CN105516006A - 流量条目聚合方法及相关的网络系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于网络系统中的流量条目聚合方法。流量条目聚合方法包含有根据多个流量条目的多个指标，将多个流量条目分类为多个分区，其中每一流量条目以三位元（ternary）的字符串来表示流量条目中至少一字段的数值，且多个指标用来指示该多个流量条目对应的网络需求；以及利用位元整合或子集合整合，压缩位于同一分区中的流量条目。

Description

流量条目聚合方法及相关的网络系统
技术领域
本发明涉及一种流量条目聚合方法及相关的网络系统，特别是涉及一种能够降低网络系统中交换器所储存的流量条目数目的流量条目聚合方法及相关的网络系统。
背景技术
由于软件定义网络(Software-DefinedNetworking，SDN)的出现，使得网络进入了一个新的格局。透过使用软件定义网络，传统网络难以实现的功能可得以实现。举例来说，软件定义网络可利用可编程的网络控制层来实现应用程序感应路由(application-awarerouting)功能。应用程序感应路由功能会根据每一应用程序的特性分配最适合的网络路径，以利用有限的网络资源满足每一应用程序的服务质量(QoS)需求。然而，应用程序感应路由功能会使得网络系统中交换器(switch)所储存的流量条目(flowentries)数量大幅增加，进而可能使得流量条目的数目超过交换器所能储存的流量条目数量。因此，如何降低交换器中所需储存的流量条目数量便成为业界亟欲探讨的议题。
发明内容
为了解决上述的问题，本发明提供一种能够降低网络系统中交换器所储存的流量条目数目的流量条目聚合方法及相关的网络系统。
在一方面，本发明揭露一种用于网络系统中的流量条目聚合方法。流量条目聚合方法包含有根据多个流量条目的多个指标，将多个流量条目分类为多个分区，其中每一流量条目以三位元(ternary)的字符串来表示流量条目中至少一字段的数值，且多个指标用来指示多个流量条目对应的网络需求；以及利用位元整合或子集合整合，压缩位于相同分区中的流量条目。
在另一方面，本发明还揭露一种网络系统。网络系统包含有多个客户端；以及多个交换器，耦接于所述多个客户端及一核心网络之间，其中每一交换器储存有多个流量条目，且每一流量条目以三位元(ternary)的字符串来表示流量条目中至少一字段的数值；其中，多个交换器中一第一交换器根据储存于第一交换器的多个流量条目的多个指标，将储存于第一交换器的多个流量条目分类为多个分区，且第一交换器利用位元整合或子集合整合，压缩第一交换器中位于相同分区中的流量条目；其中多个指标用来指示多个流量条目对应的网络需求。
如上所述，本发明利用位元整合及子集合整合来压缩交换装置中流量条目，从而以快速且精简的方式来降低交换装置中流量条目的数量。据此，交换装置可避免储存容量不足的情况发生。此外，藉由采用随着流量条目数量而变动的动态阈值作为是否执行压缩程序的依据，交换装置中流量条目的压缩率可获得提升，且交换装置可避免执行不必要的压缩程序从而减少执行压缩程序的次数。
附图说明
图1为本发明实施例一网络系统的示意图。
图2为本发明实施例一流量条目聚合方法的流程图。
图3A、3B为本发明实施例中运作位元整合程序的范例示意图。
图4为本发明实施例中运作子集合整合程序的范例示意图。
图5为本发明实施例中计算动态范围的示意图。
组件标号说明
10网络系统
20流量条目聚合方法
200～208步骤
α目标使用百分比
AS1～AS8聚合交换器
CS1～CS4核心交换器
ES1～ES8边缘切换器
FE1～FE12流量条目
HO1～HO16客户端
P1、P2分区
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在说明书及后续的权利要求当中使用了某些词汇来指称特定的组件。所属领域中具有通常知识者应可理解，硬件制造商可能会用不同的名词来称呼同一个组件。本说明书及后续的权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。在通篇说明书及后续的权利要求当中所提及的“包含或包括”为一开放式的用语，故应解释成“包含但不限定于”。此外，“耦接”一词在此包含任何直接及间接的电气连接手段。因此，若文中描述一第一装置耦接于一第二装置，则代表该第一装置可直接电气连接于该第二装置，或透过其他装置或连接手段间接地电气连接至该第二装置。
请参考图1，图1为本发明实施例一网络系统10的示意图。网络系统10可为一软件定义网络(Software-DefinedNetworking，SDN)，其包含有核心交换器(CoreSwitch)CS1～CS4、聚合交换器(AggregationSwitch)AS1～AS8、边缘交换器(EdgeSwitch)ES1～ES8及客户端HO1～HO16。如图1所示，核心交换器CS1～CS4链接至核心网络(未绘示于图1)，其中核心交换器CS1、CS2耦接于聚合交换器AS1、AS3、AS5、AS7，核心交换器CS3、CS4耦接于聚合交换器AS2、AS4、AS6、AS8。聚合交换器AS1、AS2耦接于边缘交换器ES1、ES2，聚合交换器AS3、AS4耦接于边缘交换器ES3、ES4，聚合交换器AS5、AS6耦接于边缘交换器ES5、ES6，聚合交换器AS7、AS8耦接于边缘交换器ES7、ES8。最后，边缘交换器ES1～ES8则分别耦接至客户端HO1～HO16其中两者。客户端HO1～HO16可为如个人计算机、笔记本电脑、服务器等用户终端装置，且不限于此。
请参考图2，图2为本发明实施例一流量条目聚合方法20的流程图。流量条目聚合方法20可用于网络系统中一交换装置(如图1所示网络系统10的核心交换器CS1～CS4、聚合交换器AS1～AS8或边缘交换器ES1～ES8其中至少一者)，用来压缩交换装置中用来指示封包网络路径的流量条目。在一实施例中，流量条目聚合方法20应用于图1所示网络系统10的核心交换器CS1～CS4。如图2所示，流量条目聚合方法20包含有以下步骤：
步骤200：开始。
步骤202：根据交换装置中多个流量条目的数量，计算一动态阈值。
步骤204：判断交换装置中所述多个流量条目的数量是否超过该动态阈值，当多个流量条目的数量超过动态阈值时，执行步骤206；反之，执行步骤204。
步骤206：根据所述多个流量条目的多个指标，将所述多个流量条目分类为多个分区。
步骤208：利用位元整合或子集合整合，压缩位于相同分区中的流量条目。
根据流量条目聚合方法20，交换装置首先根据交换装置中所储存流量条目的数量，计算一动态阈值。在此实施例中，每一流量条目以三位元(ternary)的字符串来表示流量条目中至少一字段的数值，且每一流量条目用来指示网络系统中特定封包的网络路径的规则。在一实施例中，储存流量条目花费交换装置整体容量的X％(正比于储存流量条目的数量)，且计算动态阈值的公式可定义为：
动态阈值＝X％+α*(100－X)％(1)
其中α为交换装置中剩余容量(尚可储存流量条目的容量)的目标使用百分比，目标使用百分比α可根据不同应用及设计理念而更动。接下来，交换装置藉由判断所储存流量条目的数量是否超过计算所得的动态阈值，来决定是否需要实施压缩程序来缩减流量条目的数量。当流量条目的数量未超过动态阈值时，代表交换装置中用于储存流量条目的容量充足，交换装置不执行压缩程序；而当流量条目的数量超过动态阈值时，交换装置开始执行压缩程序。值得注意的是，由公式(1)可知，动态阈值会随着交换装置中剩余容量而变动。也就是说，交换装置将尚可储存流量条目的数目作为是否进行压缩程序的依据，从而获得较佳的压缩率。
于压缩程序开始时，交换装置根据每一流量条目的一指标，将流量条目分类为多个分区(Partition)。流量条目的指标用来指示流量条目相对应应用的网络需求，相异的指针对应于网络需求不同的应用程序。举例来说，指标为“1”的流量条目可被定义为对应于网络需求为低延迟时间且低封包遗失率的应用(如网络电话(VoiceOverInternetPhone(VoIP)、影像通讯或互动游戏)的规则；指标为“2”的流量条目可被定义为对应于网络需求为低延迟时间变化且低封包遗失率的应用(如影音串流、网络电视或网页浏览)的规则；而指标为“3”的流量条目可被定义为对应于网络需求为低封包遗失率的应用(如点对点文件传输或其他类型的上传及下载)的规则。在此实施例中，交换装置将具有相同指针(即网络需求相同)的流量条目分类为在同一个分区。
接下来，交换装置会利用位元整合(bitmerging)程序或子集合整合(subsetmerging)程序压缩位于相同分区中的流量条目。在位元整合程序中，交换装置比较同一分区中流量条目彼此之间的差异程度。当位于相同分区中的一第一流量条目与一第二流量条目间的汉明距离(HammingDistance)为1时(即第一流量条目的字符串与第二流量条目的字符串间相对应位元的差异仅有1位元时)，交换装置利用一取代位元(如“*”)取代第一流量条目与第二流量条目间相异的位元，以产生一第三流量条目。交换装置利用第三流量条目，取代第一流量条目与第二流量条目。如此一来，交换装置中流量条目的数量便可被减少。
当一第四流量条目未能被位元整合压缩(即第四流量条目与同一分区中其余流量条目的汉明距离都超过1)时，交换装置另执行子集合整合来尝试整合第四流量条目。在子集合整合程序中，交换装置将第四流量条目与位于同一分区的其余流量条目进行比较，以判断第四流量条目是否为其余流量条目其中一者的子集合。当第四流量条目为一第五流量条目的子集合(即第五流量条目为第四流量条目的超集(Superset))时，交换装置判断可利用第五流量条目来表示第四流量条目。在此状况下，交换装置利用第五流量条目代表第四流量条目。透过执行子集合整合程序，交换装置可进一步降低流量条目的数量。
在利用位元整合或子集合整合来压缩交换装置中的流量条目后，交换装置根据压缩后流量条目的数量再次计算动态阈值(回到步骤202)。换言之，在执行完压缩程序后，交换装置根据压缩后流量条目的数量来调整动态阈值。交换装置持续监控流量条目所占的容量比例，并在流量条目所占的容量比例超越动态阈值时再次实施压缩程序。透过采用随着流量条目的数量变动的动态阈值来决定是否执行压缩程序，交换装置中流量条目的压缩率可获得提升，且交换装置可避免执行不必要的压缩程序从而减少执行压缩程序的次数。
请参考图3A、3B，图3A、3B为本发明实施例中运作位元整合的范例示意图。如图3A所示，交换装置包含有6个流量条目FE1～FE6，其中每一流量条目包含有2个字段MF1、MF2及一指标INS。在一实施例中，字段MF1用来指示虚拟局域网识别(VirtualLocalAreaNetworkIdentification，VLANID)，而字段MF2用来指示输入埠(InputPort)。根据不同应用及设计理念，流量条目的字段数目可被合适地更动且每一字段所指示的信息也可被修改。在位元整合程序开始时，流量条目FE1～FE6的字段MF1、MF2的数值非为3位元格式。因此，于进行位元整合程序前，交换装置会先将字段MF1、MF2的数值转换至3位元格式。接下来，交换装置根据流量条目FE1～FE6的指标，将流量条目FE1、FE3～FE5分至分区P1，及将流量条目FE2、FE6分至分区P2。
请参考图3B，在将流量条目FE1～FE6的指标划分为分区P1、P2后，交换装置开始比较同一分区中的流量条目。在此实施例中，流量条目FE1与FE5间的汉明距离为1，交换装置利用*取代流量条目FE1、FE5的第2个位元，以产生0*1001→1作为取代流量条目FE1与FE5的流量条目FE7。相似地，流量条目FE2与FE5间的汉明距离为1，交换装置产生01*001→1作为取代流量条目FE2与FE5的流量条目FE8。由于流量条目FE4与流量条目FE1、FE2、FE5间的汉明距离都超过1，因此流量条目FE4无法被位元整合压缩。此外，分区P2中流量条目FE2与流量条目FE6的汉明距离也超过1，因此流量条目FE2、FE6维持不变。利用位元整合，交换装置可整合具有相同指针且汉明距离为1的流量条目。
请参考图4，图4为本发明实施例中运作子集合整合的范例示意图。如图4所示，交换装置包含有具有相同指针(即同一分区)的4个流量条目FE9～FE12，且流量条目FE9～FE12无法被位元整合压缩。在此实施例中，交换装置判断流量条目FE9为FE10的子集合，因此交换装置利用流量条目FE10取代FE9。相似地，交换装置判断流量条目FE12为FE11的子集合，因此交换装置利用流量条目FE12取代FE11。根据上述流程，交换装置可整合位于相同超集内的流量条目。
请参考图5，图5为本发明实施例中计算动态范围的示意图。在图5所示的实施例中，交换装置中用于储存流量条目容量的目标使用百分比α为85％。于开始运转时，交换装置中储存的流量条目为0，因此动态阈值为85％。经一段时间后，交换装置实施至少一次压缩程序，交换装置中储存的流量条目所占容量变为整体容量的40％。在此状况下，利用公式(1)可计算得到91％作为新的动态阈值。根据调整后的动态阈值，交换装置持续监控交换装置中储存的流量条目所占据容量，以于储存的流量条目所占容量比例超越动态阈值时执行压缩程序。如此一来，交换装置中储存的流量条目所占容量比例可更为接近目标使用百分比α。
综上所述，本发明实施例利用位元整合及子集合整合来压缩交换装置中流量条目，从而以快速且精简的方式来降低交换装置中流量条目的数量。据此，交换装置可避免储存容量不足的情况发生。此外，藉由采用随着流量条目数量而变动的动态阈值作为是否执行压缩程序的依据，交换装置中流量条目的压缩率可获得提升，且交换装置可避免执行不必要的压缩程序从而减少执行压缩程序的次数。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种流量条目聚合方法，用于一网络系统中，其特征在于，所述流量条目聚合方法包括以下步骤：
根据多个流量条目的多个指标，将所述多个流量条目分类为多个分区，其中每一流量条目以三位元的字符串来表示流量条目中至少一字段的数值，且所述多个指标用来指示所述多个流量条目对应的网络需求；以及
利用位元整合或子集合整合，压缩位于相同分区中的流量条目。
2.如权利要求1所述的流量条目聚合方法，其特征在于，利用所述位元整合压缩位于相同分区中的流量条目的步骤包括：
当所述多个分区中其中一者的一第一流量条目与一第二流量条目仅相差1位元时，利用一取代位元取代所述第一流量条目与所述第二流量条目间相异的位元，以产生一第三流量条目；以及
利用所述第三流量条目取代所述第一流量条目及所述第二流量条目。
3.如权利要求1所述的流量条目聚合方法，其特征在于，利用所述子集合整合，压缩位于相同分区中的流量条目的步骤包括：
当所述多个分区中其中一者的一第一流量条目为一第二流量条目的子集合时，利用所述第二流量条目取代所述第一流量条目。
4.如权利要求1所述的流量条目聚合方法，其特征在于，根据所述多个流量条目的所述多个指标，将所述多个流量条目分类为所述多个分区的步骤包括：
当所述多个流量条目的数量超过一动态阈值时，根据所述多个流量条目的所述多个指标，将所述多个流量条目分类为所述多个分区。
5.如权利要求4所述流量条目聚合方法，其特征在于，还包括步骤：
于利用所述位元整合及所述子集合整合压缩位于相同分区中的流量条目后，根据所述多个流量条目的数量，调整所述动态阈值。
6.一种网络系统，其特征在于，包括：
多个客户端；以及
多个交换器，耦接于所述多个客户端及一核心网络之间，其中每一交换器储存有多个流量条目，且每一流量条目以三位元的字符串来表示流量条目中至少一字段的数值；
其中，所述多个交换器中一第一交换器根据储存于所述第一交换器的所述多个流量条目的多个指标，将储存于所述第一交换器的所述多个流量条目分类为多个分区，且所述第一交换器利用位元整合或子集合整合，压缩所述第一交换器中位于相同分区中的流量条目；
其中所述多个指标用来指示所述多个流量条目对应的网络需求。
7.如权利要求6所述的网络系统，其特征在于，当所述第一交换器利用所述位元整合来压缩所述第一交换器中位于相同分区中的流量条目时，若所述多个分区中其中一者的一第一流量条目与一第二流量条目仅相差1位元，所述第一交换器利用一取代位元取代所述第一流量条目与所述第二流量条目间相异的位元以产生一第三流量条目，且所述第一交换器利用所述第三流量条目取代所述第一流量条目及所述第二流量条目。
8.如权利要求6所述的网络系统，其特征在于，当所述第一交换器利用所述子集合整合来压缩所述第一交换器中位于相同分区中的流量条目时，所述第一交换器是在所述多个分区中其中一者的一第一流量条目为一第二流量条目的子集合时，利用所述第二流量条目取代所述第一流量条目。
9.如权利要求6所述的网络系统，其特征在于，所述第一交换器是在储存于所述第一交换器的所述多个流量条目的数量超过一动态阈值时，根据所述多个流量条目的所述多个指标，将所述多个流量条目分类为所述多个分区，并利用所述位元整合或所述子集合整合，压缩所述第一交换器中位于相同分区中的流量条目。
10.如权利要求9所述的网络系统，其特征在于，在利用所述位元整合及所述子集合整合压缩位于相同分区中的流量条目后，所述第一交换器根据储存于所述第一交换器的所述多个流量条目的数量，调整所述动态阈值。
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