CN104160665A - 网络系统、控制器和负载分布方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种避免由交换机负载增加而引起的分组传送延迟的网络系统。网络系统具有传送分组的交换机和为交换机设置流条目的控制器。控制器具有：高负载交换机检测单元，用于检测对于新的流条目设置处理的负载高的高负载交换机；存储单元，其存储交换机列表；替代路径搜索单元，用于搜索替代路径；以及流条目设置单元，其为尝试使用高负载交换机的新的流条目将其传送至替代路径的交换机的分组设置流，而不修改对于要使用已经设置给高负载交换机的流条目传送的分组的设置。

Description

网络系统、控制器和负载分布方法

技术领域

本发明涉及网络系统，尤其涉及网络系统的负载分布技术。

背景技术

网络系统已知在其中将交换机对分组的传送处理和交换机的控制处理相分开。近年来，开放流网络系统引起了注意，其使用开放流协议，作为这样的网络系统的例子。开放流网络系统从开放流控制器和开放流交换机配置。开放流控制器和每个开放流交换机通过被称为安全信道的交换机控制的链路而连接。这样，可以通过开放流控制器和开放流交换机来执行分组的传送控制。开放流控制器设置流条目给开放流交换机且开放流交换机基于流条目来传送分组。

在开放流网络中，当开放流交换机的负载重时，存在开放流交换机不能立即响应从开放流控制器传输到开放流交换机的控制请求的情况。在这样情形，流条目不能设置给开放流交换机，使得发生分组传送延迟和分组丢失。

需要技术通过该技术可以避免即使剩余交换机正常操作但因为特定交换机的负载变得更重而分组不能在网络系统中传送的情形。

专利文献1(JP 2011-151718A)和专利文献2(JP 2011-166384A)是本发明领域中公知的参考文献。

专利文献1公开了一种网络系统，其通过分组传送路由的变化而防止分组丢失。专利文献1的网络系统由路由管理服务器和缓冲单元组成。在专利文献1的网络系统中，路由管理服务器设置从第一节点去往第二节点的分组的传送路由。当路由管理服务器改变传送路由为新的传送路由时，传送路由被设置为通过缓冲单元。根据来自路由管理服务器的指令，缓冲单元发出分组。这样，防止了由于分组传送路由变化的分组丢失。

专利文献2公开了一种技术用于提高使用开放流技术的计算机系统的故障耐久性。专利文献2中的计算机系统由多个控制器和交换机组成。对每个控制器指派优先级。控制器设置具有优先级的流条目给交换机。交换机根据优先级确定许可或不许可流条目的设置，并且根据设置给交换机的流条目执行中继操作。这样，即使在计算机系统中存在多个控制器，流条目可以无任何矛盾地设置给交换机。专利文献2的计算机系统通过复用控制器而提高了计算机系统的故障耐久性。

引用列表

【专利文献1】JP 2011-151718A

【专利文献2】JP 2011-166384A

发明内容

本发明的目标在于提供一种网络系统，其可以避免由于交换机负载增加的分组传送延迟。

本发明的网络系统具有交换机和控制器，每个交换机传送分组，控制器设置流条目给每个交换机。控制器具有重负载交换机检测部，其检测具有新的流条目设置处理的重负载的重负载交换机；存储部，其存储交换机列表；替代路由搜索部，其搜索交换机列表中的替代路由；以及流条目设置部，其基于重负载交换机的新的流条目而将要传送的分组的流指派给替代路由上的交换机，而不会基于已经设置给重负载交换机的流条目而改变要传送的分组的流的设置。

一种负载分布方法由网络系统来执行，该网络系统包括交换机和控制器，每个交换机传送分组，控制器设置流条目给每个交换机。负载分布方法包括：由控制器的重负载交换机检测部来检测具有新的流条目设置处理的重负载的重负载交换机；由控制器的替代路由搜索部来搜索交换机列表中的其中不使用重负载交换机的替代路由；由控制器的流条目设置部，对于要由重负载交换机传送的分组的流，设置新的流条目给替代路由上的交换机，而不改变要使用已经设置给重负载交换机的流条目传送的分组的设置。

根据本发明，可以提供网络系统，其可以避免由于交换机负载的增加的分组的传送延迟。

附图说明

图1是根据本发明的示例性实施例的网络系统的整体配置图。

图2是示出本发明的示例性实施例中的流条目的图。

图3是根据本发明的示例性实施例的开放流控制器OFC 1的框图。

图4是示出根据本发明的示例性实施例的在开放流交换机OFS 3中当新的流条目设置处理的负载变重时的例子的图。

图5A是示出本发明的示例性实施例中的交换机列表15的图。

图5B是示出对应于图5A的交换机列表的开放流交换机OFS 3的图。

图6是本发明的示例性实施例中的开放流交换机OFS 3的框图。

图7是示出根据本发明的示例性实施例的网络系统中的负载分布方法的流程图。

图8A是示出本发明的示例性实施例的网络系统中的分组传送路由的改变例子的图。

图8B是示出本发明的示例性实施例的网络系统中的分组传送路由的改变例子的图。

图8C是示出本发明的示例性实施例的网络系统中的分组传送路由的改变例子的图。

具体实施方式

下面将参考附图来描述根据本发明的示例性实施例的网络系统。

(结构)

首先，将描述根据本发明的示例性实施例的网络系统的配置。图1是示出根据本发明的示例性实施例的网络系统的配置例子的框图。本示例性实施例的网络系统包括开放流控制器OFC 1、开放流交换机OFS3-1到3-3以及终端4-1到4-6。

开放流控制器OFC 1通过安全信道2-1与开放流交换机OFS 3-1相连接。开放流控制器OFC 1通过安全信道2-2与开放流交换机OFS3-2相连接。开放流控制器OFC 1通过安全信道2-3与开放流交换机OFS 3-3相连接。开放流交换机OFS 3-1到3-3和终端4-1到4-6通过数据传送链路5-1到5-8连接。

注意：当安全信道2-1到2-3被统指而无任何区分时，它们可以被称为安全信道2。当开放流交换机OFS 3-1到3-3被统指而无任何区分时，它们可以被称为开放流交换机OFS 3。当终端4-1到4-6被统指而无任何区分时，它们可以被称为终端4。当数据传送链路5-1到5-8被统指而无任何区分时，它们可以被称为数据传送链路5。而且，在本示例性实施例的网络系统中，当开放流控制器OFC 1、开放流交换机OFS3和终端4都没有区分时，它们仅仅被称为节点。在本示例性实施例的网络系统中，开放流控制器OFC 1的数目和开放流交换机OFS 2的数目是可选的。而且，终端4的数目可以是可选的。

安全信道2-1到2-3是用于开放流控制器OFC 1的链路，用于传输控制消息到开放流交换机OFS 3-1到3-3。控制消息是要设置给开放流交换机OFS 3的流条目的数据以及要被传输以从开放流交换机OFS3获取有关流的统计的请求。

图2是示出本发明的示例性实施例的流条目的图。设置到开放流交换机OFS 3的流条目包含“规则”、“动作”和“统计”。在“规则”中设置用于识别分组的数据。例如，规则是VLAN ID、分组传输源的IP地址等等的组合的数据。“动作”定义了开放流交换机OFS 3应该怎样处理符合“规则”中包含的数据的分组。例如，动作定义了“动作”中从开放流交换机OFS 3的预定端口传输分组到预定IP地址的节点的处理以及丢弃分组的处理等等。例如，通过将“规则”与“动作”组合，在协议号为1的情况下(ICMP)，可以给开放流交换机OFS3设置丢弃分组的操作。“统计”指出每个流条目的统计数据。例如，统计是传送分组的数目和传送字节的数目。

开放流交换机OFS 3在本示例性实施例的网络系统中执行分组的传送处理。基于流条目，开放流交换机OFS 3所接收的分组被传送到另一节点。

终端4是PC、服务器装置等等。注意：网络打印机和诸如NAS(网络附加存储)的存储可以与开放流交换机OFS 3相连接。

图3是本发明的本示例性实施例中的开放流控制器OFC 1的框图。本示例性实施例的网络系统中的开放流控制器OFC 1包括流条目设置部11、重负载交换机检测部12、替代路由搜索部13和存储部14。

重负载交换机检测部12检测其中设置新的流条目的处理较重的重负载交换机。新的流条目设置处理包含一系列步骤，从将新的流条目的登记请求从开放流控制器OFC 1传输到开放流交换机OFS 3的步骤、在开放流交换机OFS 3中新登记流条目的步骤以及将通知登记完成的响应从开放流交换机OFS 3传输到开放流控制器OFC 1的步骤。

图4是示出本发明的示例性实施例的开放流交换机OFS 3中新的流条目设置处理的负载变重的例子的图。在图4的例子中，开放流交换机OFS 3-2中的新的流条目设置处理变重。在这样的情况下，即使开放流控制器OFC 1将新的流条目的登记请求传输到开放流交换机OFS3-2，也不会从开放流交换机OFS 3-2传输通知登记完成的响应。

下面的原因被认为是新的流条目设置处理变重的原因。例如，考虑这样的情况：开放流控制器OFC 1和开放流交换机OFS 3之间的安全信道2拥塞，使得难以在开放流控制器OFC 1和开放流交换机OFS 3之间传输新的流条目的登记请求及对其的响应。而且，还考虑这样的情况：基于已经设置给开放流交换机OFS 3的流条目，由于分组传送处理而施加重负载，使得开放流交换机OFS 3不能接收新的流条目设置处理。

例如，作为由重负载交换机检测部12检测重负载交换机的方法，示例了开放流交换机OFS 3中的阻挡请求和CPU使用率。

将描述重负载交换机检测部12使用阻挡请求来检测新的流条目设置处理的负载的情况。阻挡请求是在开放流协议中规定的控制消息之一并且被用作“通知”来通过安全信道确认开放流交换机的控制的完成。重负载交换机检测部12传输阻挡请求到开放流交换机OFS 3并且当对阻挡请求的响应没有被开放流控制器OFC 1在预定时间内接收到时，检测到开放流交换机OFS 3中的新的流条目设置处理变重。

将描述重负载交换机检测部12使用开放流交换机OFS 3的CPU使用率来检测新的流条目设置处理的负载的情况。重负载交换机检测部12有规律地向开放流交换机OFS 3传输控制消息用于获取开放流交换机OFS 3的CPU使用率。当开放流交换机OFS 3的CPU使用率超过预定阈值时，重负载交换机检测部12检测到开放流交换机OFS 3的新的流条目设置处理的负载变重。

注意：本领域技术人员可以根据网络系统的环境来适当地确定用于检测新的流条目设置处理的负载的阻挡请求的响应时间以及CPU使用率的阈值。

存储部14存储交换机列表15。图5A示出了本发明的示例性实施例中的交换机列表15的例子。图5B是示出对应于图5A的交换机列表中的开放流交换机OFS 3的状态的图。在图5A的例子中，交换机列表15管理OFS名称、相邻OFS名称和负载状态。注意：在本示例性实施例的网络系统中，交换机列表15的负载状态显示了新的流条目设置处理的负载是重还是轻。

参看图5A的交换机列表15的例子，发现与开放流交换机OFS 3-1相邻的开放流交换机OFS 3是开放流交换机OFS 3-2和开放流交换机OFS 3-4。而且，发现开放流交换机OFS 3-1的低负载状态为轻。此外，发现与开放流交换机OFS 3-2相邻的开放流交换机OFS 3是开放流交换机OFS 3-1、开放流交换机OFS 3-3和开放流交换机OFS 3-5。而且，发现开放流交换机OFS 3-2的高负载状态为重。而且，发现与开放流交换机OFS 3-3相邻的开放流交换机OFS 3是开放流交换机OFS 3-2和开放流交换机OFS 3-6。而且，发现开放流交换机OFS 3-3的低负载状态为轻。

注意：在图5A的例子中，除了开放流交换机OFS 3-1到3-6的连接关系之外，表示与开放流控制器OFC 1的连接关系的数据没有被包含，但开放流控制器OFC 1的数据可被包括在交换机列表15中。

替代路由搜索部13搜索交换机列表中的替代路由，在替代路由中，不使用或不包含具有新的流条目设置处理的重负载的交换机。

流条目设置部11设置开放流交换机OFS 3中的流条目。当重负载交换机检测部12检测到具有新的流条目设置处理的重负载的开放流交换机时，流条目设置部11基于交换机的新的流条目来设置要传送的分组的流给另一交换机，作为不通过交换机的流条目。注意：流条目设置部11不改变对基于已经在交换机中设置的流条目传送的分组的设置。

图6是示出根据本发明的示例性实施例的开放流交换机OFS 3的框图。本示例性实施例的网络系统中的开放流交换机OFS 3包括传送部31和存储部32。传送部31基于存储在存储部32中的流条目传送分组。

(操作方法)

接下来，说明根据本示例性实施例的网络系统的负载分布方法。图7是示出根据本示例性实施例的网络系统的负载分布方法的流程图。

(步骤S1)

流条目设置部11检查并且确认重负载交换机检测部12所检测到的开放流交换机OFS 3是否包含在用于要新设置的流条目的开放流交换机OFS 3中。当所检测到的开放流交换机OFS 3未被包含时，控制前进到步骤S2，而当所检测到的开放流交换机OFS 3被包含时，控制前进到步骤S3。

(步骤S2)

流条目设置部11新设置流条目给需要对新的分组流控制设置的开放流交换机OFS 3。因为新的流条目的设置处理可以按通常一样执行，控制结束，不执行负载分布处理。

(步骤S3)

替代路由搜索部13搜索替代路由，在替代路由中，基于交换机列表15，不使用具有新的流条目设置处理的重负载的交换机。这里，将通过将其作为例子来描述重负载交换机检测部12检测开放流交换机OFS 3-2的情况。

图8A到8C是示出根据本发明的示例性实施例的网络系统中的分组传送路由的改变例子的图。

图8A是示出这样的例子的图，其中：向开放流交换机OFS 3-1到3-3设置要从终端4-1沿着路由81传输到终端4-6的预定分组的流条目。在这种情况下，认为符合规则A的分组和符合规则B的分组在路由81上作为预定分组传输。

下面，将描述通过使用路由81在上述条件中新传输符合规则C的分组的情况。

开放流控制器OFC 1必须新设置符合规则C的分组的流条目给开放流交换机OFS 3-1到3-3。在此情况下，因为包含了由重负载交换机检测部12所检测到的开放流交换机OFS 3-2，替代路由搜索部13基于交换机列表15搜索替代路由。替代路由搜索部13计算图8B中所示的路由82和图8C中所示的路由83，作为替代路由的搜索结果。开放流控制器OFC 1包含在路由82中但开放流控制器OFC 1可以用于本示例性实施例的网络系统中的替代路由。

注意：当检测到多个替代路由时，如图8B的路由82和图8C的路由83，可以由本领域技术人员通过基于传送路由的频带数据设置开放流交换机OFS 3的配置数据来适当地选择确定用于分组传送的替代路由的方法。

下面，将描述替代路由搜索部13选择图8B的路由82作为替代路由的情况。

(步骤S4)

流条目设置部11在流交换机OFS 3-1和3-3中设置用于在路由82上传送对应于符合规则C的分组的分组的流条目。也就是说，在开放流交换机OFS 3-1中设置流条目以传送符合规则C的分组到开放流控制器OFC 1。而且，在开放流交换机OFS 3-3中设置流条目以从开放流控制器OFC 1接收符合规则C的分组。

注意：流条目设置部11不改变已经设置给开放流交换机OFS 3-2的流条目(该流条目对应于符合规则A的分组和符合规则B的分组的路由81)。

这样，继续地使用对应于已经设置给开放流交换机OFS 3-2的流条目的分组流(路由81)并且在符合规则C的分组的传送中使用路由82。

(步骤S5)

重负载交换机检测部12检查并确认新的流条目设置处理对开放流交换机OFS 3-2的负载是否降低使得开放流交换机OFS 3-2已经重返正常状态。确定负载是否降低的方法与检测重负载状态的方法相同。也就是说，基于阻挡请求的定期的传输和开放流交换机OFS 3的CPU使用率的定期的监视来确定负载是否降低。当负载已经降低时，控制前进到步骤S6。

(步骤S6)

流条目设置部11在步骤S3处的用于新的分组流的替代路由的设置(用于路由82的设置)返回到试图在开始处设置的路由81。也就是说，流条目设置部11执行在开放流交换机OFS 3-1中的流条目的设置以将符合规则C的分组传送到开放流交换机OFS 3-2。在开放流交换机OFS 3-2中，流条目设置部11执行流条目的设置用于将符合规则C的分组传送到开放流交换机OFS 3-3。在开放流交换机OFS 3-3中，流条目设置部11执行流条目的设置用于从开放流交换机OFS 3-2接收符合规则C的分组。

根据本示例性实施例的网络系统，开放流控制器OFC 1检测开放流交换机OFS 3的新的流条目设置处理的负载，并且当负载重时，向开放流交换机OFS 3设置替代路由。由于这个原因，可以避免分组传送延迟和分组丢失的问题，因为开放流交换机OFS 3的新的流条目设置处理不能完成。

而且，在本示例性实施例的网络系统中，只对对应于新的流的流条目的网络中的分组的流控制执行基于替代路由的流控制，并且设置给具有重负载的开放流交换机OFS 3的现有流条目继续被使用。这样，负载分布处理对整个网络系统的影响可以被抑制。

以上，已经参考附图描述了本发明的示例性实施例。但是，本发明不限于上述的示例性实施例并且可以由本领域技术人员在不偏离本发明的精神和实质的范围内适当修改。

本专利申请根据公约要求基于日本专利申请号JP 2012-051397的优先权，并且其公开内容在此援引加入。

Claims (14)

1.一种网络系统，包括：

交换机，其被配置为传送分组；以及

控制器，其被配置为设置所述分组的流条目给所述交换机，

其中，所述控制器包括：

重负载交换机检测部，其被配置为当所述交换机处于新的流条目设置处理的重负载状态时，将所述交换机检测为重负载交换机；

存储部，其被配置为存储交换机列表；

替代路由搜索部，其被配置为从所述交换机列表中搜索不使用所述重负载交换机的替代路由；以及

流条目设置部，其被配置为将用于新的分组的新的流条目设置给在由所述替代路由搜索部搜索到的所述替代路由上的新的交换机，而不将所述新的流条目设置给所述重负载交换机。

2.根据权利要求1所述的网络系统，其中，

通过在不改变由所述流条目设置部在所述重负载交换机中已经设置的流条目的情况下使用该已设置的流条目，来传送所述分组。

3.根据权利要求1或2所述的网络系统，其中，

当从所述控制器传输到所述交换机的阻挡请求的响应没有在预定时间内返回时，所述重负载交换机检测部将所述交换机检测为所述重负载交换机。

4.根据权利要求1到3中的任意一项所述的网络系统，其中，

所述重负载交换机检测部定期地监视所述交换机的CPU使用率，并且当所述CPU使用率超过预定阈值时，检测出所述交换机是所述重负载交换机。

5.根据权利要求1到4中的任意一项所述的网络系统，其中，

所述流条目设置部将用于所述新的分组的传送路由从包含所述重负载交换机的路由改变为包含所述控制器的所述替代路由。

6.根据权利要求1到5中的任意一项所述的网络系统，其中，

当所述重负载交换机检测部检测到所述交换机从所述重负载状态改变为轻负载状态时，所述流条目设置部删除用于所述替代路由的所述新的流条目，并且设置用于所述新的分组的所述新的流条目给所述交换机。

7.用于根据权利要求1到6中的任意一项所述的网络系统的所述控制器。

8.一种网络系统的负载分布方法，所述网络系统包括用于传送分组的交换机和用于设置所述分组的流条目给所述交换机的控制器，所述负载分布方法包括：

当所述交换机处于新的流条目设置处理的重负载状态时，通过所述控制器的重负载交换机检测部来将所述交换机检测为重负载交换机；

通过所述控制器的替代路由搜索部，来从交换机列表中搜索不使用所述重负载交换机的替代路由；以及

通过所述流条目设置部，将用于新的分组的新的流条目设置给在由所述替代路由搜索部搜索到的所述替代路由上的新的交换机，而不将所述新的流条目设置给所述重负载交换机。

9.根据权利要求8所述的负载分布方法，其中，

所述的将新的流条目设置给在所述替代路由上的新的交换机包括：

允许通过在不改变由所述流条目设置部在所述重负载交换机中已经设置的流条目的情况下使用该已设置的流条目，来传送所述分组。

10.根据权利要求8或9所述的负载分布方法，其中，

所述的将所述交换机检测为重负载交换机包括：

当从所述控制器传输到所述交换机的阻挡请求的响应没有在预定时间内返回时，将所述交换机检测为所述重负载交换机。

11.根据权利要求8到10中的任意一项所述的负载分布方法，其中，

所述的将所述交换机检测为重负载交换机包括：

定期地监视所述交换机的CPU使用率；以及

当所述CPU使用率超过预定阈值时，检测出所述交换机是所述重负载交换机。

12.根据权利要求8到11中的任意一项所述的负载分布方法，其中，所述的设置包括：

允许在不经过所述重负载交换机的情况下通过将流条目设置给在包含所述控制器的所述替代路由上的所述交换机，来改变传送路由。

13.根据权利要求8到12中的任意一项所述的负载分布方法，其中，所述的设置包括：

通过所述控制器的所述重负载交换机检测部，检测出所述交换机从所述重负载状态改变为轻负载状态；

通过所述控制器的所述重负载交换机检测部，删除用于所述替代路由的所述新的流条目；以及

通过所述控制器的所述重负载交换机检测部，设置用于所述新的分组的所述新的流条目给所述交换机。

14.一种程序，其用于使得控制器执行根据权利要求8到13中的任意一项所述的负载分布方法。