CN103607358B - 基于链路利用率平均和的动态ecmp 方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于链路利用率平均和的动态ECMP方法及系统，在基于链路利用率平均和的动态ECMP方法中，设定在缺省状态下系统自动均分业务量，然后路由器根据接收到的链路状态报文来获得各链路段上的负载量，通过分析多条等价路径中各路由的峰值链路利用率来调整分配比例。本发明的有益效果是本发明基于平均和的动态ECMP方法及系统能够实现网络的整体均衡及业务量传输的稳定性。

Description

基于链路利用率平均和的动态ECMP方法及系统

技术领域

本发明涉及数据传输分配领域，尤其涉及基于链路利用率平均和的动态ECMP方法及系统。

背景技术

随着人们对网络需求的不断增长，网络中传输的业务量急剧增加。如何降低业务量传输延迟，提高传输成功率等服务质量要求是现在构建网络各协议的主要目标之一。在现在常用的内部网关协议OSPF和IS-IS中，它们采用的是基于最短路径的传输模式，如果存在多条等价最短路径，则将业务量平均分配于这些路径中，这就是ECMP协议。它能够大大的降低数据流的传输延迟，保证负载均衡性。目前的ECMP协议一般主要考虑负载均衡性与分组乱序之间的折中处理，这些典型的算法主要归纳如下：逐个分组轮转算法、直接哈希算法、基于表的哈希算法、重新配置的基于表的哈希算法、基于LRU Cache和计数统计的流量分配算法，以上算法不能实现网络的整体均衡及稳定性。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种基于链路利用率平均和的动态ECMP方法。

本发明提供了一种基于链路利用率平均和的动态ECMP方法，通过分析路由中各链路的链路利用率来调整分配比例，假设源目节点对(a,b)之间有M条等价路由ECMP_i，每条ECMP_i有N_i段链路，其中第l段链路上有K条路由通过，每条路由的期望带宽为B_k，因此第i条等价路由的第l段链路的负载值链路利用率为其中C_i为第i条路由带宽；设定在缺省状态下系统自动均分业务量，然后路由器根据接收到的链路状态报文来获得各链路段上的负载量。

作为本发明的进一步改进，包括如下步骤：

A.获得的第i条ECMP上的峰值链路利用率为:

${\mathrm{\η}}_i^{\max }=\max [{\mathrm{\η}}_i^l,\∀l\∈{\mathrm{ECMP}}_i],1\≤i\≤M;$

B.得到某源目节点M条ECMP_S之间的平均峰值利用率为：

C.求得各路由最大链路利用率与平均峰值利用率之间的差额：

D.得到转发节点的分配比例为：

当下一个周期到来时，继续执行步骤A至D。

作为本发明的进一步改进，在所述步骤D中，因为差额d_i有正有负，因此分配比例也有正有负，当时，允许调整，当时，停止调整。

作为本发明的进一步改进，如果重配后整个网络的峰值利用率大于上一次的，则此次停止调整，即那么停止调整。

作为本发明的进一步改进，在所述步骤D中，如果则此次不做调整，如果下一次的统计结果发现依然成立，则令该路由的分配比例业务量在剩余ECMP_S平分。

本发明还提供了一种基于链路利用率平均和的动态ECMP系统，在该动态ECMP系统中，通过分析路由中各链路的链路利用率来调整分配比例，假设源目节点对(a,b)之间有M条等价路由ECMP_i，每条ECMP_i有N_i段链路，其中第l段链路上有K条路由通过，每条路由的期望带宽为B_k，因此第i条等价路由的第l段链路的负载值链路利用率为其中C_i为第i条路由带宽；设定在缺省状态下系统自动均分业务量，然后路由器根据接收到的链路状态报文来获得各链路段上的负载量。

作为本发明的进一步改进，该动态ECMP系统包括：

峰值链路利用率获取模块，用于获得的第i条ECMP上的峰值链路利用率为:

${\mathrm{\η}}_i^{\max }=\max [{\mathrm{\η}}_i^l,\∀l\∈{\mathrm{ECMP}}_i],1\≤i\≤M;$

平均峰值利用率获取模块，用于得到某源目节点M条ECMP_S之间的平均峰值利用率为：

差额获取模块，用于求得各路由最大链路利用率与平均峰值利用率之间的差额：

分配比例获取模块，用于得到转发节点的分配比例为：

当下一个周期到来时，继续执行以上模块。

作为本发明的进一步改进，在所述分配比例获取模块中，因为差额d_i有正有负，因此分配比例也有正有负，当时，允许调整，当时，停止调整。

作为本发明的进一步改进，如果重配后整个网络的峰值利用率大于上一次的，则此次停止调整，即那么停止调整。

作为本发明的进一步改进，在所述分配比例获取模块中，如果则此次不做调整，如果下一次的统计结果发现依然成立，则令该路由的分配比例业务量在剩余ECMP_S平分。

本发明的有益效果是：本发明基于链路利用率平均和的动态ECMP方法及系统能够实现网络的整体均衡及业务量传输的稳定性。

附图说明

图1是一实施例的网络结构图。

图2是使用本发明的动态ECMP方法对图1进行处理后的图。

图3是另一实施例的网络结构图。

图4是使用本发明的动态ECMP方法对图3进行处理后的图。

具体实施方式

本发明公开了一种基于链路利用率平均和的动态ECMP方法，在基于表的哈希算法的基础上，通过分析路由中各链路的链路利用率来调整分配比例，假设源目节点对(a,b)之间有M条等价路由ECMP_i，每条ECMP_i有N_i段链路，其中第l段链路上有K条路由通过，每条路由的期望带宽为B_k，因此第i条等价路由的第l段链路的负载值链路利用率为其中C_i为第i条路由带宽；设定在缺省状态下系统自动均分业务量，然后路由器根据接收到的链路状态报文来获得各链路段上的负载量。

该基于平均和的动态ECMP方法包括如下步骤：

A.获得的第i条ECMP上的峰值链路利用率为:

${\mathrm{\η}}_i^{\max }=\max [{\mathrm{\η}}_i^l,\∀l\∈{\mathrm{ECMP}}_i],1\≤i\≤M;$

B.得到某源目节点M条ECMP_S之间的平均峰值利用率为：

C.求得各路由最大链路利用率与平均峰值利用率之间的差额：

D.得到转发节点的分配比例为：

当下一个周期到来时，继续执行步骤A至D。

在所述步骤D中，因为差额d_i有正有负，因此分配比例也有正有负，当时，允许调整，当时，停止调整。

本发明是充分考虑了多条路由叠加造成的链路拥塞情况，在等价路径间适当的调整比例，从而不仅实现等价路径间的均衡，也保证了整个网络的传输通畅。以平均和作为分配比例调整的标准，主要目的是希望能够通过多次的迭代使得路由的峰值利用率收敛于一个比较稳定的值，而平均和是最为理想的目标，迭代次数少，负载均衡性能好。根据平均和的特点，以下两种情况下则另行处理：

如果重配后整个网络的峰值利用率大于上一次的，则此次停止调整，，继续观察下一次的结果情况，即那么停止调整。

在所述步骤D中，如果则此次不做调整，如果下一次的统计结果发现依然成立，说明该链路受他端影响大，则令该路由的分配比例业务量在剩余ECMP_S平分。

本发明还公开了一种基于链路利用率平均和的动态ECMP系统，在基于表的哈希算法的基础上，在该动态ECMP系统中，通过分析路由中各链路的链路利用率来调整分配比例，假设源目节点对(a,b)之间有M条等价路由ECMP_i，每条ECMP_i有N_i段链路，其中第l段链路上有K条路由通过，每条路由的期望带宽为B_k，因此第i条等价路由的第l段链路的负载值链路利用率为其中C_i为第i条路由带宽；设定在缺省状态下系统自动均分业务量，然后路由器根据接收到的链路状态报文来获得各链路段上的负载量。

该动态ECMP系统包括：

峰值链路利用率获取模块，用于获得的第i条ECMP上的峰值链路利用率为:

${\mathrm{\η}}_i^{\max }=\max [{\mathrm{\η}}_i^l,\∀l\∈{\mathrm{ECMP}}_i],1\≤i\≤M;$

平均峰值利用率获取模块，用于得到某源目节点M条ECMP_S之间的平均峰值利用率为：

差额获取模块，用于求得各路由最大链路利用率与平均峰值利用率之间的差额：

分配比例获取模块，用于得到转发节点的分配比例为：

当下一个周期到来时，继续执行以上模块。

在所述分配比例获取模块中，因为差额d_i有正有负，因此分配比例也有正有负，当时，允许调整，当时，停止调整。

如果重配后整个网络的峰值利用率大于上一次的，则此次停止调整，即那么停止调整。

在所述分配比例获取模块中，如果则此次不做调整，如果下一次的统计结果发现依然成立，则令该路由的分配比例业务量在剩余ECMP_S平分。

n_i ^old的含义是原有转发节点的分配比例、或者上一个转发节点的分配比例。

在基于链路利用率平均和的动态ECMP方法中，设定在缺省状态下系统自动均分业务量，然后路由器根据接收到的链路状态报文来获得各链路段上的负载量，通过分析多条等价路径中各路由的峰值链路利用率来调整分配比例。本发明基于链路利用率平均和的动态ECMP方法及系统能够实现网络的整体均衡及业务量传输的稳定性。

相比于仅考虑当前源目节点对之间的负载均衡的算法，本发明同时也将相互之间的影响路由考虑其中，同时通过不断的迭代收敛，最终实现整个网络的协调均衡。

本发明中具有如下优势：（1）.将数据流作为分发单位，因此不会出现分组乱序问题，保证传输的有效性。（2）.将路径峰值负载平均和作为均衡的标准，不仅能够实现更好的负载均衡，同时也能降低计算复杂度，减少迭代次数，保证网络的稳定性。（3）.将链路中的影响路由考虑其中，这样能够极大的降低路由中各链路段的负载压力，减少数据流积压以及丢失的概率，也大大降低了数据流的延迟时间。（4）.充分考虑了多种可能出现的网络情况，并进行相应的处理，通过仿真结果可知，该发明能够在多种情况下获得较好的处理结果。

如图1所示，有三个源目节点对：A1-B1，A2-B2，A3-B3。它们各有两条等价路由，按照缺省状态为均分的要求，它们将流量1:1的分配到两条ECMP中。当中分别有一段链路和两段链路被复用，使得这几段链路上的利用率达到了1。这样的结果很可能会造成路径的阻塞，使得数据流不能顺利的到达终点，延迟和丢包率大大提高。使用平均和的动态ECMP路由方法，最终调整完的结果如图2所示。通过图2可以看出，虽然A1-B1与A3-B3的配比不再是1:1的均分，但是从整条路由中可以发现，峰值利用率为0.75，整个网络的峰值利用率也为0.75，均衡了整个网络的负载压力。

在图3的网络结构中，共用链路受三个路由影响，其中受A2-B2段路由影响最为大。根据算法进行调整发现η^new=η^old，所以按照第二条规定，将这两条相关路由的因此我们可以得到调整后的网络结果如图4所示。在图4中，由调整后的结果可以看到，虽然对于源目节点A1-B1，A3-B3来说，它们的分配比例并不均匀，但是从整个网络的角度可以发现，各链路的负载压力相对较为平均。虽然损失了一定的资源利用率，但是能保证三条路由的传输可靠性，这样的结果是比较合适和有效的。

ECMP（Equal-CostMultipathRouting）等价多路径，存在多条不同链路到达同一目的地址的网络环境中，如果使用传统的路由技术，发往该目的地址的数据包只能利用其中的一条链路，其它链路处于备份状态或无效状态，并且在动态路由环境下相互的切换需要一定时间，而等值多路径路由协议可以在该网络环境下同时使用多条链路，不仅增加了传输带宽，并且可以无时延无丢包地备份失效链路的数据传输。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于链路利用率平均和的动态ECMP方法，其特征在于，通过分析路由中各链路的链路利用率来调整分配比例，假设源目节点对(a,b)之间有M条等价路由ECMP_i，每条ECMP_i有N_i段链路，其中第l段链路上有K条路由通过，每条路由的期望带宽为B_k，因此第i条等价路由的第l段链路的负载值链路利用率为其中C_i为第i条路由带宽；设定在缺省状态下系统自动均分业务量，然后路由器根据接收到的链路状态报文来获得各链路段上的负载量；

包括如下步骤：

A.获得的第i条ECMP上的峰值链路利用率为:

$\begin{array}{cc}{\mathrm{\η}}_i^{\max }=max\[{\mathrm{\η}}_i^l,\∀l\∈{\mathrm{ECMP}}_i\]& 1\≤i\≤M\end{array};$

B.得到某源目节点M条ECMP_S之间的平均峰值利用率为：

C.求得各路由最大链路利用率与平均峰值利用率之间的差额：

D.得到转发节点的分配比例为：

当下一个周期到来时，继续执行步骤A至D。

2.根据权利要求1所述的动态ECMP方法，其特征在于，在所述步骤D中，因为差额d_i有正有负，因此分配比例也有正有负，当时，允许调整，当时，停止调整。

3.根据权利要求1所述的动态ECMP方法，其特征在于，如果重配后整个网络的峰值利用率大于上一次的，则此次停止调整，即那么停止调整。

4.根据权利要求1所述的动态ECMP方法，其特征在于，在所述步骤D中，如果则此次不做调整，如果下一次的统计结果发现依然成立，则令该路由的分配比例业务量在剩余ECMP_S平分。

5.一种基于链路利用率平均和的动态ECMP系统，其特征在于，在该动态ECMP系统中，通过分析路由中各链路的链路利用率来调整分配比例，假设源目节点对(a,b)之间有M条等价路由ECMP_i，每条ECMP_i有N_i段链路，其中第l段链路上有K条路由通过，每条路由的期望带宽为B_k，因此第i条等价路由的第l段链路的负载值链路利用率为其中C_i为第i条路由带宽；设定在缺省状态下系统自动均分业务量，然后路由器根据接收到的链路状态报文来获得各链路段上的负载量；

该动态ECMP系统包括：

峰值链路利用率获取模块，用于获得的第i条ECMP上的峰值链路利用率为:

$\begin{array}{cc}{\mathrm{\η}}_i^{\max }=max\[{\mathrm{\η}}_i^l,\∀l\∈{\mathrm{ECMP}}_i\]& 1\≤i\≤M\end{array};$

平均峰值利用率获取模块，用于得到某源目节点M条ECMP_S之间的平均峰值利用率为：

差额获取模块，用于求得各路由最大链路利用率与平均峰值利用率之间的差额：

分配比例获取模块，用于得到转发节点的分配比例为：

当下一个周期到来时，继续执行以上模块。

6.根据权利要求5所述的动态ECMP系统，其特征在于，在所述分配比例获取模块中，因为差额d_i有正有负，因此分配比例也有正有负，当时，允许调整，当时，停止调整。

7.根据权利要求5所述的动态ECMP系统，其特征在于，如果重配后整个网络的峰值利用率大于上一次的，则此次停止调整，即那么停止调整。

8.根据权利要求5所述的动态ECMP系统，其特征在于，在所述分配比例获取模块中，如果则此次不做调整，如果下一次的统计结果发现依然成立，则令该路由的分配比例业务量在剩余ECMP_S平分。