CN102804717B - 一种ip网络负载调整方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例涉及一种IP网络负载调整方法及装置，其中，IP网络负载调整方法包括接收IP分组流；根据IP网络负载情况调整IP分组包的转发路径，并发送所述IP分组包，所述IP网络的网络设备互连构成多级CLOS拓扑结构。本发明实施例的IP网络负载调整方法及装置，可以根据网络的动态负载的情况，自适应的调整网络负载的转发路径，获得整个网络的动态负载均衡；通过动态的负载均衡，更好的消除了网络中可能的拥塞，从而提高了业务质量；避免了网络负载不均的现状导致的不可避免的轻载设计，从而使得网络可以按照重载来设计，提高了网络容量的利用率。

Description

一种IP网络负载调整方法及装置
技术领域
本发明实施例涉及通信技术领域，尤其涉及一种IP网络负载调整方法及装置。
发明背景
随着IP(Internet Protocol，互联网协议)应用的快速发展，IP网络，尤其是骨干网的流量增长很快。目前，IP网络通常是由路由器和光传输设备构成，在分组层面，IP包的转发路径都是基于IP路由路径，因此，只要IP路由不发生改变，那么IP包的转发路径就是固定的，但是IP网络负载是变化的，如果IP包的转发路径无法根据负载动态的调整，就会导致网络整体负载不均匀，导致部分网络的拥塞、网络容量的利用率低下、以及影响网络的业务质量。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种IP网络负载调整方法及装置，实现网络负载均匀。
一方面，本发明实施例提供一种IP网络负载调整方法，包括：
接收IP分组流；
根据IP网络负载情况调整IP分组包的转发路径，并发送所述IP分组包，所述IP网络的网络设备互连构成多级CLOS拓扑结构。
另一方面，本发明实施例是提供一种IP网络负载调整装置，包括：
本发明实施例的IP网络负载调整方法及装置，
接收单元，用于接收IP分组流；
调整单元，用于根据IP网络负载情况调整IP分组包的转发路径，并发送所述IP分组包，所述IP网络的网络设备互连构成多级CLOS拓扑结构。
本发明实施例的IP网络负载调整方法及装置，可以根据网络的动态负载的情况，自适应的调整网络负载的转发路径，获得整个网络的动态负载均衡；通过动态的负载均衡，更好的消除了网络中可能的拥塞，从而提高了业务质量；避免了网络负载不均的现状导致的不可避免的轻载设计，从而使得网络可以按照重载来设计，提高了网络容量的利用率。
附图简要说明
图1为本发明实施例的IP网络负载调整方法的流程示意图。
图2为本发明实施例的IP网络负载调整装置的构成示意图。
图3为本发明实施例的IP网络负载调整方法的应用场景示意图。
图4为本发明实施例的IP网络负载调整方法的应用流程示意图。
实施本发明的方式
如图1所示，本发明实施例提供一种IP网络负载调整方法，包括：
11、接收IP分组流。
12、根据IP网络负载情况调整IP分组包的转发路径，并发送所述IP分组包，所述IP网络的网络设备互连构成多级CLOS拓扑结构。
本发明实施例的IP网络负载调整方法的执行主体可以是IP网络的网络设备互连构成多级CLOS拓扑结构的入口网络设备，但不仅仅限制于入口网络设备，多级CLOS拓扑结构的其他网络设备也可以适用，其中，网络设备可以是路由器或者交换机。
本领域技术人员应该知道，CLOS是一种多级多平面的网络交换技术(由CharlesClos博士首次提出，并以其名字命名)，CLOS交换技术采用动态调度算法，根据交换网络的整体负载情况，动态选择数据包的转发路径，实现动态的负载均衡。
可见，本发明实施例的IP网络负载调整方法：可以根据网络的动态负载的情况，自适应的调整网络负载的转发路径，获得整个网络的动态负载均衡；通过动态的负载均衡，更好的消除了网络中可能的拥塞，从而提高了业务质量；而且，使得网络可以按照重载来设计，提高了网络容量的利用率，相同的设备和网络容量可以承载更大负载，从而降低了费用成本。
可选的，根据IP网络负载情况调整IP分组包的转发路径的方式，可以包括：
使用基于CLOS的调度函数disp计算转发路径，p＝disp(f，l，c，s，p0)，其中：
P表示需要计算的转发IP分组流f的转发路径；
f表示IP分组流；
l表示CLOS内部的各个互连链路负载；
c表示CLOS内部各个互连链路成本；
s表示CLOS内部各个互连链路的QOS(Quality of Service，服务质量)参数；
p0表示IP分组流f当前的转发路径。
具体而言，IP分组流：可以由五元组来定义，五元组包括：源IP地址，目的IP地址，MAC(Media Access Control address，源介质访问控制)地址，目的MAC地址以及端口号。
各个互连链路成本：链路成本可以参考IP路由协议定义的链路成本得以理解，如OSPF(Open Shortest Path First，最短路径优先)路由协议中链路成本。示例性的，链路成本通过链路距离体现，但不仅仅限制为链路距离，通常链路距离越大则链路成本越高。
各个互连链路的QOS参数：链路的QOS参数可以包括时延，抖动，带宽，丢包率等。具体的，时延指数据包通过链路的时延，带宽指链路的带宽，抖动指时延的变化。
可选的，IP网络可以包括三层IP网络，如native IP网络等三层IP网络。或者，IP网络可以包括二层IP网络，如MPLS(Multi-Protocol Label Switching，多协议标签交换)网络，或者以太网络Ethernet等二层网络。
其中，当IP网络为MPLS网络时，本发明实施例提供的IP网络负载调整，还可以包括：
配置IP网络的各个互连链路对应LSP(Label Switched Path，标签交换路径)路径。
如图2所示，对应于上述实施例的IP网络负载调整方法，本发明实施例提供一种IP网络负载调整装置，包括：
接收单元21，用于接收IP分组流。
调整单元22，用于根据IP网络负载情况调整IP分组包的转发路径，并发送所述IP分组包，所述IP网络的网络设备互连构成多级CLOS拓扑结构。
本领域技术人员可以知道，CLOS是一种多级多平面的网络交换技术，CLOS交换技术采用动态调度算法，根据交换网络的整体负载情况，动态选择数据包的转发路径，实现动态的负载均衡。
可见，本发明实施例的IP网络负载调整装置：可以根据网络的动态负载的情况，自适应的调整网络负载的转发路径，获得整个网络的动态负载均衡；通过动态的负载均衡，更好的消除了网络中可能的拥塞，从而提高了业务质量；而且，使得网络可以按照重载来设计，提高了网络容量的利用率，相同的设备和网络容量可以承载更大负载，从而降低了费用成本。
可选的，调整单元22，具体可以用于使用基于CLOS的调度函数disp计算转发路径，p＝disp(f，l，c，s，p0)，其中：
P表示需要计算的转发IP分组流f的转发路径；
f表示IP分组流；
l表示CLOS内部的各个互连链路负载；
c表示CLOS内部各个互连链路成本；
s表示CLOS内部各个互连链路的QOS参数；
p0表示IP分组流f当前的转发路径。
具体的，IP分组流：可以由五元组来定义，五元组包括：源IP地址，目的IP地址，MAC地址，目的MAC地址以及端口号。
各个互连链路成本：链路成本可以参考IP路由协议定义的链路成本得以理解，如OSPF路由协议中链路成本。示例性的，链路成本如链路距离，但不仅仅限制为链路距离。
各个互连链路的QOS参数：链路的QOS参数可以包括时延，抖动，带宽，丢包率等。具体的，时延指数据包通过链路的时延，带宽指链路的带宽，抖动指时延的变化。
可选的，IP网络可以包括三层IP网络，如native IP网络等三层IP网络。或者，IP网络可以包括二层IP网络，如MPLS网络，或者以太网络Ethernet等二层网络。
可选的，当IP网络为MPLS网络时，本发明实施例的IP网络负载调整装置，还可以包括：
设置单元，用于配置IP网络的各个互连链路对应LSP路径。
本发明实施例一
下面，以Native IP网络说明本发明实施例的IP网络负载调整方法。
如图3所示，IP网络由多个平面构成(图3仅示意了两个平面)，AN(AccessNetwork，接入网络)双归属接入到每个平面。在每个平面内部，IP网络的路由器之间采用CLOS互连(简称CLOS网络)，图3是三级CLOS互连的示意图，CLOS拓扑架构可以支持多级，具体的级数由网络需要的容量来确定。
如图4所示，本发明实施例的IP网络负载调整方法，包括：
41、配置CLOS网络中内部各个互连链路成本，QOS参数，定义IP分组流，初始化链路负载。如初始化链路负载为0。如IP分组流f由源IP地址，目的IP地址，源介质访问控制MAC地址，目的MAC地址以及端口号五元组定义。
42、F1级入口路由器从AN(如AN-1或者AN-2)接收到IP分组流f。如IP分组流f由源IP地址，目的IP地址，源介质访问控制MAC地址，目的MAC地址以及端口号五元组定义。
43、F1级入口路由器通过CLOS调度算法disp，得到IP分组流f的转发路径p，并记录转发路径P。转发路径P指对指定的IP分组流，源AN到目的AN之间的路径，该转发路径从F1经过F2到F3。
44、F1级入口路由器把IP分组流f从转发路径p发送到目的AN(如AN-a或者AN-b)，并修改CLOS网络中内部各个互连链路的负载值，以反映网络负载的动态情况。
其中，43中通过CLOS调度算法disp，得到IP分组流f的转发路径p，可以包括：
CLOS调度算法disp是一个函数，输出是IP分组流的转发路径P，CLOS调度算法disp可以用函数定义如下：
p＝disp(f，l，c，s，p0)
其中：
p是要转发的IP分组流f的转发路径；
f是要转发的IP分组流，由五元组定义；
l是CLOS网络内部的负载，动态记录CLOS网络内部各个互连链路的负载；
c是CLOS网络内部各个互连链路成本，如链路距离(对长途链路来说，链路成本差别很大，所以路径决策必须考虑链路成本)；
s是CLOS网络内部各个互连链路的QOS特性，例如时延(对长途链路来说，时延差别很大，所以路径决策必须考虑链路的QOS特性)；
p0是指IP分组流f当前的转发路径，随着网络负载的变化，IP分组流f的转发路径可能会发生改变。
可选的，本发明实施例的IP网络负载调整方法中：
如果CLOS网络出现负载不均衡的情况，那么IP流的转发路径需要进行调整，这种调整以流为单位进行，以避免产生IP包的失序；调整的结果是把一些IP流的转发路径改变，从而重新获得CLOS网络的负载平衡；调整后把各个IP流对应的转发路径记录下来，使得每个IP流的后续IP包总是从给予的转发路径转发出去，以保证IP包的顺序。
本领域技术人员应该知道，CLOS调度算法disp可以按照一定的准则来判断负责是否均衡，例如，某个链路的利用率大于平均的链路利用率的10％，那么这个链路就超载，CLOS网络出现负载不均衡。CLOS调度算法disp判断负责是否均衡可以参考现有相关技术得以理解，在此不作赘述。
如果CLOS网络出现拥塞，即网络流量超过网络的设计容量，那么就会产生丢包。丢包将按照流量管理的方法进行处理，如优先丢弃低优先级的数据包，保证高优先级的数据包正常传输。如何判断是否拥塞，以及使用何种丢包方式，可以根据现有技术得以理解，在此不作赘述。
本发明实施例二：
以MPLS网络说明本发明实施例的IP网络负载调整方法。
本发明实施例二与实施例一的差别在于网络层技术的不同，实施例二是工作在MPLS网络上的，与实施例一相比，差别如下：
CLOS网络(F1，F2，F3三级)是MPLS网络，F1，F2，F3三级之间采用MPLS的LSP互连，构成CLOS互连拓扑结构。
F1级和F3级路由器为MPLS的PE(Provider Edge，运营商边缘)，F1级路由器把AN来的IP分组流映射到LSP中去，F3级路由器把LSP中的IP分组流恢复出来，送到目的AN去。F2级路由器执行MPLS交换。
可见，入口路由器把IP数据包封装到MPLS中，并执行CLOS调度算法disp，该调度算法与实施例一相同。中间路由器执行MPLS交换。
本发明实施例三
以Ethernet网络说明本发明实施例的IP网络负载调整方法。
本发明实施例三与实施例一的差别在于网络层技术的不同，实施例三是工作在以太网Ethernet、ATM(Asynchronous Transfer Mode，异步传输模式)、FR(FrameRelay，帧中继技术)等其他的二层网络上，与实施例一相比，差别如下：
来自AN的二层分组流与具体使用的网络协议相关，例如以太网分组流，可以用VLAN(Virtual Local Area Network，虚拟局域网)定义，也可以用源和MAC地址来定义，取决于不同的应用场景。
CLOS网络(F1，F2，F3三级)是二层网络(如Ethernet)，F1，F2，F3三级之间采用二层链路互连(如Ethernet)，构成用CLOS互连拓扑结构。
F1，F2，F3级路由器执行二层转发，转发路径由CLOS调度算法disp来计算，此时，disp算法中的f为上述描述的二层分组流。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)等。

Claims (8)

1.一种IP网络负载调整方法，其特征在于，包括：
接收IP分组流；
根据IP网络负载情况调整IP分组包的转发路径，并发送所述IP分组包，所述IP网络的网络设备互连构成多级CLOS拓扑结构；
所述根据IP网络负载情况调整IP分组包的转发路径的方式，包括：
使用基于CLOS的调度函数disp计算转发路径，p＝disp(f,l,c,s,p0)，其中：
p表示需要计算的转发IP分组流f的转发路径；
f表示IP分组流；
l表示CLOS内部的各个互连链路负载；
c表示CLOS内部各个互连链路成本；
s表示CLOS内部各个互连链路的服务质量QOS参数；
p0表示IP分组流f当前的转发路径。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，IP分组流包括：源IP地址，目的IP地址，源介质访问控制MAC地址，目的MAC地址以及端口号；
各个互连链路成本包括：链路距离；
各个互连链路的QOS参数包括：时延、抖动、带宽或者丢包率。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述IP网络包括native IP网络，多协议标签交换MPLS网络，或者以太网络Ethernet。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述IP网络为MPLS网络时，所述方法还包括：
配置IP网络的各个互连链路对应标签交换路径LSP路径。
5.一种IP网络负载调整装置，其特征在于，包括：
接收单元，用于接收IP分组流；
调整单元，用于根据IP网络负载情况调整IP分组包的转发路径，并发送所述IP分组包，所述IP网络的网络设备互连构成多级CLOS拓扑结构；
所述调整单元，具体用于使用基于CLOS的调度函数disp计算转发路径，p＝disp(f,l,c,s,p0)，其中：
p表示需要计算的转发IP分组流f的转发路径；
f表示IP分组流；
l表示CLOS内部的各个互连链路负载；
c表示CLOS内部各个互连链路成本；
s表示CLOS内部各个互连链路的服务质量QOS参数；
p0表示IP分组流f当前的转发路径。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，IP分组流包括：源IP地址，目的IP地址，源介质访问控制MAC地址，目的MAC地址以及端口号；
各个互连链路成本包括：链路距离；
各个互连链路的QOS参数包括：时延、抖动、带宽或者丢包率。
7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述IP网络包括native IP网络，多协议标签交换MPLS网络，或者以太网络Ethernet。
8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述IP网络为MPLS网络时，所述装置还包括：
设置单元，用于配置IP网络的各个互连链路对应标签交换路径LSP路径。
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