，链路Metric值调整模块寻找拥塞链路上流量占比最大的节点对之间的最短路径，升高最短路径上利用率次高或共享度值最低的链路Metric值。降低链路Metric值时，链路Metric值调整模块寻找Metric值调整前拥塞链路上流量占比最大的节点对之间的次短路径，降低次短路径上利用率最低或共享度值最低的链路Metric值。

其中，链路Metric值调整模块在同时存在共享链路和支路时，调整支路的Metric值。

作为对详细描述的结论，应该注意本领域的技术人员将会很清楚可对优选实施例做出许多变化和修改，而实质上不脱离本发明的原理。这种变化和修改包含在所附权利要求书所述的本发明的范围之内。

Claims (6)

1.一种IP网络流量调整方法，包括以下按顺序执行的步骤：

1)根据现网拓扑数据和业务节点间流量流向计算各链路流量成分，各链路流量成分是指每条链路上传输了哪些业务端对间的流量，各端对间的流量在本链路带宽的链路利用率；

2)在计算链路流量成分时统计链路共享度，所述链路共享度是指每条链路上传输了几个端对间的流量；

3)根据当前链路利用率和目标链路利用率，确定需要调整的链路；

4)根据链路利用率或共享度值调整所述链路Metric值，并将调整后的Metric值下发到现网拓扑数据中；

其中，根据链路利用率或共享度值调整链路Metric值的操作为：

4a)升高链路Metric值，即，寻找拥塞链路上流量占比最大的节点对之间的最短路径；升高最短路径上利用率次高或共享度值最低的链路Metric值；和/或

4b)降低链路Metric值，即，寻找Metric值调整前拥塞链路上流量占比最大的节点对之间的次短路径；降低次短路径上利用率最低或共享度值最低的链路Metric值。

2.根据权利要求1所述IP网络流量调整方法，其中，调整方法采用离线或在线方式实现，在网络流量流向变化大，在某段时间内某些区域一直存在拥塞的情况下，采用离线方式；在网络流量经常发生不定期、不定点的局部拥塞时，采用在线方式。

3.根据权利要求1所述IP网络流量调整方法，其中，根据链路利用率或共享度值调整链路Metric值的操作，包括以下步骤：当同时存在共享链路和支路时，调整支路的Metric值。

4.一种IP网络流量调整系统，包括：

接口，获取现网拓扑数据和业务节点间流量流向；

链路流量成分计算模块，根据现网拓扑数据和业务节点间流量流向计算各链路流量成分，各链路流量成分是指每条链路上传输了哪些业务端对间的流量，各端对间的流量在本链路带宽的链路利用率；

共享度确定模块，在计算链路流量成分时统计链路共享度，所述链路共享度是指每条链路上传输了几个端对间的流量；

链路Metric值调整模块，根据当前链路利用率和目标链路利用率，确定需要调整的链路，以及根据链路利用率或共享度调整链路Metric值，将调整后的Metric值下发到现网拓扑数据中；

其中，链路Metric值调整模块升高链路Metric值，即，寻找拥塞链路上流量占比最大的节点对之间的最短路径，升高最短路径上利用率次高或共享度值最低的链路Metric值；和/或

降低链路Metric值，即，寻找Metric值调整前拥塞链路上流量占比最大的节点对之间的次短路径；降低次短路径上利用率最低或共享度值最低的链路Metric值。

5.根据权利要求4所述IP网络流量调整系统，其中，调整系统采用离线或在线方式实现，在网络流量流向变化大，在某段时间内某些区域一直存在拥塞的情况下，采用离线方式；在网络流量经常发生不定期、不定点的局部拥塞时，采用在线方式。

6.根据权利要求4所述IP网络流量调整系统，其中，链路Metric值调整模块在同时存在共享链路和支路时，调整支路的Metric值。