CN107770083A - 一种交换网络、控制器及负载均衡方法 - Google Patents

一种交换网络、控制器及负载均衡方法 Download PDF

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Abstract

本发明实施例公开了一种交换网络、控制器及负载均衡方法，交换网络包括控制器和N个交换机组，每个交换机组包括M个交换机，控制器与交换网络的N*M个交换机中的每个交换机相连；每个交换机组的第i个交换机属于第i类的交换机；第一交换机跟与第一交换机属于同一交换机组的交换机直接相连，并且第一交换机跟其他交换机组中与第一交换机属于同一类的交换机直接相连；第一交换机与第二交换机之间存在一条最优路径和至少一条次优路径；最优路径为第一交换机到第二交换机经过链路数量最少的路径；当第一交换机需要向第二交换机发送报文时，使大部分报文经过该最优路径发送，节省了网络资源。

Description

一种交换网络、控制器及负载均衡方法
技术领域
本发明涉及计算机技术领域，尤其涉及一种交换网络、控制器及负载均衡方法。
背景技术
数据中心中的CLOS架构可以通过动态路由的方式均衡利用所有可达路径来传输报文，实现严格的无阻塞交换。图1为数据中心中的一种三级CLOS架构的场景示意图，该CLOS架构的第一级的交换机为接入(access)交换机，例如，架顶(英文：top of rack，简称：ToR)，第二级的交换机为汇聚(aggregation)交换机，第三级的交换机为核心(core)交换机，一个接入交换机发送给另一个交换机的报文需要经过aggregation交换机中转，还可能需要经过core交换机中转。
图1所示的CLOS架构以接入交换机属于四组为例，第一交换机组包括交换机C1和交换机C2，第二交换机组包括交换机C3和交换机C4，第三交换机组包括交换机C5和交换机C6，第四组包括交换机C7和交换机C8；第二级的交换机包括交换机B1、交换机B2、交换机B3、交换机B4、交换机B5、交换机B6、交换机B7和交换机B8；第三级的交换机包括交换机A1、交换机A2、交换机A3和交换机A4，任意两个以双向箭头相连接的交换机可以进行报文传输。从图1中的连接关系可以看出，位于同一交换机组的两个接入交换机之间传输报文需要经过两条链路，位于不同组的两个接入交换机之间传输报文需要经过四条链路。其中，链路是指连接两个交换机且中间没有其他交换机的路径。
未来数据中心的规模将越来越大，要基于该CLOS架构实现大规模报文的处理就需要搭建更高级别的CLOS架构，例如，四级CLOS架构、五级CLOS架构等。CLOS架构的级别越高则接入交换机之间传输报文需要经过的链路数就会越多，经过的链路数越多则耗费的带宽资源也就越多。
综上所述，在未来大规模数据中心中采用CLOS架构来传输报文会耗费较多的带宽资源，使得数据中心的整体性能受到制约。
发明内容
本发明实施例公开了一种交换网络、控制器及负载均衡方法，在最优路径不拥塞时将大部分报文通过该最优路径传输，节省了网络带宽。
第一方面，本发明实施例提供了一种交换网络，该交换网络包括控制器和N个交换机组，每个交换机组包括M个交换机，所述控制器与所述交换网络的N*M个交换机中的每个交换机相连；每个交换机组的第i个交换机属于第i类的交换机；第一交换机跟与所述第一交换机属于同一交换机组的交换机直接相连，并且所述第一交换机跟其他交换机组中与所述第一交换机属于同一类的交换机直接相连；所述第一交换机与第二交换机之间存在一条最优路径和至少一条次优路径；所述最优路径为所述第一交换机到所述第二交换机经过链路数量最少的路径，每条次优路径为所述第一交换机到所述第二交换机经过的链路数量大于等于所述最优路径的链路数量的路径；其中，N≧2；其中，所述第一交换机为所述N*M个交换机中的任意一个，所述第二交换机为所述N*M个交换机中除所述第一交换机外的任意一个；
所述控制器用于获取所述最优路径的可用带宽；根据所述最优路径的可用带宽大小确定所述最优路径的负载比例和所述至少一条次优路径的总负载比例，所述最优路径的负载比例为第一比例，所述至少一条次优路径的总负载比例为第二比例，当所述最优路径上的可用带宽满足预设的不拥塞状态时所述第一比例大于所述第二比例；向所述第一交换机发送对应的负载分担表，所述负载分担表包含所述第一交换机与每个所述第二交换机之间的最优路径的第一比例和所述交换机与每个所述第二交换机之间的至少一条次优路径的第二比例；
所述第一交换机用于接收所述负载分担表并根据所述负载分担表通过所述最优路径和所述至少一条次优路径向所述第二交换机发送报文，通过所述最优路径发送的报文的数量占待发送的报文的数量的比例为所述第一比例，通过所述至少一条次优路径发送的报文的数量占所述待发送的报文的数量的比例为所述第二比例。
通过运行该交换网络，两个交换机在它们之间的最优路径不拥塞时主要通过该最优路径传输报文，当该最优路径拥塞时则将报文发送到次优路径上，在保证报文能够顺利发送的前提下使得大部分的报文能够通过该最优路径传输；由于同组内的任意两个交换机之间的最优路径经过的链路数为1条，不同组间的任意两个交换机之间的最优路径经过的链路数为1条或者2条，因此相较于CLOS架构而言本发明实施例中传输报文时经过的链路数更少，节省了网络带宽。另外，本发明实施例不需要类似于CLOS架构中的第二级和第三级的交换机来辅助中转，节省了成本。
结合第一方面，在第一方面的第一种可能的实现方式中，当根据所述最优路径的可用带宽大小确定所述最优路径的负载比例和所述至少一条次优路径的总负载比例时，所述控制器用于：
在每次获取到所述最优路径的可用带宽后，比较所述最优路径的可用带宽与第一预设阈值和第二预设阈值的关系；当所述最优路径的可用带宽小于第一预设阈值时，将所述最优路径当前的负载比例下调预设比例以得到第一比例；当所述最优路径的可用带宽大于第二预设阈值时，将所述最优路径当前的负载比例上调所述预设比例以得到所述第一比例，所述第二预设阈值大于所述第一预设阈值；所述预设的不拥塞状态包括：在预设的X次调整所述最优路径的负载比例的过程中，上调所述预设比例的次数不小于下调所述预设比例的次数，X大于0。
也即是说，该控制器每次获取到最优路径的可用带宽后，将该可用带宽与第一预设阈值和第二预设阈值比较，然后根据比较的结果在该最优路径当前的负载比例的基础上对该负载比例进行微调，使得负载比例的调整更加平稳；另外，设置的第一预设阈值和第二预设阈值避免了该负载比例出现乒乓调整。
结合第一方面，或者第一方面的第一种可能的实现方式，在第一方面的第二种可能的实现方式中，当获取所述最优路径的可用带宽时，所述控制器用于：
接收所述第一交换机发送的所述第一交换机的所有直连链路的带宽信息，
根据所述N*M个交换机分别发送的带宽信息以及预先获取的网络拓扑获取所述第一交换机到所述第二交换机的所述最优路径的可用带宽。
结合第一方面的第二种可能的实现方式，在第一方面的第三种可能的实现方式中，一条直连链路的带宽信息包含通过所述直连链路传输的报文的数量；
接收所述第一交换机发送的所述第一交换机的所有直连链路的带宽信息包括：
接收所述第一交换机发送的所述第一交换机在第一时刻通过每条直连链路已传输报文的数量；以及，接收所述第一交换机发送的所述每个交换机在第二时刻通过每条直连链路已传输报文的数量；
所述根据所述N*M个交换机分别发送的带宽信息以及预先获取的网络拓扑获取所述第一交换机到所述第二交换机的所述最优路径的可用带宽，具体为：根据所述N*M个交换机在所述第一时刻和所述第二时刻分别发送的每条直连链路上已传输的报文的数量，计算所述最优路径的报文传输速率；
根据预设的所述最优路径的总带宽和所述最优路径上的所述报文传输速率计算所述最优路径的可用带宽。
结合第一方面，或者第一方面的第一种可能的实现方式，或者第一方面的第二种可能的实现方式，或者第一方面的第三种可能的实现方式，在第一方面的第四种可能的实现方式中，所述至少一条次优路径为K条次优路径，K≧2，所述控制器还用于获取所述K条次优路径中每条次优路径的可用带宽；根据每条次优路径的可用带宽为所述K次优路径分配负载比例，所述K条次优路径中可用带宽越大的次优路径的负载比例越大，所述K条次优路径的负载比例之和等于所述第二比例；所述负载分担表包含所述K条次优路径中每条次优路径的负载比例。
也即是说，该控制器在给该至少一个次优路径中各个次优路径分配负载比例时，具体根据各个次优路径的可用带宽来分配，可用带宽大的次优路径分配的负载比例大，可用带宽小的次优路径分配的负载比例小，使得每个次优路径的负载相对均衡。
第二方面，本发明实施例提供一种控制器，所述控制器包括处理器、存储器和输出组件：
所述存储器用于存储程序代码；
所述处理器用于调用所述存储器中的程序代码，以执行如下操作：
获取第一交换机到第二交换机的最优路径的可用带宽，所述第一交换机为交换网络中的任意一个交换机，所述第二交换机为所述交换网络中除所述第一交换机外的任意一个交换机；所述交换网络包括所述控制器和N个交换机组，每个交换机组包括M个交换机，所述控制器与所述交换网络的N*M个交换机中的每个交换机相连；每个交换机组的第i个交换机属于第i类的交换机；所述第一交换机跟与所述第一交换机属于同一交换机组的交换机直接相连，并且所述第一交换机跟其他交换机组中与所述第一交换机属于同一类的交换机直接相连；所述第一交换机与所述第二交换机之间存在一条最优路径和至少一条次优路径；所述最优路径为所述第一交换机到所述第二交换机经过链路数量最少的路径，每条次优路径为所述第一交换机到所述第二交换机经过的链路数量大于等于所述最优路径的链路数量的路径；其中，N≧2；
根据所述最优路径的可用带宽大小确定所述最优路径的负载比例和所述至少一条次优路径的总负载比例，所述最优路径的负载比例为第一比例，所述至少一条次优路径的总负载比例为第二比例，当所述最优路径上的可用带宽满足预设的不拥塞状态时所述第一比例大于所述第二比例；
通过所述输出组件向所述第一交换机发送对应的负载分担表，所述负载分担表包含所述第一交换机与每个所述第二交换机之间的最优路径的第一比例和所述交换机与每个所述第二交换机之间的至少一条次优路径的第二比例，所述负载分担表用于指示所述第一交换机通过所述最优路径发送的报文的数量占待发送的报文的数量的比例为所述第一比例，并指示所述第一交换机通过所述至少一条次优路径发送的报文的数量占所述待发送的报文的数量的比例为所述第二比例。
通过执行上述操作，两个交换机在它们之间的最优路径不拥塞时主要通过该最优路径传输报文，当该最优路径拥塞时则将报文发送到次优路径上，在保证报文能够顺利发送的前提下使得大部分的报文能够通过该最优路径传输；由于同组内的任意两个交换机之间的最优路径经过的链路数为1条，不同组间的任意两个交换机之间的最优路径经过的链路数为1条或者2条，因此相较于CLOS架构而言本发明实施例中传输报文时经过的链路数更少，节省了网络带宽。另外，本发明实施例不需要类似于CLOS架构中的第二级和第三级的交换机来辅助中转，节省了成本。
结合第二方面，在第二方面的第一种可能的实现方式中，当所述处理器根据所述最优路径的可用带宽大小确定所述最优路径的负载比例和所述至少一条次优路径的总负载比例时，所述处理器还用于调用所述存储器中的程序代码，以执行如下操作：
在每次获取到所述最优路径的可用带宽后，比较所述最优路径的可用带宽与第一预设阈值和第二预设阈值的关系；当所述最优路径的可用带宽小于第一预设阈值时，将所述最优路径当前的负载比例下调预设比例以得到第一比例；当所述最优路径的可用带宽大于第二预设阈值时，将所述最优路径当前的负载比例上调所述预设比例以得到所述第一比例，所述第二预设阈值大于所述第一预设阈值；所述预设的不拥塞状态包括：在预设的X次调整所述最优路径的负载比例的过程中，上调所述预设比例的次数不小于下调所述预设比例的次数，X大于0。
也即是说，该控制器每次获取到最优路径的可用带宽后，将该可用带宽与第一预设阈值和第二预设阈值比较，然后根据比较的结果在该最优路径当前的负载比例的基础上对该负载比例进行微调，使得负载比例的调整更加平稳；另外，设置的第一预设阈值和第二预设阈值避免了该负载比例出现乒乓调整。
结合第二方面，或者第二方面的第一种可能的实现方式，在第二方面的第二种可能的实现方式中，所述控制器包括输入组件；所述获取第一交换机到第二交换机的最优路径的可用带宽，具体为：
通过所述输入组件接收所述第一交换机发送的所述第一交换机的所有直连链路的带宽信息；
根据所述N*M个交换机分别发送的带宽信息以及预先获取的网络拓扑获取所述第一交换机到所述第二交换机的所述最优路径的可用带宽。
结合第二方面的第二种可能的实现方式，在第二方面的第三种可能的实现方式中，一条直连链路的带宽信息包含通过所述直连链路传输的报文的数量；所述通过所述输入组件接收所述第一交换机发送的所述第一交换机的所有直连链路的带宽信息，具体为：
通过所述输入组件接收所述第一交换机发送的所述第一交换机在第一时刻通过每条直连链路已传输报文的数量；以及，通过所述输入组件接收所述第一交换机发送的所述每个交换机在第二时刻通过每条直连链路已传输报文的数量；
所述根据所述N*M个交换机分别发送的带宽信息以及预先获取的网络拓扑获取所述第一交换机到所述第二交换机的所述最优路径的可用带宽，具体为：
根据所述N*M个交换机在所述第一时刻和所述第二时刻分别发送的每条直连链路上已传输的报文的数量，计算所述最优路径的报文传输速率；
根据预设的所述最优路径的总带宽和所述最优路径上的所述报文传输速率计算所述最优路径的可用带宽。
结合第二方面，或者第二方面的第一种可能的实现方式，或者第二方面的第二种可能的实现方式，或者第二方面的第三种可能的实现方式，在第二方面的第四种可能的实现方式中，所述至少一条次优路径为K条次优路径，K≧2；所述处理器通过所述输出组件向所述第一交换机发送对应的负载分担表之前，所述处理器还用于调用所述存储器中的程序代码，以执行如下操作：
获取所述K条次优路径中每条次优路径的可用带宽；
根据每条次优路径的可用带宽为所述K次优路径分配负载比例，所述K条次优路径中可用带宽越大的次优路径的负载比例越大，所述K条次优路径的负载比例之和等于所述第二比例；所述负载分担表包含所述K条次优路径中每条次优路径的负载比例。
也即是说，该控制器在给该至少一个次优路径中各个次优路径分配负载比例时，具体根据各个次优路径的可用带宽来分配，可用带宽大的次优路径分配的负载比例大，可用带宽小的次优路径分配的负载比例小，使得每个次优路径的负载相对均衡。
第三方面，本发明实施例提供一种负载均衡方法，该方法包括：
控制器获取第一交换机到第二交换机的最优路径的可用带宽，所述第一交换机为交换网络中的任意一个交换机，所述第二交换机为所述交换网络中除所述第一交换机外的任意一个交换机；所述交换网络包括控制器和N个交换机组，每个交换机组包括M个交换机，所述控制器与所述交换网络的N*M个交换机中的每个交换机相连；每个交换机组的第i个交换机属于第i类的交换机；所述第一交换机跟与所述第一交换机属于同一交换机组的交换机直接相连，并且所述第一交换机跟其他交换机组中与所述第一交换机属于同一类的交换机直接相连；所述第一交换机与所述第二交换机之间存在一条最优路径和至少一条次优路径；所述最优路径为所述第一交换机到所述第二交换机经过链路数量最少的路径，每条次优路径为所述第一交换机到所述第二交换机经过的链路数量大于等于所述最优路径的链路数量的路径；其中，N≧2；
所述控制器根据所述最优路径的可用带宽大小确定所述最优路径的负载比例和所述至少一条次优路径的总负载比例，所述最优路径的负载比例为第一比例，所述至少一条次优路径的总负载比例为第二比例，当所述最优路径上的可用带宽满足预设的不拥塞状态时所述第一比例大于所述第二比例；
所述控制器向所述第一交换机发送对应的负载分担表，所述负载分担表包含所述第一交换机与每个所述第二交换机之间的最优路径的第一比例和所述交换机与每个所述第二交换机之间的至少一条次优路径的第二比例，所述负载分担表用于指示所述第一交换机通过所述最优路径发送的报文的数量占待发送的报文的数量的比例为所述第一比例，并指示所述第一交换机通过所述至少一条次优路径发送的报文的数量占所述待发送的报文的数量的比例为所述第二比例。
通过执行上述步骤，两个交换机在它们之间的最优路径不拥塞时主要通过该最优路径传输报文，当该最优路径拥塞时则将报文发送到次优路径上，在保证报文能够顺利发送的前提下使得大部分的报文能够通过该最优路径传输；由于同组内的任意两个交换机之间的最优路径经过的链路数为1条，不同组间的任意两个交换机之间的最优路径经过的链路数为1条或者2条，因此相较于CLOS架构而言本发明实施例中传输报文时经过的链路数更少，节省了网络带宽。另外，本发明实施例不需要类似于CLOS架构中的第二级和第三级的交换机来辅助中转，节省了成本。
结合第三方面，在第三方面的第一种可能的实现方式中，当根据所述最优路径的可用带宽大小确定所述最优路径的负载比例和所述至少一条次优路径的总负载比例时，所述方法还包括：
在每次获取到所述最优路径的可用带宽后，比较所述最优路径的可用带宽与第一预设阈值和第二预设阈值的关系；当所述最优路径的可用带宽小于第一预设阈值时，将所述最优路径当前的负载比例下调预设比例以得到第一比例；当所述最优路径的可用带宽大于第二预设阈值时，将所述最优路径当前的负载比例上调所述预设比例以得到所述第一比例，所述第二预设阈值大于所述第一预设阈值；所述预设的不拥塞状态包括：在预设的X次调整所述最优路径的负载比例的过程中，上调所述预设比例的次数不小于下调所述预设比例的次数，X大于0。
也即是说，该控制器每次获取到最优路径的可用带宽后，将该可用带宽与第一预设阈值和第二预设阈值比较，然后根据比较的结果在该最优路径当前的负载比例的基础上对该负载比例进行微调，使得负载比例的调整更加平稳；另外，设置的第一预设阈值和第二预设阈值避免了该负载比例出现乒乓调整。
结合第三方面，或者第三方面的第一种可能的实现方式，在第三方面的第二种可能的实现方式中，所述控制器获取第一交换机到第二交换机的最优路径的可用带宽，包括：
接收所述第一交换机发送的所述第一交换机的所有直连链路的带宽信息，
根据所述N*M个交换机分别发送的带宽信息以及预先获取的网络拓扑获取所述第一交换机到所述第二交换机的所述最优路径的可用带宽。
结合第三方面的第二种可能的实现方式，在第三方面的第三种可能的实现方式中，一条直连链路的带宽信息包含通过所述直连链路传输的报文的数量；所述接收所述第一交换机发送的所述第一交换机的所有直连链路的带宽信息，包括：
接收所述第一交换机发送的所述第一交换机在第一时刻通过每条直连链路已传输报文的数量；以及，接收所述第一交换机发送的所述每个交换机在第二时刻通过每条直连链路已传输报文的数量；
所述根据所述N*M个交换机分别发送的带宽信息以及预先获取的网络拓扑获取所述第一交换机到所述第二交换机的所述最优路径的可用带宽，包括：
根据所述N*M个交换机在所述第一时刻和所述第二时刻分别发送的每条直连链路上已传输的报文的数量，计算所述最优路径的报文传输速率；
根据预设的所述最优路径的总带宽和所述最优路径上的所述报文传输速率计算所述最优路径的可用带宽。
结合第三方面，或者第三方面的第一种可能的实现方式，或者第三方面的第二种可能的实现方式，或者第三方面的第三种可能的实现方式，在第三方面的第四种可能的实现方式中，所述至少一条次优路径为K条次优路径，K≧2；所述控制器向所述第一交换机发送对应的负载分担表之前，所述方法还包括：
所述控制器获取所述K条次优路径中每条次优路径的可用带宽；
所述控制器根据每条次优路径的可用带宽为所述K次优路径分配负载比例，所述K条次优路径中可用带宽越大的次优路径的负载比例越大，所述K条次优路径的负载比例之和等于所述第二比例；所述负载分担表包含所述K条次优路径中每条次优路径的负载比例。
也即是说，该控制器在给该至少一个次优路径中各个次优路径分配负载比例时，具体根据各个次优路径的可用带宽来分配，可用带宽大的次优路径分配的负载比例大，可用带宽小的次优路径分配的负载比例小，使得每个次优路径的负载相对均衡。
第四方面，本发明实施例提供一种控制器，该控制器包含用于执行第三方面的任一实现方式中的全部或部分步骤的功能单元。
通过实施本发明实施例，两个交换机在它们之间的最优路径不拥塞时主要通过该最优路径传输报文，当该最优路径拥塞时则将报文发送到次优路径上，在保证报文能够顺利发送的前提下使得大部分的报文能够通过该最优路径传输；由于同组内的任意两个交换机之间的最优路径经过的链路数为1条，不同组间的任意两个交换机之间的最优路径经过的链路数为1条或者2条，因此相较于CLOS架构而言本发明实施例中传输报文时经过的链路数更少，节省了网络带宽。另外，本发明实施例不需要类似于CLOS架构中的第二级和第三级的交换机来辅助中转，节省了成本。
附图说明
下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1是现有技术中的一种三级CLOS架构的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种交换网络的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的一种负载均衡方法的流程示意图；
图4是本发明实施例提供的一种控制器的结构示意图；
图5是本发明实施例提供的又一种控制器的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
请参见图2，图2是本发明实施例提供的一种交换网络的结构示意图；该交换网络包括控制器和N个交换机组，每个交换机组包括M个交换机，该控制器与该交换网络中的N*M个交换机中的每个交换机分别相连；该控制器是该交换网络的决策部件，用于计算该交换网络内部的交换路径和边界业务路由。
该N个交换机组中的每个交换机组包括M个交换机，每个交换机组的第i个交换机属于第i类的交换机。该交换网络中，第一交换机(指该交换网络中的任意一个交换机)跟与该第一交换机属于同一交换机组的M-1个交换机直接相连，且该第一交换机跟其他交换机组中与该第一交换机属于同一类的交换机直接相连。该第一每个交换机与第二交换机(除该交换机以外的任意交换机)之间存在一条最优路径和至少一条次优路径。其中，该最优路径和该至少一条次优路径分担由该第一交换机发送给该第二交换机的报文。该最优路径为该第一交换机到该第二交换机经过链路数量最少的路径，每条次优路径为该第一交换机到该第二交换机经过的链路数量大于等于所述最优路径的链路数量的路径；
其中，M、N和i均为正整数。其中，链路是指连接两个交换机且中间没有其他交换机的路径。本申请中，将以第一交换机为源端，第二交换机为目的端的链路称为第一交换机的直连链路，相应地，将以第二交换机为源端，第一交换机为目的端的链路称为第二交换机的直连链路。
以下举例说明该交换网络中交换机的连接关系，图2所示的交换网络包括N＝3个交换机组，每个交换机组包括M＝3个交换机，则该交换网络中包括9个交换机，其中，第一交换机组包括交换机A11、交换机A12和交换机A13，第二交换机组包括交换机B11、交换机B12和交换机B13，第三交换机组包括交换机C11、交换机C12和交换机C13。该第一交换机组中的第1个交换机A11、该第二交换机组中的第1个交换机B11和该第三交换机组中的第1个交换机C11属于第1类交换机；该第一交换机组中第2个交换机A12、该第二交换机组中的第2个交换机B12和该第三交换机组中的第2个交换机C12属于第2类交换机；该第一交换机组中第3个交换机A13、该第二交换机组中的第3个交换机B13和该第三交换机组中的第3个交换机C13属于第3类交换机。属于同一交换机组的任意两个交换机之间直接连接，属于同一类的任意两个交换机之间直接连接。
以下举例说明如何确定该最优路径和次优路径，在该交换网络中，报文从第一交换机到任意第二交换机均存在多个路径，这多个路径中有些路径经过的链路少有些路径经过的链路多，这多个路径中经过链路最少的路径为该第一交换机到该第二交换机的最优路径，这多个路径中除该最优路径外的至少一条路径为该第一交换机到该第二交换机的次优路径。例如，图2中的交换机A11向交换机A12发送报文的路径有A11→A12、A11→A13→A12、A11→A13→B13→B12→A12等，由于在这些路径中路径A11→A12经过的链路数量最少，因此路径A11→A12为交换机A11到交换机A12的最优路径，在这些路径中路径A11→A13→A12经过的链路数量多余A11→A12经过的链路数量，因此路径A11→A13→A12为交换机A11到交换机A12的次优路径；交换机A11向交换机C13发送报文的路径有A11→C11→C13、A11→A13→C13、A11→B11→B13→C13等，由于在这些路径中路径A11→C11→C13和A11→A13→C13经过的链路数量最少，因此路径A11→C11→C13和A11→A13→C13中至少有一个为交换机A11到交换机C13的最优路径，由于在这些路径中路径A11→B11→B13→C13不是经过的链路数量最少的路径，因此路径A11→B11→B13→C13为交换机A11到交换机C13的次优路径。
在一种可选的方案中，当第二交换机到第二交换机的路径中存在多条经过链路数最少的路径时，根据预先配置的筛选策略从所述多条经过链路数最少的路径中选择至少一条路径作为该第一交换机到该第二交换机之间的最优路径。
请参见图3，图3是本发明实施例提供的一种负载均衡方法的流程示意图，该方法可以基于图2所示的交换网络来实现，该方法包括但不限于如下步骤。
步骤S301：控制器获取第一交换机到第二交换机的最优路径的可用带宽。
可选的，该第一交换机向该控制器发送该第一交换机的所有直连链路的带宽信息，该带宽信息用于表征该直连链路上的带宽使用情况；相应地，该控制器接收第一交换机发送的该第一交换机的所有直连链路的带宽信息，并根据该N*M个交换机发送的该带宽信息以及预先获取的网络拓扑获取所述第一交换机到所述第二交换机的所述最优路径的可用带宽。该N*M个交换机发送该带宽信息的时机包括但不限于如下可能性：可能性1、该控制器先向该N*M个交换机发送状态请求消息，这N*M个交换机接收到该状态请求消息后才向该控制器发送该带宽信息；可能性2，该N*M个交换机定时向该控制器发送该带宽信息。以下举例说明交换机如何获取该带宽信息以及如何向控制器发送该带宽信息，例如，交换机C11可以获取到从交换机C11到交换机C12的直连链路的带宽信息x1，可以获取到从交换机C11到交换机C13的直连链路的带宽信息x2，可以获取到从交换机C11到交换机A11的直连链路的带宽信息x3，以及可以获取到从交换机C11到交换机B11的直连链路的带宽信息x4。交换机C11获取到带宽信息x1、带宽信息x2、带宽信息x3和带宽信息x4后，将带宽信息x1、带宽信息x2、带宽信息x3和带宽信息x4集中发送给该控制器。
本发明实施例中描述的带宽信息包含的内容至少包括以下两种情况：
情况一，该带宽信息包括从预设的起始时间t0截止到某一指定时刻t1该第一交换机分别通过各个直连链路发送的报文数量，例如，交换机C11从t0截止到t1时刻已向交换机C12发送的报文的数量为100个，交换机C11从t0截止到t1时刻已向交换机C13发送的报文的数量为200个，交换机C11从t0截止到t1时刻已向交换机A11发送的报文的数量为300个，交换机C11从t0截止到t1时刻已向交换机B11发送的报文的数量为400个；那么该交换机C11发送的带宽信息中会体现已经发送给交换机C12的报文的数量100、已经发送给交换机C13的报文的数量200、已经发送给交换机A11的报文的数量300和已经发送给交换机B11的报文的数量400。此处的已经发送的报文的数量将用于使该控制器计算第一交换机的所有直连链路的可用带宽。
情况二，该带宽信息包含该第一交换机的所有直连链路的可用带宽的信息。可以理解的是，该第一交换机可以根据两个指定时刻之间发送给直接相连的某个交换机的报文的数量，以及这两个指定时刻的时间差，计算出该第一交换机到该某个交换机的直连链路上的报文传输速率，然后将该第一交换机到该某个交换机的直连链路的总带宽减去该报文传输速率即可得出该第一交换机到该某个交换机的直连链路上的可用带宽，计算第一交换机的其他直连链路的可用带宽的方式可以参照对该某个交换机的描述，此处不再赘述。
以下讲述该控制器如何根据第一交换机发送的带宽信息分析出该第一交换机到该第二交换机的最优路径的可用带宽。
当该带宽信息为上述情况一时，该控制器接收第一交换机发送的该第一交换机的所有直连链路的带宽信息，具体为：接收所述第一交换机发送的所述第一交换机在第一时刻通过每条直连链路已传输报文的数量；以及，接收所述第一交换机发送的所述每个交换机在第二时刻通过每条直连链路已传输报文的数量。根据该N*M个交换机发送的该带宽信息以及预先获取的网络拓扑获取所述第一交换机到所述第二交换机的所述最优路径的可用带宽，具体为：根据所述N*M个交换机在所述第一时刻和所述第二时刻分别发送的每条直连链路上已传输的报文的数量，计算所述最优路径的报文传输速率；根据预设的所述最优路径的总带宽和所述最优路径上的所述报文传输速率计算所述最优路径的可用带宽。
具体地，该控制器先通过t1和t2的时差以及这两个时刻发送报文的数量之差计算该第一交换机的各个直连链路上的报文传输速率，进一步地，由于该第一交换机的各个直连链路的总带宽为已知量，因此该控制器可以基于该总带宽和该报文传输速率计算出第一交换机的各个直连链路上的可用带宽；并进一步地基于第一交换机的各个直连链路的可用带宽分析出该第一交换机到该第二交换机的最优路径的可用带宽。
当该带宽信息为上述情况二时，该控制器基于第一交换机到与该第一交换机直接相连的各个交换机的直连链路的可用带宽分析出该第一交换机到该第二交换机的最优路径的可用带宽。
以下结合图3所示的场景和表1来举例讲述如何确定某条路径的可用带宽。
第0行 A11 A12 A13 B11 B12 B13 C11 C12 C13
第1行 A11 5.08 8.74 5.21 5.20
第2行 A12 5.20 6.80 5.05 6.80
第3行 A13 8.82 6.10 2.68 9.83
第4行 B11 6.64 4.98 3.70 9.88
第5行 B12 8.87 1.90 8.70 3.73
第6行 B13 6.99 7.70 7.10 6.90
第7行 C11 4.97 8.07 1.70 3.98
第8行 C12 4.90 9.87 8.40 3.70
第9行 C13 3.79 2.84 3.31 8.80
表1
在表1中，交换机A11到与交换机A11直接相连的交换机A12、交换机A13、交换机B11和交换机C11的可用带宽依次为5.08、8.74、5.21和5.20。交换机A12到与交换机A12直接相连的交换机A11、交换机A13、交换机B12和交换机C12的链路的可用带宽依次为5.20、6.80、5.05和6.80。交换机A13到与交换机A13直接相连的交换机A11、交换机A12、交换机B13和交换机C13的链路的可用带宽依次为8.82、6.10、2.68和9.83。交换机B11到与交换机B11直接相连的交换机A11、交换机B12、交换机B13和交换机C11的链路的可用带宽依次为6.64、4.98、3.70和9.88。交换机B12到与交换机B12直接相连的交换机A12、交换机B11、交换机B13和交换机C12的链路的可用带宽依次为8.87、1.90、8.70和3.73。交换机B13到与交换机B13直接相连的交换机A13、交换机B11、交换机B12和交换机C13的链路的可用带宽依次为6.99、7.70、7.10和6.90。交换机C11到与交换机C11直接相连的交换机A11、交换机B11、交换机C12和交换机C13的链路的可用带宽依次为4.97、8.07、1.70和3.98。交换机C12到与交换机C12直接相连的交换机A12、交换机B12、交换机C11和交换机C13的链路的可用带宽依次为4.90、9.87、8.40和3.70。交换机C13到与交换机C13直接相连的交换机A13、交换机B13、交换机C11和交换机C12的链路的可用带宽依次为3.79、2.84、3.31和8.80。
举例来说，交换机A11到交换机C12的路径以路径A11→A12→C12，A11→C11→C12，A11→A13→C13→C12这三个路径为例。确定路径A11→A12→C12的可用带宽的方式为：将链路A11→A12和链路A12→C12中可用带宽最小的链路的可用带宽作为路径A11→A12→C12的可用带宽，即5.08。确定路径A11→C11→C12的可用带宽的方式为：将链路A11→C11和链路C11→C12中可用带宽最小的链路的可用带宽作为路径A11→C11→C12的可用带宽，即1.70。确定路径A11→A13→C13→C12的可用带宽的方式为：将链路A11→A13、A13→C13和链路C13→C12中可用带宽最小的链路的可用带宽作为路径A11→A13→C13→C12的可用带宽，即8.74。其余依次类推。因此可以基于这一原理分析出第一交换机到第二交换机的最优路径的可用带宽。
步骤S302：所述控制器根据所述最优路径的可用带宽大小确定所述最优路径的负载比例和所述至少一条次优路径的总负载比例。
具体地，所述负载比例为规划用来承载由所述第一交换机发往所述第二交换机的报文的比例，所述最优路径的负载比例为第一比例以及所述至少一个次优路径的总负载比例为第二比例，当所述最优路径上的可用带宽满足预设的不拥塞状态时所述第一比例大于所述第二比例。也即是说，该第一交换机可以协同该第一交换机到该第二交换机的最优路径和次优路径向该第二交换机发送报文，在发送报文时该最优路径和该次优路径各承载多大比例的报文需要该控制器预先规划好，为了方便描述，可称规划给该最优路径的负载比例为第一比例以及规划给该至少一个次优路径的总负载比例为第二比例。该控制器规划该第一比例的原则是，只要该第一交换机到该第二交换机的最优路径满足预先设置的不拥塞状态，则将该第一比例设置为较大值，使该第一比例至少大于该第二比例，甚至达到100％。
在一种可选的方案中，该控制器根据所述最优路径的可用带宽大小确定所述最优路径的负载比例和所述至少一条次优路径的总负载比例，具体为：在每次获取到所述最优路径的可用带宽后，比较所述最优路径的可用带宽与第一预设阈值和第二预设阈值的关系；当所述最优路径的可用带宽小于第一预设阈值时，将所述最优路径当前的负载比例下调预设比例以得到第一比例；当所述最优路径的可用带宽大于第二预设阈值时，将所述最优路径当前的负载比例上调所述预设比例以得到所述第一比例，所述第二预设阈值大于所述第一预设阈值；所述预设的不拥塞状态包括：在预设的X次调整所述最优路径的负载比例的过程中，已上调所述预设比例的次数不小于已下调所述预设比例的次数，X大于0。可选的，在上调该最优路径上当前的负载比例之前还需要判断当前的负载比例是否已经达到了预先设置的上限阈值，若达到则不上调；在下调该最优路径上当前的负载比例之前还需要判断当前的负载比例是否已经达到了预先设置的下线阈值，若达到则不下调。
举例来说，可以基于以下公式得到该最优路径的负载比例(即第一比例)Wb：
Wb(t)＝W0-n(t)*β 1-1
在公式1-1中，Wb(t)为t时刻该最优路径的负载比例，W0为初始分配给该最优路径的负载比例的上限阈值，n(t)为从预设的某个起始位置截止到t时刻生成的相对差值，该相对差值等于该最优路径上可用带宽小于该第一预设阈值的次数减去该最优路径上的可用带宽大于该第二预设阈值的次数，n(t)等于0时即满足该预设的不拥塞状态，β为该预设比例，β越大则Wb(t)调整越快，β越小则Wb(t)调整越慢。
在公式1-2中，该差值n(t)的下限为0且上限为namx，t-1为t时刻的前一次调整Wb(t)的时刻，n(t-1)为t-1时刻计算得到的该相对差值，f(t)为t时刻该最优路径上的可用带宽，F1该第一预设阈值，F2为该第二预设阈值，由公式1-2可知，当t时刻f(t)小于F1时，n(t)等于n(t-1)加1，但是相加后得到的值不超过nmax，当t时刻f(t)大于F2时，n(t)等于n(t-1)减1，但是相减后得到的值不小于0。
也即是说，该控制器每次获取到最优路径的可用带宽后，将该可用带宽与第一预设阈值和第二预设阈值比较，然后根据比较的结果在该最优路径当前的负载比例的基础上对该负载比例进行微调，使得负载比例的调整更加平稳；另外，设置的第一预设阈值和第二预设阈值避免了该负载比例出现乒乓调整。
确定好该最优路径的第一比例后，即可基于该第一比例确定各个次优路径的负载比例之和，假设该第一交换机到该第二交换机的最优路径只有1跳，且该条最优路径在t时刻的第一比例为Wb(t)，那么Ws(t)＝1-Wb(t)，Ws(t)为t时刻各个次优路径的总负载比例(即各个次优路径的负载比例之和，为了描述方便可称之为第二比例)。假设所述第一交换机到所述第二交换机存在的次优路径的数量为K；该控制器会获取所述K个次优路径中每个次优路径的可用带宽；根据所述每个次优路径的可用带宽为所述次优路径分配负载比例，所述K个次优路径中可用带宽越大的次优路径的负载比例越大，所述K个次优路径的总负载比例等于1减去所述第一比例；所述负载分担表包含所述K个次优路径中每个次优路径的负载比例；所述第一交换机通过所述每个次优路径发送的报文的数量占所述目标数量的比例为所述次优路径的负载比例，K大于等于2。
举例来说，可以基于以下公式确定该K个次优路径中的第i个次优路的负载比例Wi(t)：
在公式1-3中，K为次优路径的数量，Wi(t)为t时刻分配给这K个次优路径中的第i个次优路径的负载比例，在t时刻这K个次优路径的总负负载比例，即第二负载比例为Ws(t)。
在公式1-4中，Bi(t)为t时刻该K个路次优径中的第i个次优路径上的可用带宽，Bi(t)为这K个次优路径中第j个次优路径在t时刻的可用带宽，为这K个次优路径在t时刻的可用带宽之和。由公式1-4可知，在这K个次优路径中，可用带宽大的次优路径被分配的负载比例也会相对较大。使得各个个次优路径的负载相对均衡。
步骤S303：所述控制器向所述第一交换机发送对应的负载分担表。该负载分担表用于告诉该第一交换机使用那些路径向该第二交换机发送报文，以及各个路径需要承载的报文的比例。
步骤S304：所述第一交换机接收所述负载分担表并根据所述负载分担表通过所述最优路径和所述至少一个次优路径向所述第二交换机发送目标数量的报文。
具体地，该第一交换机从该负载分担表中解析出该最优路径的信息和该最优路径对应的第一比例的信息，以及解析出该次优路径的信息和该次优路径对应的第二比例的信息；当该第一交换机需要向该第二交换机发送报文时，假设待发送的报文的数量为目标数量，那么，通过所述最优路径发送的报文的数量占所述目标数量的比例为所述第一比例，通过所述至少一个次优路径发送的报文的数量之和占所述目标数量的比例为所述第二比例。
在图3所描述的方法中，两个交换机在它们之间的最优路径不拥塞时主要通过该最优路径传输报文，当该最优路径拥塞时则将报文发送到次优路径上，在保证报文能够顺利发送的前提下使得大部分的报文能够通过该最优路径传输；由于同组内的任意两个交换机之间的最优路径经过的链路数为1条，不同组间的任意两个交换机之间的最优路径经过的链路数为1条或者2条，因此相较于CLOS架构而言本发明实施例中传输报文时经过的链路数更少，节省了网络带宽。另外，本发明实施例不需要类似于CLOS架构中的第二级和第三级的交换机来辅助中转，节省了成本。
上述详细阐述了本发明实施例的方法，为了便于更好地实施本发明实施例的上述方案，相应地，下面提供了本发明实施例的装置。
请参见图4，图4是本发明实施例提供的一种控制器40，该控制器40包括处理器401、存储器402和输出组件403，处理器401、存储器402和输出组件403通过总线相互连接。
存储器402包括但不限于是随机存取存储器(英文：random access memory,简称：RAM)、只读存储器(英文：read-only memory，简称：ROM)或可擦除可编程只读存储器(英文：erasable programmable read-only memory，简称：EPROM)，该存储器402用于存储相关程序代码及相关数据。
处理器401可以是一个或多个中央处理器(英文：central processing unit，简称：CPU)，在处理器401是一个CPU的情况下，该CPU可以是单核CPU，也可以是多核CPU。
所述控制器40中的处理器401读取所述存储器402中存储的程序代码，以执行以下操作：
获取第一交换机到第二交换机的最优路径的可用带宽，所述第一交换机为交换网络中的任意一个交换机，所述第二交换机为所述交换网络中除所述第一交换机外的任意一个交换机；所述交换网络包括所述控制器40和N个交换机组，每个交换机组包括M个交换机，所述控制器40与所述交换网络的N*M个交换机中的每个交换机相连；每个交换机组的第i个交换机属于第i类的交换机；所述第一交换机跟与所述第一交换机属于同一交换机组的交换机直接相连，并且所述第一交换机跟其他交换机组中与所述第一交换机属于同一类的交换机直接相连；所述第一交换机与所述第二交换机之间存在一条最优路径和至少一条次优路径；所述最优路径为所述第一交换机到所述第二交换机经过链路数量最少的路径，每条次优路径为所述第一交换机到所述第二交换机经过的链路数量大于等于所述最优路径的链路数量的路径；其中，N≧2；
根据所述最优路径的可用带宽大小确定所述最优路径的负载比例和所述至少一条次优路径的总负载比例，所述最优路径的负载比例为第一比例，所述至少一条次优路径的总负载比例为第二比例，当所述最优路径上的可用带宽满足预设的不拥塞状态时所述第一比例大于所述第二比例；
通过所述输出组件403向所述第一交换机发送对应的负载分担表，所述负载分担表包含所述第一交换机与每个所述第二交换机之间的最优路径的第一比例和所述交换机与每个所述第二交换机之间的至少一条次优路径的第二比例，所述负载分担表用于指示所述第一交换机通过所述最优路径发送的报文的数量占待发送的报文的数量的比例为所述第一比例，并指示所述第一交换机通过所述至少一条次优路径发送的报文的数量占所述待发送的报文的数量的比例为所述第二比例。
通过执行上述操作，两个交换机在它们之间的最优路径不拥塞时主要通过该最优路径传输报文，当该最优路径拥塞时则将报文发送到次优路径上，在保证报文能够顺利发送的前提下使得大部分的报文能够通过该最优路径传输；由于同组内的任意两个交换机之间的最优路径经过的链路数为1条，不同组间的任意两个交换机之间的最优路径经过的链路数为1条或者2条，因此相较于CLOS架构而言本发明实施例中传输报文时经过的链路数更少，节省了网络带宽。另外，本发明实施例不需要类似于CLOS架构中的第二级和第三级的交换机来辅助中转，节省了成本。
在一种可选的方案中，当所述处理器根据所述最优路径的可用带宽大小确定所述最优路径的负载比例和所述至少一条次优路径的总负载比例时，所述处理器还用于：
在每次获取到所述最优路径的可用带宽后，比较所述最优路径的可用带宽与第一预设阈值和第二预设阈值的关系；当所述最优路径的可用带宽小于第一预设阈值时，将所述最优路径当前的负载比例下调预设比例以得到第一比例；当所述最优路径的可用带宽大于第二预设阈值时，将所述最优路径当前的负载比例上调所述预设比例以得到所述第一比例，所述第二预设阈值大于所述第一预设阈值；所述预设的不拥塞状态包括：在预设的X次调整所述最优路径的负载比例的过程中，上调所述预设比例的次数不小于下调所述预设比例的次数，X大于0。
也即是说，该控制器40每次获取到最优路径的可用带宽后，将该可用带宽与第一预设阈值和第二预设阈值比较，然后根据比较的结果在该最优路径当前的负载比例的基础上对该负载比例进行微调，使得负载比例的调整更加平稳；另外，设置的第一预设阈值和第二预设阈值避免了该负载比例出现乒乓调整。
在又一种可选的方案中，所述控制器40包括输入组件；所述处理器获取第一交换机到第二交换机的最优路径的可用带宽，具体为：
通过所述输入组件接收所述第一交换机发送的所述第一交换机的所有直连链路的带宽信息；
根据所述N*M个交换机分别发送的带宽信息以及预先获取的网络拓扑获取所述第一交换机到所述第二交换机的所述最优路径的可用带宽。
在又一种可选的方案中，一条直连链路的带宽信息包含通过所述直连链路传输的报文的数量；所述处理器通过所述输入组件接收所述第一交换机发送的所述第一交换机的所有直连链路的带宽信息，具体为：
通过所述输入组件接收所述第一交换机发送的所述第一交换机在第一时刻通过每条直连链路已传输报文的数量；以及，通过所述输入组件接收所述第一交换机发送的所述每个交换机在第二时刻通过每条直连链路已传输报文的数量；
所述处理器根据所述N*M个交换机分别发送的带宽信息以及预先获取的网络拓扑获取所述第一交换机到所述第二交换机的所述最优路径的可用带宽，具体为：
根据所述N*M个交换机在所述第一时刻和所述第二时刻分别发送的每条直连链路上已传输的报文的数量，计算所述最优路径的报文传输速率；
根据预设的所述最优路径的总带宽和所述最优路径上的所述报文传输速率计算所述最优路径的可用带宽。
在又一种可选的方案中，所述至少一条次优路径为K条次优路径，K≧2；所述处理器通过所述输出组件403向所述第一交换机发送对应的负载分担表之前，所述处理器还用于：
获取所述K条次优路径中每条次优路径的可用带宽；
根据每条次优路径的可用带宽为所述K次优路径分配负载比例，所述K条次优路径中可用带宽越大的次优路径的负载比例越大，所述K条次优路径的负载比例之和等于所述第二比例；所述负载分担表包含所述K条次优路径中每条次优路径的负载比例。
也即是说，该控制器40在给该至少一个次优路径中各个次优路径分配负载比例时，具体根据各个次优路径的可用带宽来分配，可用带宽大的次优路径分配的负载比例大，可用带宽小的次优路径分配的负载比例小，使得每个次优路径的负载相对均衡。
图4所示的控制器40的具体实现可以参照图3所示方法实施例的相应描述。
在图4所示的控制器40中，两个交换机在它们之间的最优路径不拥塞时主要通过该最优路径传输报文，当该最优路径拥塞时则将报文发送到次优路径上，在保证报文能够顺利发送的前提下使得大部分的报文能够通过该最优路径传输；由于同组内的任意两个交换机之间的最优路径经过的链路数为1条，不同组间的任意两个交换机之间的最优路径经过的链路数为1条或者2条，因此相较于CLOS架构而言本发明实施例中传输报文时经过的链路数更少，节省了网络带宽。另外，本发明实施例不需要类似于CLOS架构中的第二级和第三级的交换机来辅助中转，节省了成本。
请参见图5，图5是本发明实施例提供的又一种控制器50的结构示意图，该控制器50可以包括获取单元501、确定单元502和发送单元503，其中，各个单元的详细描述如下。
获取单元501获取第一交换机到第二交换机的最优路径的可用带宽，所述第一交换机为交换网络中的任意一个交换机，所述第二交换机为所述交换网络中除所述第一交换机外的任意一个交换机；所述交换网络包括控制器50和N个交换机组，每个交换机组包括M个交换机，所述控制器50与所述交换网络的N*M个交换机中的每个交换机相连；每个交换机组的第i个交换机属于第i类的交换机；所述第一交换机跟与所述第一交换机属于同一交换机组的交换机直接相连，并且所述第一交换机跟其他交换机组中与所述第一交换机属于同一类的交换机直接相连；所述第一交换机与所述第二交换机之间存在一条最优路径和至少一条次优路径；所述最优路径为所述第一交换机到所述第二交换机经过链路数量最少的路径，每条次优路径为所述第一交换机到所述第二交换机经过的链路数量大于等于所述最优路径的链路数量的路径；其中，N≧2；
确定单元502根据所述最优路径的可用带宽大小确定所述最优路径的负载比例和所述至少一条次优路径的总负载比例，所述最优路径的负载比例为第一比例，所述至少一条次优路径的总负载比例为第二比例，当所述最优路径上的可用带宽满足预设的不拥塞状态时所述第一比例大于所述第二比例；
发送单元503向所述第一交换机发送对应的负载分担表，所述负载分担表包含所述第一交换机与每个所述第二交换机之间的最优路径的第一比例和所述交换机与每个所述第二交换机之间的至少一条次优路径的第二比例，所述负载分担表用于指示所述第一交换机通过所述最优路径发送的报文的数量占待发送的报文的数量的比例为所述第一比例，并指示所述第一交换机通过所述至少一条次优路径发送的报文的数量占所述待发送的报文的数量的比例为所述第二比例。
通过运行上述单元，两个交换机在它们之间的最优路径不拥塞时主要通过该最优路径传输报文，当该最优路径拥塞时则将报文发送到次优路径上，在保证报文能够顺利发送的前提下使得大部分的报文能够通过该最优路径传输；由于同组内的任意两个交换机之间的最优路径经过的链路数为1条，不同组间的任意两个交换机之间的最优路径经过的链路数为1条或者2条，因此相较于CLOS架构而言本发明实施例中传输报文时经过的链路数更少，节省了网络带宽。另外，本发明实施例不需要类似于CLOS架构中的第二级和第三级的交换机来辅助中转，节省了成本。
在一种可选的方案中，所述确定单元502具体用于：
在每次获取到所述最优路径的可用带宽后，比较所述最优路径的可用带宽与第一预设阈值和第二预设阈值的关系；当所述最优路径的可用带宽小于第一预设阈值时，将所述最优路径当前的负载比例下调预设比例以得到第一比例；当所述最优路径的可用带宽大于第二预设阈值时，将所述最优路径当前的负载比例上调所述预设比例以得到所述第一比例，所述第二预设阈值大于所述第一预设阈值；所述预设的不拥塞状态包括：在预设的X次调整所述最优路径的负载比例的过程中，上调所述预设比例的次数不小于下调所述预设比例的次数，X大于0。
也即是说，该控制器50每次获取到最优路径的可用带宽后，将该可用带宽与第一预设阈值和第二预设阈值比较，然后根据比较的结果在该最优路径当前的负载比例的基础上对该负载比例进行微调，使得负载比例的调整更加平稳；另外，设置的第一预设阈值和第二预设阈值避免了该负载比例出现乒乓调整。
在又一种可选的方案中，所述获取单元501获取第一交换机到第二交换机的最优路径的可用带宽，具体为：
接收所述第一交换机发送的所述第一交换机的所有直连链路的带宽信息，
根据所述N*M个交换机分别发送的带宽信息以及预先获取的网络拓扑获取所述第一交换机到所述第二交换机的所述最优路径的可用带宽。
在又一种可选的方案中，一条直连链路的带宽信息包含通过所述直连链路传输的报文的数量；所述接收所述第一交换机发送的所述第一交换机的所有直连链路的带宽信息，具体为：
接收所述第一交换机发送的所述第一交换机在第一时刻通过每条直连链路已传输报文的数量；以及，接收所述第一交换机发送的所述每个交换机在第二时刻通过每条直连链路已传输报文的数量；
所述根据所述N*M个交换机分别发送的带宽信息以及预先获取的网络拓扑获取所述第一交换机到所述第二交换机的所述最优路径的可用带宽，包括：
根据所述N*M个交换机在所述第一时刻和所述第二时刻分别发送的每条直连链路上已传输的报文的数量，计算所述最优路径的报文传输速率；
根据预设的所述最优路径的总带宽和所述最优路径上的所述报文传输速率计算所述最优路径的可用带宽。
在又一种可选的方案中，所述至少一条次优路径为K条次优路径，K≧2；所述获取单元还用于获取所述K条次优路径中每条次优路径的可用带宽；根据每条次优路径的可用带宽为所述K次优路径分配负载比例，所述K条次优路径中可用带宽越大的次优路径的负载比例越大，所述K条次优路径的负载比例之和等于所述第二比例；所述负载分担表包含所述K条次优路径中每条次优路径的负载比例。
也即是说，该控制器50在给该至少一个次优路径中各个次优路径分配负载比例时，具体根据各个次优路径的可用带宽来分配，可用带宽大的次优路径分配的负载比例大，可用带宽小的次优路径分配的负载比例小，使得每个次优路径的负载相对均衡。
图5所示的控制器50的具体实现可以参照图3所示方法实施例的相应描述。
在图5所示的控制器50中，两个交换机在它们之间的最优路径不拥塞时主要通过该最优路径传输报文，当该最优路径拥塞时则将报文发送到次优路径上，在保证报文能够顺利发送的前提下使得大部分的报文能够通过该最优路径传输；由于同组内的任意两个交换机之间的最优路径经过的链路数为1条，不同组间的任意两个交换机之间的最优路径经过的链路数为1条或者2条，因此相较于CLOS架构而言本发明实施例中传输报文时经过的链路数更少，节省了网络带宽。另外，本发明实施例不需要类似于CLOS架构中的第二级和第三级的交换机来辅助中转，节省了成本。
综上所述，通过实施本发明实施例，两个交换机在它们之间的最优路径不拥塞时主要通过该最优路径传输报文，当该最优路径拥塞时则将报文发送到次优路径上，在保证报文能够顺利发送的前提下使得大部分的报文能够通过该最优路径传输；由于同组内的任意两个交换机之间的最优路径经过的链路数为1条，不同组间的任意两个交换机之间的最优路径经过的链路数为1条或者2条，因此相较于CLOS架构而言本发明实施例中传输报文时经过的链路数更少，节省了网络带宽。另外，本发明实施例不需要类似于CLOS架构中的第二级和第三级的交换机来辅助中转，节省了成本。
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。
以上实施例仅揭露了本发明中较佳实施例，不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

Claims (15)

1.一种交换网络，其特征在于，所述交换网络包括控制器和N个交换机组，每个交换机组包括M个交换机，所述控制器与所述交换网络的N*M个交换机中的每个交换机相连；每个交换机组的第i个交换机属于第i类的交换机；第一交换机跟与所述第一交换机属于同一交换机组的交换机直接相连，并且所述第一交换机跟其他交换机组中与所述第一交换机属于同一类的交换机直接相连；所述第一交换机与第二交换机之间存在一条最优路径和至少一条次优路径；所述最优路径为所述第一交换机到所述第二交换机经过链路数量最少的路径，每条次优路径为所述第一交换机到所述第二交换机经过的链路数量大于等于所述最优路径的链路数量的路径；其中，N≧2；其中，所述第一交换机为所述N*M个交换机中的任意一个，所述第二交换机为所述N*M个交换机中除所述第一交换机外的任意一个；
所述控制器用于获取所述最优路径的可用带宽；根据所述最优路径的可用带宽大小确定所述最优路径的负载比例和所述至少一条次优路径的总负载比例，所述最优路径的负载比例为第一比例，所述至少一条次优路径的总负载比例为第二比例，当所述最优路径上的可用带宽满足预设的不拥塞状态时所述第一比例大于所述第二比例；向所述第一交换机发送对应的负载分担表，所述负载分担表包含所述第一交换机与每个所述第二交换机之间的最优路径的第一比例和所述交换机与每个所述第二交换机之间的至少一条次优路径的第二比例；
所述第一交换机用于接收所述负载分担表并根据所述负载分担表通过所述最优路径和所述至少一条次优路径向所述第二交换机发送报文，通过所述最优路径发送的报文的数量占待发送的报文的数量的比例为所述第一比例，通过所述至少一条次优路径发送的报文的数量占所述待发送的报文的数量的比例为所述第二比例。
2.根据权利要求1所述的交换网络，其特征在于，当根据所述最优路径的可用带宽大小确定所述最优路径的负载比例和所述至少一条次优路径的总负载比例时，所述控制器用于：
在每次获取到所述最优路径的可用带宽后，比较所述最优路径的可用带宽与第一预设阈值和第二预设阈值的关系；当所述最优路径的可用带宽小于第一预设阈值时，将所述最优路径当前的负载比例下调预设比例以得到第一比例；当所述最优路径的可用带宽大于第二预设阈值时，将所述最优路径当前的负载比例上调所述预设比例以得到所述第一比例，所述第二预设阈值大于所述第一预设阈值；所述预设的不拥塞状态包括：在预设的X次调整所述最优路径的负载比例的过程中，上调所述预设比例的次数不小于下调所述预设比例的次数，X大于0。
3.根据权利要求1或2所述的交换网络，其特征在于，当获取所述最优路径的可用带宽时，所述控制器用于：
接收所述第一交换机发送的所述第一交换机的所有直连链路的带宽信息，
根据所述N*M个交换机分别发送的带宽信息以及预先获取的网络拓扑获取所述第一交换机到所述第二交换机的所述最优路径的可用带宽。
4.根据权利要求3所述的交换网络，其特征在于，一条直连链路的带宽信息包含通过所述直连链路传输的报文的数量；
接收所述第一交换机发送的所述第一交换机的所有直连链路的带宽信息包括：
接收所述第一交换机发送的所述第一交换机在第一时刻通过每条直连链路已传输报文的数量；以及，接收所述第一交换机发送的所述每个交换机在第二时刻通过每条直连链路已传输报文的数量；
所述根据所述N*M个交换机分别发送的带宽信息以及预先获取的网络拓扑获取所述第一交换机到所述第二交换机的所述最优路径的可用带宽，具体为：根据所述N*M个交换机在所述第一时刻和所述第二时刻分别发送的每条直连链路上已传输的报文的数量，计算所述最优路径的报文传输速率；
根据预设的所述最优路径的总带宽和所述最优路径上的所述报文传输速率计算所述最优路径的可用带宽。
5.根据权利要求1～4任一项所述的交换网络，其特征在于，所述至少一条次优路径为K条次优路径，K≧2，所述控制器还用于获取所述K条次优路径中每条次优路径的可用带宽；根据每条次优路径的可用带宽为所述K次优路径分配负载比例，所述K条次优路径中可用带宽越大的次优路径的负载比例越大，所述K条次优路径的负载比例之和等于所述第二比例；所述负载分担表包含所述K条次优路径中每条次优路径的负载比例。
6.一种控制器，其特征在于，所述控制器包括处理器、存储器和输出组件：
所述存储器用于存储程序代码；
所述处理器用于调用所述存储器中的程序代码，以执行如下操作：
获取第一交换机到第二交换机的最优路径的可用带宽，所述第一交换机为交换网络中的任意一个交换机，所述第二交换机为所述交换网络中除所述第一交换机外的任意一个交换机；所述交换网络包括所述控制器和N个交换机组，每个交换机组包括M个交换机，所述控制器与所述交换网络的N*M个交换机中的每个交换机相连；每个交换机组的第i个交换机属于第i类的交换机；所述第一交换机跟与所述第一交换机属于同一交换机组的交换机直接相连，并且所述第一交换机跟其他交换机组中与所述第一交换机属于同一类的交换机直接相连；所述第一交换机与所述第二交换机之间存在一条最优路径和至少一条次优路径；所述最优路径为所述第一交换机到所述第二交换机经过链路数量最少的路径，每条次优路径为所述第一交换机到所述第二交换机经过的链路数量大于等于所述最优路径的链路数量的路径；其中，N≧2；
根据所述最优路径的可用带宽大小确定所述最优路径的负载比例和所述至少一条次优路径的总负载比例，所述最优路径的负载比例为第一比例，所述至少一条次优路径的总负载比例为第二比例，当所述最优路径上的可用带宽满足预设的不拥塞状态时所述第一比例大于所述第二比例；
通过所述输出组件向所述第一交换机发送对应的负载分担表，所述负载分担表包含所述第一交换机与每个所述第二交换机之间的最优路径的第一比例和所述交换机与每个所述第二交换机之间的至少一条次优路径的第二比例，所述负载分担表用于指示所述第一交换机通过所述最优路径发送的报文的数量占待发送的报文的数量的比例为所述第一比例，并指示所述第一交换机通过所述至少一条次优路径发送的报文的数量占所述待发送的报文的数量的比例为所述第二比例。
7.根据权利要求6所述的控制器，其特征在于，当所述处理器根据所述最优路径的可用带宽大小确定所述最优路径的负载比例和所述至少一条次优路径的总负载比例时，所述处理器还用于调用所述存储器中的程序代码，以执行如下操作：
在每次获取到所述最优路径的可用带宽后，比较所述最优路径的可用带宽与第一预设阈值和第二预设阈值的关系；当所述最优路径的可用带宽小于第一预设阈值时，将所述最优路径当前的负载比例下调预设比例以得到第一比例；当所述最优路径的可用带宽大于第二预设阈值时，将所述最优路径当前的负载比例上调所述预设比例以得到所述第一比例，所述第二预设阈值大于所述第一预设阈值；所述预设的不拥塞状态包括：在预设的X次调整所述最优路径的负载比例的过程中，上调所述预设比例的次数不小于下调所述预设比例的次数，X大于0。
8.根据权利要求6或7所述的控制器，其特征在于，所述控制器包括输入组件；获取第一交换机到第二交换机的最优路径的可用带宽，具体为：
通过所述输入组件接收所述第一交换机发送的所述第一交换机的所有直连链路的带宽信息；
根据所述N*M个交换机分别发送的带宽信息以及预先获取的网络拓扑获取所述第一交换机到所述第二交换机的所述最优路径的可用带宽。
9.根据权利要求8所述的控制器，其特征在于，一条直连链路的带宽信息包含通过所述直连链路传输的报文的数量；所述通过所述输入组件接收所述第一交换机发送的所述第一交换机的所有直连链路的带宽信息，具体为：
通过所述输入组件接收所述第一交换机发送的所述第一交换机在第一时刻通过每条直连链路已传输报文的数量；以及，通过所述输入组件接收所述第一交换机发送的所述每个交换机在第二时刻通过每条直连链路已传输报文的数量；
所述根据所述N*M个交换机分别发送的带宽信息以及预先获取的网络拓扑获取所述第一交换机到所述第二交换机的所述最优路径的可用带宽，具体为：
根据所述N*M个交换机在所述第一时刻和所述第二时刻分别发送的每条直连链路上已传输的报文的数量，计算所述最优路径的报文传输速率；
根据预设的所述最优路径的总带宽和所述最优路径上的所述报文传输速率计算所述最优路径的可用带宽。
10.根据权利要求6～9任一项所述的控制器，其特征在于，所述至少一条次优路径为K条次优路径，K≧2；所述通过所述输出组件向所述第一交换机发送对应的负载分担表之前，所述处理器还用于调用所述存储器中的程序代码，以执行如下操作：
获取所述K条次优路径中每条次优路径的可用带宽；
根据每条次优路径的可用带宽为所述K次优路径分配负载比例，所述K条次优路径中可用带宽越大的次优路径的负载比例越大，所述K条次优路径的负载比例之和等于所述第二比例；所述负载分担表包含所述K条次优路径中每条次优路径的负载比例。
11.一种负载均衡方法，其特征在于，包括：
控制器获取第一交换机到第二交换机的最优路径的可用带宽，所述第一交换机为交换网络中的任意一个交换机，所述第二交换机为所述交换网络中除所述第一交换机外的任意一个交换机；所述交换网络包括控制器和N个交换机组，每个交换机组包括M个交换机，所述控制器与所述交换网络的N*M个交换机中的每个交换机相连；每个交换机组的第i个交换机属于第i类的交换机；所述第一交换机跟与所述第一交换机属于同一交换机组的交换机直接相连，并且所述第一交换机跟其他交换机组中与所述第一交换机属于同一类的交换机直接相连；所述第一交换机与所述第二交换机之间存在一条最优路径和至少一条次优路径；所述最优路径为所述第一交换机到所述第二交换机经过链路数量最少的路径，每条次优路径为所述第一交换机到所述第二交换机经过的链路数量大于等于所述最优路径的链路数量的路径；其中，N≧2；
所述控制器根据所述最优路径的可用带宽大小确定所述最优路径的负载比例和所述至少一条次优路径的总负载比例，所述最优路径的负载比例为第一比例，所述至少一条次优路径的总负载比例为第二比例，当所述最优路径上的可用带宽满足预设的不拥塞状态时所述第一比例大于所述第二比例；
所述控制器向所述第一交换机发送对应的负载分担表，所述负载分担表包含所述第一交换机与每个所述第二交换机之间的最优路径的第一比例和所述交换机与每个所述第二交换机之间的至少一条次优路径的第二比例，所述负载分担表用于指示所述第一交换机通过所述最优路径发送的报文的数量占待发送的报文的数量的比例为所述第一比例，并指示所述第一交换机通过所述至少一条次优路径发送的报文的数量占所述待发送的报文的数量的比例为所述第二比例。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，当根据所述最优路径的可用带宽大小确定所述最优路径的负载比例和所述至少一条次优路径的总负载比例时，所述方法还包括：
在每次获取到所述最优路径的可用带宽后，比较所述最优路径的可用带宽与第一预设阈值和第二预设阈值的关系；当所述最优路径的可用带宽小于第一预设阈值时，将所述最优路径当前的负载比例下调预设比例以得到第一比例；当所述最优路径的可用带宽大于第二预设阈值时，将所述最优路径当前的负载比例上调所述预设比例以得到所述第一比例，所述第二预设阈值大于所述第一预设阈值；所述预设的不拥塞状态包括：在预设的X次调整所述最优路径的负载比例的过程中，上调所述预设比例的次数不小于下调所述预设比例的次数，X大于0。
13.根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于，所述控制器获取第一交换机到第二交换机的最优路径的可用带宽，包括：
接收所述第一交换机发送的所述第一交换机的所有直连链路的带宽信息，
根据所述N*M个交换机分别发送的带宽信息以及预先获取的网络拓扑获取所述第一交换机到所述第二交换机的所述最优路径的可用带宽。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，一条直连链路的带宽信息包含通过所述直连链路传输的报文的数量；所述接收所述第一交换机发送的所述第一交换机的所有直连链路的带宽信息，包括：
接收所述第一交换机发送的所述第一交换机在第一时刻通过每条直连链路已传输报文的数量；以及，接收所述第一交换机发送的所述每个交换机在第二时刻通过每条直连链路已传输报文的数量；
所述根据所述N*M个交换机分别发送的带宽信息以及预先获取的网络拓扑获取所述第一交换机到所述第二交换机的所述最优路径的可用带宽，包括：
根据所述N*M个交换机在所述第一时刻和所述第二时刻分别发送的每条直连链路上已传输的报文的数量，计算所述最优路径的报文传输速率；
根据预设的所述最优路径的总带宽和所述最优路径上的所述报文传输速率计算所述最优路径的可用带宽。
15.根据权利要求11～14任一项所述的方法，其特征在于，所述至少一条次优路径为K条次优路径，K≧2；所述控制器向所述第一交换机发送对应的负载分担表之前，所述方法还包括：
所述控制器获取所述K条次优路径中每条次优路径的可用带宽；
所述控制器根据每条次优路径的可用带宽为所述K次优路径分配负载比例，所述K条次优路径中可用带宽越大的次优路径的负载比例越大，所述K条次优路径的负载比例之和等于所述第二比例；所述负载分担表包含所述K条次优路径中每条次优路径的负载比例。
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