CN107995118B - 一种保证一般一致性的软件定义数据中心网络更新方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种保证一般一致性的软件定义数据中心网络更新方法，包括以下步骤：A、在给定网络中，将网络图划分为若干相互独立的网络图；B、将每个独立的网络图分别划分为单流网络图和多流依赖图；C、对单流网络图和多流依赖图分别调用相应的更新方法完成更新。依次对复杂网络分段、分段分类处理、分段更新，解决现有方案在软件定义数据中心网络更新中不能保证一般一致性的问题，实现了在保证连通性及性能和策略的一致性的前提下，高效的完成软件定义数据中心网络的更新。

Description

一种保证一般一致性的软件定义数据中心网络更新方法

技术领域

本发明涉及计算机网络技术领域，具体涉及一种保证一般一致性的软件定义数据中心网络更新方法。

背景技术

近些年，出现了软件定义网络和网络功能虚拟化等技术，为下一代计算机网络改善资源利用率和通信效率。软件定义网络使用标准化的可编程接口将数据平面与逻辑集中式控制平面分开，促进了维护大型数据中心网络的运营方面的简化，并降低了这些网络的整体成本。然而，控制平面与数据平面的解耦为频繁的网络更新带来了新的挑战。事实上，网络状态更改源自软件定义数据中心网络中的流量更改。网络一致性要求数据流无缝地改变而没有循环和黑洞，这在多个更新之间产生一定的依赖关系。考虑到数据安全性，策略的一致性要求在更新期间必须通过一些节点流，例如防火墙流。而且，在数据中心网络中通信通常对敏感的性能要求较高，一致性更强即性能一致性，因为当流量被迁移到新的链接上，而新链接上旧的流量还未被迁出时，该链接上流量或表条目不应超过更新期间的容量。我们可以看到，策略和性能一致性要求将会对未决更新产生依赖关系，以实现一致的更新。而现有的方法都不能满足上述所有的一致性。

发明内容

本发明为了解决上述技术问题提供一种保证一般一致性的软件定义数据中心网络更新方法。

本发明通过下述技术方案实现：

一种保证一般一致性的软件定义数据中心网络更新方法，包括以下步骤：

A、在给定网络中，将网络图划分为若干相互独立的网络图；

B、将每个独立的网络图分别划分为单流网络图和多流依赖图；

C、针对单流网络图采取从上游至下游的更新顺序完成更新，针对多流依赖图，先分段并对不同段采取相同的更新策略。

单流网络图指的是仅由一条网络流构成的简单网络图。多流依赖网络图指的是有多条网络流构成的复杂网络图，并且这些网络流之间存在节点共享和带宽竞争的关系。因此多流依赖网络图更新时，存在相互依赖的关系，某些网络流路径的更新必须依赖于另外一些网络流的更新。对于单流网络图，首先黑洞自由是下游依赖，而环路自由是上游或下游依赖的，因此连通一致性是一个下游依赖属性，选择从下游到上游的更新顺序可以保证其连通一致性。对于复杂的网络图，由于进行了分段处理，因此段与段之间相互独立，不同段所采取的策略都是一致的，因此能实现整个网络图更新过程中的策略和性能的一致性。

步骤A具体为：

A1、找出网络图中的所有关键节点，所述关键节点为控制路由路径切换的节点；网络图中流量的迁移是通过修改路由器中流条目来实现的，因此定义控制路由路径切换的节点为关键节点；

A2、根据关键节点对网络图进行分段，每段的开始和结束均为关键节点；

A3、将非关键节点和环上所有的节点加入到旧路径和新路径形成的一个环中，直到遇到了一个关键节点不属于这个环，然后对于每段路径中的节点区分为环内节点和环外节点；

A4、对于环内节点，如果它位于环的开始位置，则将该环所属的段与在它之前的段连接为一个段；如果该节点为环的出口节点则不需要任何修改；如果该节点不在上述两个位置即该节点不在开始位置和出口节点，则可以通过插入规则和更新顺序的调整来保证一致性。

原来的网络图是一张有向无环图，但加入更新路径后，新旧路径就可能构成环路了，比如新路径已经更新，但旧路径还未撤销就形成环路了，我们的要求更新过程中不应该形成环路，因此需要对有可能形成环路的路径中的节点进行处理。

对单流网络图完成更新的方法为：从下游到上游的更新顺序并对更新顺序进行调整并对某些节点插入新的更新规则。具体的，从网络流新路径的末端节点依次往上游搜索，如果新链接建立不会形成环路，则立即更新该链接，然后看终止旧链接是否会导致网络流中断，如果不会则终止旧路径，如果会则暂时保持旧链接，以保证网络流的连通性。如果遇到更新后会形成环路的路径，则跳过该链接，搜它的上一跳，如果上一跳可以更新则立即更新并删除旧路径，然后看本链接之后的链接是否可以更新，如果可以则更新，不能则继续往上游搜素，最终得到整个网络流的更新序列。

整体的更新顺序为从下游往上游，但是由于更新过程中，如果先更新某些节点会造成网络流中断，失去连通性，又或者是先更新某些节点而形成环路，那么就应该对这些节点的更新顺序进行调整，也就是要先跳过这些节点更新它的下一跳，那么有些节点的更新顺序并不是严格的从下游到上游，但最后得到的更新序列是满足连通性并且不会因为形成环路造成性能缺失.

对多流依赖图完成更新的方法为：

C2-1、构造网路的依赖关系图；

C2-2、选择可立即更新的流进行更新，更新完成后释放其所占资源，检查该流的下一跳是否可更新，若可则更新，若不可则暂停更新直到资源可用；

C2-3、重复步骤C2-2直至所有流更新完成。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明依次对复杂网络分段、分段分类处理、分段更新，解决现有方案在软件定义数据中心网络更新中不能保证一般一致性的问题，实现了在保证连通性及性能和策略的一致性的前提下，高效的完成软件定义数据中心网络的更新。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

一种保证一般一致性的软件定义数据中心网络更新方法，包括以下步骤：

A、在给定网络中，将网络图划分为若干相互独立的网络图以降低网络图的复杂度，提高调度并发度和调度速度，保证连通性及性能和策略的一致性；

B、将每个独立的网络图分别划分为单流网络图和多流依赖图；

C、针对单流网络图采取从上游至下游的更新顺序完成更新，针对多流依赖图，先分段并对不同段采取相同的更新策略。

实施例2

基于上述实施例对复杂网络分段、分段分类处理、分段更新的原理，本实施例对其实现方式进行详细阐述。

A、将给定的复杂网络划分为若干相互独立的部分。

具体的：

A1、找出网络图中的所有关键节点，所述关键节点为控制路由路径切换的节点即新旧路径上使用不同输入输出规则的节点。

A2、根据关键节点对复杂的网络图进行分段，每段的开始和结束均为关键节点。

对于分段进行同时更新过程中导致的不能保证一致性问题，提出调整方案以保证一致性。那对于分段同时更新导致的一致性缺失提出修正方案来保证更新的一致性，具体方法为：

A3、将非关键节点和环上所有的节点加入到旧路径和新路径形成的一个环中，直到遇到了一个关键节点不属于这个环，然后对于每段路径中的节点区分为环内节点和环外节点；环外节点对于分段的更新规则不会造成影响，所以只考虑环内节点；

A4、对于环内节点，如果它位于环的开始位置，则将该环所属的段与在它之前的段连接为一个段；如果该节点为环的出口节点则不需要任何修改；如果该节点不在上述两个位置则可以通过插入规则和更新顺序的调整来保证一致性。

B、对步骤A中得到的分段进行分类，分别划分为单流网络图和多流依赖图；

C、对单流网络图和多流依赖图分别调用相应的更新方法完成更新。

对于单流网络图，首先黑洞自由是下游依赖，而环路自由是上游或下游依赖的，因此连通一致性是一个下游依赖属性，选择从下游到上游的更新顺序可以保证其连通一致性，但是结合策略一致性，我们还要对更新顺序进行调整并对某些节点插入新的更新规则以保证策略的一致性。对单流网络图完成更新的方法具体为：从网络流新路径的末端节点依次往上游搜索，如果新链接建立不会形成环路，则立即更新该链接，检测终止旧链接是否会导致网络流中断，若不会则终止旧路径，若会则暂时保持旧链接；如果新链接建立会形成环路的路径，则跳过该链接，搜它的上一跳，若上一跳可以更新则立即更新并删除旧路径，再看本链接之后的链接是否可以更新，若可以则更新，不能则继续往上游搜素，最终得到整个网络流的更新序列。

对于多流依赖网络图，由于一些链路中新旧链路带宽之和可能超过总的带宽容量，我们讲这些链接称为潜在拥塞链接。首先考虑到新流路径的更新依赖于旧流路径的更新，采用以下方法：

C2-1、构造网路的依赖关系图；

C2-2、选择可立即更新的流进行更新，更新完成后释放其所占资源，检查该流的下一跳是否可更新，若可则更新，若不可则暂停更新直到资源可用；此处，可立即更新的流为与其他网络流不存在依赖关系的流，一般为不存在资源竞争比如带宽竞争的流；

C2-3、重复步骤C2-2直至所有流更新完成，则我们得到解决依赖关系图的更新序列，并保证了性能的一致性，否则更新失败。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种保证一般一致性的软件定义数据中心网络更新方法，其特征在于，包括以下步骤：

A、在给定网络中，将网络图划分为若干相互独立的网络图；B、将每个独立的网络图分别划分为单流网络图和多流依赖图；C、针对单流网络图采取从下游至上游的更新顺序完成更新，针对多流依赖图，先分段并对不同段采取相同的更新策略；

对单流网络图完成更新的方法为：从下游到上游的更新顺序并对更新顺序进行调整并对某些节点插入新的更新规则；

对单流网络图完成更新的方法具体为：从网络流新路径的末端节点依次往上游搜索，如果新链接建立不会形成环路，则立即更新该链接，检测终止旧链接是否会导致网络流中断，若不会则终止旧路径，若会则暂时保持旧链接；如果新链接建立会形成环路的路径，则跳过该链接，搜它的上一跳，若上一跳可以更新则立即更新并删除旧路径，再看本链接之后的链接是否可以更新，若可以则更新，不能则继续往上游搜索，最终得到整个网络流的更新序列。

2.根据权利要求1所述的一种保证一般一致性的软件定义数据中心网络更新方法，其特征在于，步骤A具体为：A1、找出网络图中的所有关键节点，所述关键节点为控制路由路径切换的节点；A2、根据关键节点对网络图进行分段，每段的开始和结束均为关键节点；A3、将非关键节点和环上所有的节点加入到旧路径和新路径形成的一个环中，直到遇到了一个关键节点不属于这个环，然后对于每段路径中的节点区分为环内节点和环外节点；A4、对于环内节点，如果它位于环的开始位置，则将该环所属的段与在它之前的段连接为一个段；如果该节点为环的出口节点则不需要任何修改；如果该节点不在环的开始位置且该节点不是环的出口节点则可以通过插入规则和更新顺序的调整来保证一致性。

3.根据权利要求1所述的一种保证一般一致性的软件定义数据中心网络更新方法，其特征在于，对多流依赖图完成更新的方法为：

C2-1、构造网路的依赖关系图；

C2-2、选择可立即更新的流进行更新，更新完成后释放其所占资源，检查该流的下一跳是否可更新，若可则更新，若不可则暂停更新直到资源可用；

C2-3、重复步骤C2-2直至所有流更新完成。