CN108667677A - 一种监测控制器性能的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种监测控制器性能的方法和装置，该方法包括：检测控制器向交换机下发数据包的下发时延是否处于预设时延范围内；在下发时延不处于预设时延范围内的情况下，确定控制器的性能处于异常状态。本发明检测控制器向交换机下发数据包的下发时延，通过该下发时延和预设时延范围进行比较，如果该下发时延处于预设时延范围内，则说明控制器性能没有问题，如果下发时延不处于预设时延范围内，则说明控制器的性能处于异常状态。该方法通过数据包的下发时延来监测控制器的性能，有效的监控了控制器的性能，可以根据性能情况来合理利用系统资源，解决了现有技术的如下问题：无法对网络中控制器的性能进行监测，导致系统资源利用率较差。

Description

一种监测控制器性能的方法和装置

技术领域

本发明涉及通讯领域，特别是涉及一种监测控制器性能的方法和装置。

背景技术

现有的分布式网络操作系统日益壮大，分布式集群控制器也越来越多，但是随着集群规模的增加，其性能瓶颈日益呈现。

现有的网络性能监测技术都是针对转发设备，即根据交换机的负载状态来进行自适应的负载均衡。对于控制器北向的性能监测处于空白状态，因此，无法对网络中控制器的性能进行监测，导致系统资源利用率较差；也无法根据性能的变化对系统的资源使用情况进行调整，系统性能较低。

发明内容

本发明提供一种监测控制器性能的方法和装置，用以解决现有技术的如下问题：无法对网络中控制器的性能进行监测，导致系统资源利用率较差。

为解决上述技术问题，一方面，本发明提供一种监测控制器性能的方法，包括：检测控制器向交换机下发数据包的下发时延是否处于预设时延范围内；在所述下发时延不处于所述预设时延范围内的情况下，确定所述控制器的性能处于异常状态。

可选的，检测控制器向交换机下发数据包的下发时延是否处于预设时延范围内之前，还包括：根据来自所述交换机的业务请求向所述交换机发送一个数据包；或者，向所述交换机推送预定数量的数据包。

可选的，向所述交换机推送预定数量的数据包，包括：根据用户的触发信号确定数据包的发送时间和所述预定数量，根据所述发送时间和上述预定数量向所述交换机推送数据包；或者，按照预定时间间隔向所述交换机推送所述预定数量的数据包。

可选的，在所述业务请求为Packet-in消息的情况下，向所述交换机发送或推送数据包之后，还包括：根据所述Packet-in消息和Packet-out消息计算出流表的下发时延，并根据show latency命令查看所述流表的下发时延。

可选的，确定所述控制器的性能处于异常状态之后，还包括：在所述下发时延大于所述预设时延范围上限值的情况下，确定在所述控制器对应的节点上增加其他控制器，以对所述控制器进行负载均衡；在所述下发时延小于所述预设时延范围下限值的情况下，标记所述控制器为空闲状态。

另一方面，本发明还提供一种监测控制器性能的装置，包括：检测模块，用于检测控制器向交换机下发数据包的下发时延是否处于预设时延范围内；确定模块，用于在所述下发时延不处于所述预设时延范围内的情况下，确定所述控制器的性能处于异常状态。

可选的，还包括：发送模块，用于根据来自所述交换机的业务请求向所述交换机下发一个数据包；或者，向所述交换机推送预定数量的数据包。

可选的，所述发送模块，具体用于根据用户的触发信号确定数据包的发送时间和所述预定数量，根据所述发送时间和上述预定数量向所述交换机推送数据包；或者，按照预定时间间隔向所述交换机推送所述预定数量的数据包。

可选的，还包括：计算模块，用于在所述业务请求为Packet-in消息的情况下，根据所述Packet-in消息和Packet-out消息计算出流表的下发时延，并根据show latency命令查看所述流表的下发时延。

可选的，所述确定模块，还用于在所述下发时延大于所述预设时延范围上限值的情况下，确定在所述控制器对应的节点上增加其他控制器，以对所述控制器进行负载均衡；在所述下发时延小于所述预设时延范围下限值的情况下，标记所述控制器为空闲状态。

本发明检测控制器向交换机下发数据包的下发时延，通过该下发时延和预设时延范围进行比较，如果该下发时延处于预设时延范围内，则说明控制器性能没有问题，如果下发时延不处于预设时延范围内，则说明控制器的性能处于异常状态。该方法通过数据包的下发时延来监测控制器的性能，有效的监控了控制器的性能，可以根据性能情况来合理利用系统资源，解决了现有技术的如下问题：无法对网络中控制器的性能进行监测，导致系统资源利用率较差。

附图说明

图1是本发明第一实施例中监测控制器性能的方法的流程图；

图2是本发明第二实施例中监测控制器性能的装置的结构示意图；

图3是本发明第二实施例中监测控制器性能的装置的优选结构示意图；

图4是本发明第四实施例中能监测应用的总体架构设计图；

图5是本发明第四实施例中确定时延数据的过程图。

具体实施方式

为了解决现有技术的如下问题：无法对控制器的性能进行监测，导致系统资源利用率较差，本发明提供了一种监测控制器性能的方法和装置，以下结合附图以及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不限定本发明。

本发明第一实施例提供了一种监测控制器性能的方法，该方法的流程如图1所示，包括步骤S102至S104：

S102，检测控制器向交换机下发数据包的下发时延是否处于预设时延范围内；

S104，在下发时延不处于预设时延范围内的情况下，确定控制器的性能处于异常状态。

本发明实施例检测控制器向交换机下发数据包的下发时延，通过该下发时延和预设时延范围进行比较，如果该下发时延处于预设时延范围内，则说明控制器性能没有问题，如果下发时延不处于预设时延范围内，则说明控制器的性能处于异常状态。该方法通过数据包的下发时延来监测控制器的性能，有效的监控了控制器的性能，可以根据性能情况来合理利用系统资源，解决了现有技术的如下问题：无法对网络中控制器的性能进行监测，导致系统资源利用率较差。

实现的过程中，在检测控制器向交换机下发数据包的下发时延是否处于预设时延范围内之前，还需要控制器向交换机发送数据包。一种情况是被动情况，即交换机针对某一业务向控制器发送业务请求，控制器根据来自交换机的业务请求向交换机发送一个数据包；还有一种则是主动情况，即控制器主动向交换机推送预定数量的数据包。

在被动情况下，通常控制器向交换机发送的是一个数据包，因此，在统计下发时延时，只统计该一个数据包的下发时延即可；在主动情况下，控制器向交换机发送的的是多个数据包，该多个数据包是连续发送的，因此，统计的是该多个数据包发送的下发时延。

对于上述的预设时延范围，其可以是通过多次实验得到的一个较为准确的时延范围，在该范围内，控制器的性能是处于一个较好的状态。

当处于被动发送数据包的情况下，在控制器向交换机推送预定数量的数据包时，可以是接收到用户的发送指令时才开始一次性的推送数据包，即根据用户的触发信号确定数据包的发送时间和预定数量，根据发送时间和预定数量向交换机推送数据包；当然，也可以是自动的、按照预定时间间隔的发送数据包，即按照预定时间间隔向交换机推送预定数量的数据包。

具体实现时，当业务请求为Packet-in消息的情况下，则向交换机发送或推送数据包之后，还包括：根据Packet-in消息和Packet-out消息计算出流表的下发时延，并根据show latency命令查看流表的下发时延。当不存在业务请求时，直接根据端到端intent包来计算下发时延即可。

对于控制器而言，如果其性能处于异常状态，则可能包括两种状态，一种是超高负荷，一种是超低负荷。对于超高负荷，也就是下发时延大于预设时延范围上限值，此时，需要确定在控制器对应的节点上增加其他控制器，以对控制器进行负载均衡；对于超低负荷，也就是下发时延小于预设时延范围下限值，此时，需要标记控制器为空闲状态，以便将该控制器设置为可以为后续其他超高负荷控制器进行负载均衡的控制器。

本发明第二实施例提供了一种监测控制器性能的装置，该装置的结构示意如图2所示，包括：

检测模块10，用于检测控制器向交换机下发数据包的下发时延是否处于预设时延范围内；确定模块11，与检测模块10耦合，用于在下发时延不处于预设时延范围内的情况下，确定控制器的性能处于异常状态。

本发明实施例检测控制器向交换机下发数据包的下发时延，通过该下发时延和预设时延范围进行比较，如果该下发时延处于预设时延范围内，则说明控制器性能没有问题，如果下发时延不处于预设时延范围内，则说明控制器的性能处于异常状态。该方法通过数据包的下发时延来监测控制器的性能，有效的监控了控制器的性能，可以根据性能情况来合理利用系统资源，解决了现有技术的如下问题：无法对控制器的性能进行监测，导致系统资源利用率较差。

实现的过程中，检测模块10工作之前，还需要控制器向交换机发送数据包，因此，上述装置还可以如图3所示，包括：发送模块12，与检测模块10耦合，用于根据来自交换机的业务请求向交换机下发一个数据包；或者，向交换机推送预定数量的数据包。

对于发送模块12，具体用于根据用户的触发信号确定数据包的发送时间和预定数量，根据发送时间和上述预定数量向交换机推送数据包；或者，按照预定时间间隔向交换机推送预定数量的数据包。

上述装置还可以包括计算模块，用于在业务请求为Packet-in消息的情况下，根据Packet-in消息和Packet-out消息计算出流表的下发时延，并根据show latency命令查看流表的下发时延。

对于上述的预设时延范围，其可以是通过多次实验得到的一个较为准确的时延范围，在该范围内，控制器的性能是处于一个较好的状态。

对于控制器而言，如果其性能处于异常状态，则可能包括两种状态，一种是超高负荷，一种是超低负荷。因此，确定模块还针对超高负荷和超低负荷两种状态来对系统的性能进行调整，在下发时延大于预设时延范围上限值的情况下，说明控制器处于超高负荷状态，此时，需要确定在控制器对应的节点上增加其他控制器，以对控制器进行负载均衡；在下发时延小于预设时延范围下限值的情况下，说明控制器处于超低负荷状态，此时，需要标记控制器为空闲状态，以便将该控制器设置为可以为后续其他超高负荷控制器进行负载均衡的控制器。

现有的网络性能检测技术主要面向传统网络架构，主要包括以下几个方面：如何根据网络设备所获取的各个转发节点的负载状态来进行自适应地负载均衡；如何给不同网络监控元素分配不同的网络监测管理节点以通过集中监视实现分级管理；如何用多个组件构建网络监控器并转换检测消息并发送给虚拟机等。然而控制器性能的检测处于空白，由于无法对控制器的性能进行监测，导致系统资源利用率较差。本发明第三实施例提供了一种监测控制器性能的方法，该方法突破现有技术的缺失，通过SDN架构的集中管控来实现北向的性能检测，旨在能实时监测网络控制器性能。

本实施例的监测控制器性能的方法基于一个应用软件实现，该应用软件是基于现有ONOS控制器的北向建立一个监测性能的应用软件，旨在让用户实时地监测性能数据，从而做出正确的网络部署。

该应用软件依赖于现有的Device subsystem，具体内容如下：

(1)在Device子系统的provider层设立一个数据搜集类，用于记录下特定的openflow消息：Packet-in、Packet-out和Flow-mod消息。通过相应接口向核心层返回搜集到的Openflow消息，根据记录的Packet-in和Packet-out消息的时间戳可以计算出流表下发的时延，通过show latency命令可以查看时延数据。

(2)应用软件中调用Device子系统CLI模块的Push-test-intents，采用“pushintents”命令可以自定义参数，即不同吞吐量的intent包。同样，该应用软件也是通过核心层的接口可以调用Provider层记录的相应的openflow消息，通过捕获Flow-mod消息的时间戳可以获取不同吞吐量的时延数据。输入“push intents”命令可以打印出时延结果。

上述方法监测的数据主要包括以下两个方面：

一种是监测控制器下发Packet-out消息的下发时延。首先记录下交换机向控制器发送Packet-in消息的时间t1，控制器收到这个Packet-in消息后会下发Packet-out消息，记录下控制器下发Packet-out消息的时间t2，根据t1和t2可以计算出下发时延。

另一种是监测intent的下发时延数据。intent生成器(设置在控制器内部的)可以生成点到点的intent，通过CLI模块(Device子系统中的)的Push-test-intents命令可以在指定设备的出口和入口下发大量的PointToPointIntent。每秒用Push-test-intents分别推送2000、4000、6000个端到端intent包，记录下对应的时延数据。

该性能监测应用软件分为主动监测模式和被动监测模式：

主动监测模式：管理员可以自行输入不同吞吐量的intent包，如：1000、2000、4000。被动监测模式：该应用每隔30秒会对系统进行一次监测，并返回一次监测结果，如：流表下发的时延。

(3)ONOS控制实例负载情况呈现。应用层根据搜集到的控制器性能数据将其呈现给网络管理员。如果负载数据超出预设的阈值，则向管理员提出报警。

上述性能监测应用软件应用位于ONOS的最顶层，可以搜集性能数据，并且以APP的形式直观地显示相应的性能数据：时延和吞吐量。用户可以通过按钮“show latency”查看流表下发的时延，在吞吐量输入框中可以输入具体的包的数量来查看相应时延。

本发明基于ONOS控制器的北向性能监测应用软件，该应用软件从主动监测和被动监测两个模式实现全面的性能监测。主动监测可以使管理员自行输入不同数量的intent包，被动模式可以每隔30秒自动监测系统并返回流表下发时延数据；管理员能及时掌握网络性能，进而能制定出更加规范的网络部署方案。

本发明第四实施例提供了一种监测控制器性能的方法，本发明依托于ONOS中的device subsystem，设备子系统主要用于管理基础设备的信息。本发明在该子系统上完成了性能检测的应用，整体设计架构如图4所示。下面对该子系统中改进的各个模块进行说明。

(1)Provider模块。

(1.1)在设备系统中定义一个类用于记录下Openflow消息，记录的openflow消息类型主要有：Packet-in、Packet-out、FlowMod。分别用不同函数接收和发送Openflow消息。

(1.2)设备子系统通过相应接口向Manager模块注册服务，在ONOS的设备子系统中是支持多个provider的，本发明主要利用到其中一个provider。首先需要在该provider中定义一个函数返回(1.1)小节中记录的Openflow消息。

(2)Manager模块。

Manager模块一方面为上层应用提供服务接口，另一方面向下为provider模块提供接口用于搜集底层网络数据。为了能使应用层的性能检测应用能够和Manager进行交互，本发明在设备服务接口中定义一个获取性能数据的函数，同时在Manager模块中更新一致性视图来共享provider层搜集到的性能数据，该步主要是为实现多个ONOS实例的一致性。

(3)应用模块。

(3.1)主动模式：管理员可以输入不同吞吐量的intent包或者查看流表下发时延按钮show latency来实时监测网络性能。

(3.1.1)show latency：本发明在应用层建立了性能检测类，该应用通过设备服务接口和Manager模块进行交互，(2)中通过设备服务接口定义了获取性能数据的函数，通过该接口应用层可以获取底层的性能数据。这些性能数据包含了openflow消息，因此可以根据其中的Packet-in和Packet-out消息计算出流表的下发时延。采取应用中的showlatency命令即可查看流表的下发时延。

(3.1.2)push intents命令：在PerformanceMonitor类中调用CLI模块的Push-test-intents，采用“push intents”命令可以自定义参数，如：2000、4000等不同吞吐量的intent包。在(1.1)中记录下了openflow消息，根据这里记录的flow-mod消息可以根据捕获时间戳来得出时延数据。该应用中的print函数专门用于打印输出的时延数据。

(3.2)被动模式：APP每隔30秒监测一次系统性能，返回相应流表的下发时延数据。

(3.3)控制实例负载情况呈现。

将上述过程中搜集到的控制器性能数据显示给网络管理员，当性能数据超过管理员预设阀值时，向管理员发出报警信号。

下面，结合附图对上述确定时延数据的过程进行详细描述，其流程如图5所示，包括：

S1，openflow交换机向控制器发送消息。

S2，判断是否为Packet-in消息。如果是，则执行S3，否则执行S7。

S3，Performance Data中的Incoming Message函数记录下Packet-in消息的时间戳。

S4，Outgoing Message函数记录控制器下发Packet-out的时间戳。

S5，Performance Monitor通过Device Service接口获取到底层的时间戳数据。

S6，Print函数打印时延。

S7，结束流程。

本发明实施例克服现有技术的不足，提出一种基于ONOS控制器的性能监测应用。该性能监测应用位于ONOS的北向应用层，向网络管理人员提供主动监测模式和被动监测模式，实现对整个SDN网络的实时监测。该应用监测包含两大方面性能：业务时延和吞吐量，根据观测的性能数据可以向网络管理员显示各控制器实例的工作负载情况，利于后续优化操作的展开。

本发明的有益效果是：提出了一种应用级别的性能监测，管理者可以从主动模式和被动模式实时监测整个SDN网络的性能。根据观察到的ONOS控制器具体业务的时延和吞吐量情况，管理员能及时掌握网络性能，进而能制定出更加规范的网络部署方案。

尽管为示例目的，已经公开了本发明的优选实施例，本领域的技术人员将意识到各种改进、增加和取代也是可能的，因此，本发明的范围应当不限于上述实施例。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到根据上述实施例的方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

Claims (10)

1.一种监测控制器性能的方法，其特征在于，包括：

检测控制器向交换机下发数据包的下发时延是否处于预设时延范围内；

在所述下发时延不处于所述预设时延范围内的情况下，确定所述控制器的性能处于异常状态。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，检测控制器向交换机下发数据包的下发时延是否处于预设时延范围内之前，还包括：

根据来自所述交换机的业务请求向所述交换机发送一个数据包；或者，

向所述交换机推送预定数量的数据包。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，向所述交换机推送预定数量的数据包，包括：

根据用户的触发信号确定数据包的发送时间和所述预定数量，根据所述发送时间和上述预定数量向所述交换机推送数据包；或者，

按照预定时间间隔向所述交换机推送所述预定数量的数据包。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述业务请求为Packet-in消息的情况下，向所述交换机发送或推送数据包之后，还包括：

根据所述Packet-in消息和Packet-out消息计算出流表的下发时延，并根据showlatency命令查看所述流表的下发时延。

5.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，确定所述控制器的性能处于异常状态之后，还包括：

在所述下发时延大于所述预设时延范围上限值的情况下，确定在所述控制器对应的节点上增加其他控制器，以对所述控制器进行负载均衡；

在所述下发时延小于所述预设时延范围下限值的情况下，标记所述控制器为空闲状态。

6.一种监测控制器性能的装置，其特征在于，包括：

检测模块，用于检测控制器向交换机下发数据包的下发时延是否处于预设时延范围内；

确定模块，用于在所述下发时延不处于所述预设时延范围内的情况下，确定所述控制器的性能处于异常状态。

7.如权利要求6述的装置，其特征在于，还包括：

发送模块，用于根据来自所述交换机的业务请求向所述交换机下发一个数据包；或者，向所述交换机推送预定数量的数据包。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，

所述发送模块，具体用于根据用户的触发信号确定数据包的发送时间和所述预定数量，根据所述发送时间和上述预定数量向所述交换机推送数据包；或者，按照预定时间间隔向所述交换机推送所述预定数量的数据包。

9.如权利要求7所述的装置，其特征在于，还包括：

计算模块，用于在所述业务请求为Packet-in消息的情况下，根据所述Packet-in消息和Packet-out消息计算出流表的下发时延，并根据show latency命令查看所述流表的下发时延。

10.如权利要求6至9中任一项所述的装置，其特征在于，

所述确定模块，还用于在所述下发时延大于所述预设时延范围上限值的情况下，确定在所述控制器对应的节点上增加其他控制器，以对所述控制器进行负载均衡；在所述下发时延小于所述预设时延范围下限值的情况下，标记所述控制器为空闲状态。