CN109286582A

CN109286582A - 一种在虚拟化交换机中实现网络带宽优先级的方法及装置

Info

Publication number: CN109286582A
Application number: CN201710602685.0A
Authority: CN
Inventors: 尹作为; 刘建军
Original assignee: ZTE Corp
Current assignee: ZTE Corp
Priority date: 2017-07-21
Filing date: 2017-07-21
Publication date: 2019-01-29
Anticipated expiration: 2037-07-21
Also published as: CN109286582B

Abstract

本发明公开了一种在虚拟化交换机中实现网络带宽优先级的方法及装置，涉及虚拟化交换机技术。本方法公开的方法，包括：虚拟化交换机对外转发数据包的过程中，若判断所述虚拟化交换机处于拥塞态，则为所述虚拟化交换机中基于优先级带宽分配的各虚拟端口，分别按照各虚拟端口预设的带宽权重值占用所有虚拟端口的带宽权重值总和的比例分配物理端口的可用带宽，进行数据转发。

Description

一种在虚拟化交换机中实现网络带宽优先级的方法及装置

技术领域

本发明涉及虚拟化交换机技术，特别涉及一种在虚拟化交换机中实现网络带宽优先级的方法及装置。

背景技术

目前虚拟化交换机带宽优先级控制作用日益突出，虚拟机的虚拟网卡连接在虚拟化交换机上，如图1所示。其中，1-N都是用于连接虚拟化网卡的端口，P是对外进行数据转发的物理网卡。1-N端口参与对外发包时，都需要经过P端口进行转发。而参与发包的1-N端口都是平等的，外发数据包经过P出口时，转发几率都是相等的。

针对上述问题，相关技术中提出端口带宽优先级技术，其通过限速方法完成，即为各端口配置不同的限速带宽来体现优先级。但这类技术因规则固定而缺失灵活性，一旦限速值固定，则无法动态实时修改。

发明内容

本文提供一种在虚拟化交换机中实现网络带宽优先级的方法及装置，可以解决相关技术中无法为各虚拟端口灵活配置带宽以适应各种不同业务需求的问题。

本文公开了一种在虚拟化交换机中实现网络带宽优先级的方法，包括：

虚拟化交换机对外转发数据包的过程中，若判断所述虚拟化交换机处于拥塞态，则为所述虚拟化交换机中基于优先级带宽分配的各虚拟端口，分别按照各虚拟端口预设的带宽权重值占用所有虚拟端口的带宽权重值总和的比例分配物理端口的可用带宽，进行数据转发。

可选地，上述方法中，所述判断所述虚拟化交换机处于拥塞态，则为所述虚拟化交换机中基于优先级带宽分配的各虚拟端口，分别按照各虚拟端口的预设的带宽权重值占用所有虚拟端口的带宽权重值总和的比例分配物理端口的可用带宽包括：

判断所述虚拟化交换机处于拥塞态后，周期性动态设定各虚拟端口的带宽分配值，其中，最近一周期内实际使用带宽达到门限阈值的虚拟端口为基于优先级带宽分配的虚拟端口，根据该虚拟端口预设的带宽权重值占用所有虚拟端口的带宽权重值总和的比例分配物理端口的可用带宽，为最近一周期内实际使用带宽未达到门限阈值的虚拟端口分配固定带宽。

可选地，上述方法还包括：

在周期性动态设定各虚拟端口的带宽分配值之前，按照所述虚拟化交换机中各虚拟端口的实际业务的重要程度，或者各虚拟端口的实际业务的客户付费程度设定各虚拟端口的带宽权重值；

其中，设定各虚拟端口的带宽权重值的大小与所述虚拟化交换机各虚拟端口的实际业务的重要程度成正比，或者设定各虚拟端口的带宽权重值的大小与所述虚拟化交换机各虚拟端口的实际业务的客户付费多少成正比。

可选地，上述方法还包括：

若判断虚拟化交换机对外转发数据处于非拥塞态，则所述虚拟化交换机的各虚拟端口自由发包。

可选地，上述方法中，所述按照各虚拟端口的预设的带宽权重值占用所有虚拟端口的带宽权重值总和的比例分配物理端口的可用带宽，进行数据转发后，该方法还包括：

若存在任一或多个虚拟端口有剩余带宽，则将剩余带宽分配给未有剩余带宽的虚拟端口。

本文还公开了一种在虚拟化交换机中实现网络带宽优先级的装置，包括：

第一单元，在虚拟化交换机对外转发数据包的过程中，判断所述虚拟化交换机是否处于拥塞态；

第二单元，在判断所述虚拟化交换机处于拥塞态时，为所述虚拟化交换机中基于优先级带宽分配的各虚拟端口，分别按照各虚拟端口预设的带宽权重值占用所有虚拟端口的带宽权重值总和的比例分配物理端口的可用带宽，进行数据转发。

可选地，上述装置中，所述第二单元，在判断所述虚拟化交换机处于拥塞态时，为所述虚拟化交换机中基于优先级带宽分配的各虚拟端口，分别按照各虚拟端口预设的带宽权重值占用所有虚拟端口的带宽权重值总和的比例分配物理端口的可用带宽包括：

判断所述虚拟化交换机处于拥塞态时，周期性动态设定各虚拟端口的带宽分配值，其中，最近一周期内实际使用带宽达到门限阈值的虚拟端口为基于优先级带宽分配的虚拟端口，根据该虚拟端口预设的带宽权重值占用所有虚拟端口的带宽权重值总和的比例分配物理端口的可用带宽，为最近一周期内实际使用带宽未达到门限阈值的虚拟端口分配固定带宽。

可选地，上述装置还包括：

所述第三单元，在所述第二单元周期性动态设定各虚拟端口的带宽分配值之前，

按照所述虚拟化交换机中各虚拟端口的实际业务的重要程度，或者各虚拟端口的实际业务的客户付费程度设定各虚拟端口的带宽权重值；

可选地，上述装置中，所述第二单元，在判断所述虚拟化交换机处于非拥塞态时，设置所述虚拟化交换机的各虚拟端口自由发包。

可选地，上述装置中，所述第二单元，在判断所述虚拟化交换机处于拥塞态时，为所述虚拟化交换机中基于优先级带宽分配的各虚拟端口，分别按照各虚拟端口预设的带宽权重值占用所有虚拟端口的带宽权重值总和的比例分配物理端口的可用带宽后，若存在任一或多个虚拟端口有剩余带宽，则将剩余带宽分配给未有剩余带宽的虚拟端口。

本申请技术方案具备一定的市场实用经济价值。在实际业务中，可以根据虚拟机的网络业务重要等级程度，来分配不同的带宽优先级；也可根据客户付费多少或重要等级程度等指标，为客户业务虚拟机分配不同的带宽优先级。总而言之，本申请技术方案在实现交换机端口带宽优先级控制方面，达到了更加灵活、高效、自动适应的效果。具体地，本申请技术方案具有如下有益效果：

1)无需固定设置限速值，限速值会动态根据虚拟端口的带宽权重值占比率周期性实时调整；

2)非强制性设置策略，交换机非拥塞时可以自动切换为自由发包；

3)闲置带宽可被抢占，引入带宽抢占机制以解决带宽闲置问题。

附图说明

图1是现有虚拟化交换机端口与物理转发端口示意图；

图2是本发明实施例中实现网络带宽优先级的装置结构示意图；

图3是本发明实施例中标注带宽权重值的交换机端口示意图；

图4是本发明实施例中标注判断交换机转发拥塞的流程原理图；

图5是本发明实施例中标注网络数据包经过端口转发的示意图；

图6是本发明实施例中标注端口抢占剩余带宽的原理图；

图7是本发明实施例中标注优先级控制算法的总体流程图；

图7中，port_list是交换机上的端口链；C为端口上一周期消耗的带宽；S为端口上一周期剩余的带宽；B为交接机是否拥塞的标志；Q为所有端口剩余带宽总和；W为本周期端口分配的带宽；V为端口的带宽权重值；TV为所有端口的带宽权重值总和；T为交换机对外转发总带宽。。

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，下文将结合具体实施方式对本发明技术方案作进一步详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

本申请发明人提出，由于P端口物理带宽是有限的，因此在虚拟化交换机内部，对虚拟化交换机端口提出一种带宽权重值的概念，让端口带宽按照其权重值的占比率进行分配。当交换机对外转发数据处于拥塞态时，各端口不能自由发包，对外转发带宽能力取决于配置的权重值；当交换机对外转发数据未处于拥塞态时，各端口则可以自由发包；并且，可以防止带宽闲置，对于有剩余带宽配置的端口，其多余的带宽可被其它端口抢占。

基于上述思想，本实施例提供一种在虚拟化交换机中实现网络带宽优先级的方法，包括：

另外，本实施例方案并非强制性设置带宽优先级，即在判断虚拟化交换机处于非拥塞态时，虚拟化交换机的各虚拟端口可以自由发包。

本实施例在实现动态分配带宽的方案时可以引入周期性预测带宽的机制。将交换机数据转发流程分割为一个个小的周期片段，以端口上周期实际消耗的带宽A，作为其下周期消耗带宽的预测值。同时结合虚拟端口受优先级方式控制的动态进退机制。即在为各虚拟端口预先设定的带宽权重值时，结合预测值，来动态调整端口的带宽分配策略。根据各端口的实际使用带宽来决定哪些虚拟端口需要受优先级方式控制，根据权重值占比为其设定带宽分配值，哪些虚拟端口无需优先级方式控制，直接为其分配固定带宽即可。具体地，可以周期性动态设定各虚拟端口的带宽分配值时，将最近一周期内实际使用带宽达到门限阈值的虚拟端口作为基于优先级带宽分配的虚拟端口，对于基于优先级带宽分配的虚拟端口根据各自的带宽权重值占比设定带宽分配值即可，而对于最近一周期内实际使用带宽未达到门限阈值的虚拟端口则分配固定带宽即。

而本实施例中，带宽权重值的判定标准，可以按照虚拟化交换机中各虚拟端口的实际业务的重要程度，或者各虚拟端口的实际业务的客户付费程度设定各虚拟端口带宽权重值。设定的各虚拟端口的带宽权重值的大小与所述虚拟化交换机各虚拟端口的实际业务的重要程度成正比，或者设定的各虚拟端口的带宽权重值的大小与所述虚拟化交换机各虚拟端口的实际业务的客户付费多少成正比。

一些可选实施例还考虑到：需要防止带宽闲置，对于有剩余带宽配置的端口，其多余的带宽可被其它端口抢占。例如，在根据带宽权重算出端口该分配的带宽B后，基于端口上周期实际消耗的带宽A，作为其下周期消耗带宽的预测值，计算端口本周期的剩余带宽为B-A，这部分剩余带宽可被其它端口抢占。即其它端口使用完自身带宽后，可以继续使用总体剩余带宽。即虚拟化交换机处于拥塞态时，按照预先设定的带宽权重值占用所有虚拟端口的带宽权重值总和的比例分配物理端口的可用带宽，进行数据转发后，若存在任一或多个虚拟端口有剩余带宽，则将剩余带宽分配给未有剩余带宽的虚拟端口。

要说明的是，本文中，为虚拟端口动态分配带宽时，按照基于优先级带宽分配的虚拟端口预设的带宽权重值占用所有虚拟端口的带宽权重值总和的比例进行带宽设定，其中，所有虚拟端口的带宽权重值总和，可以是虚拟交换机中所有虚拟端口的带宽权重值总和，也可以当前虚拟交换机中所有基于优先级带宽分配的虚拟端口的带宽权重值总和。

本实施例还提供一种在虚拟化交换机中实现网络带宽优先级的装置，如图2所示，可以包括如下单元：

可选地，第二单元，在判断所述虚拟化交换机处于非拥塞态时，设置所述虚拟化交换机的各虚拟端口自由发包。

另外，上述第二单元，判断所述虚拟化交换机处于拥塞态后，周期性动态设定各虚拟端口的带宽分配值，其中，最近一周期内实际使用带宽达到门限阈值的虚拟端口即为基于优先级带宽分配的虚拟端口，对于基于优先级带宽分配的各虚拟端口按照其预设的带宽权重值确定带宽分配值即可。而对于最近一周期内实际使用带宽未达到门限阈值的虚拟端口则分配固定带宽。

一些可选实施例中，还可以包括第三单元，其主要是在第二单元，判断虚拟化交换机是否处于非拥塞态之前，按照所述虚拟化交换机中各虚拟端口的实际业务的重要程度，或者各虚拟端口的实际业务的客户付费程度设定各虚拟端口带宽权重值。设定各虚拟端口的带宽权重值的大小与所述虚拟化交换机各虚拟端口的实际业务的重要程度成正比，或者设定各虚拟端口的带宽权重值的大小与所述虚拟化交换机各虚拟端口的实际业务的客户付费多少成正比。

还要说明的是，第二单元，在判断所述虚拟化交换机处于拥塞态时，设置所述虚拟化交换机中基于优先级带宽分配的各虚拟端口，分别按照各虚拟端口的预设的带宽权重值占用所有虚拟端口的带宽权重值总和的比例分配物理端口的可用带宽后，若存在任一或多个虚拟端口有剩余带宽，则将剩余带宽分配给未有剩余带宽的虚拟端口。

下面，结合各附图及实际应用说明上述方案的具体实施。

如图3所示，为预先设定带宽权重值的各虚拟端口的交换机。假设在某一时刻内，参与发包的1-N端口的优先级权重比为W1-Wn，P物理网卡的总带宽为Tp，其工作原理如下：

某一时刻内，当P端口(见图3，下同)外发数据包实时流量低于其物理带宽能力的一定阈值时(比如物理带宽的90％)，视为非拥塞态，参与发包的1-N端口可自由发包，不作限制。

某一时刻内，一旦P端口外发数据包超过上述阈值，则视作拥塞态，此时参与发包的1-N端口不能自由发包，而是按照其带宽权重值占用的比例来分配总带宽，即端口N可使用带宽为Tp*90％*(Wn/(W1+W2+…Wn))；一旦某端口用完自身分配的带宽，则该时刻内，此端口无法继续发包。处于拥塞态时，为防止端口浪费带宽，在某一时刻内，端口如果无法使用完为其分配的带宽，则其多余的带宽，在下一时刻内可供其他端口抢占。

某一时刻内，不参与发包的端口，或者使用带宽小于一定门限阈值的端口，由于没有占用带宽或使用带宽太少，进行优先级权重计算或分配时，不计入这类端口的权重值，即计算W1+W2+…Wn时，不计入这类端口的权重。

其中，参考图3，由于对外转发数据依靠物理端口P，物理端口P的带宽能力Tp直接关系数据拥塞的标准制定。参考图4，图中，C为上一周期消耗总带宽；T为交换机的总带宽；B为交接机是否拥塞的标志。选择一定的阈值作为是否拥塞的判断标准。比如选择Tp的90％作为阈值(具体的，用于判断拥塞的阈值不限于90％，可灵活配置)，C超过该值则视作发生拥塞。小于该值时，视作非拥塞态，非拥塞态时不做带宽限制，各端口可自由发包。

另外，还涉及如何计算某一时刻内的带宽速度，可参考图5，按照如下方式实施：

图5表示一个数据包经过端口转发的示意图。T表示某一时刻内端口的带宽转换为可通过数据包字节数的总量。当一个包长度L的数据进出端口后，端口可通过字节总量T就对应减去L。以此类似，某一时刻内，端口每转发一个数据包，总量T就减去其包长。当前时刻结束时，T的剩余值即可以反映出当前时刻内的带宽速度。如果P端口的T剩余值不足初始值的10％，则认定当前时刻内交换机发生了拥塞。下一时刻到来时，将T重新赋予初始值。

已经介绍了判定某一时刻内是否拥塞的方法。如果当前时刻发生拥塞，则在下一时刻内，(参考图3)端口N的可通过字节总量则按照公式Tn＝Tp*90％*(Wn/(W1+W2+…Wn))计算并分配。下一时刻内，端口N可外发的总字节数为Tn，端口N每次对外发送一个数据包，则从Tn减去外发包长字节数，一旦Tn使用完毕(Tn<0)，则端口N不能再对外发包。显然权重值越高的端口分配到的带宽越高,通过该方式来体现端口的网络带宽优先级。下一时刻到来后，重新根据此规则来分配端口带宽。

在虚拟化交换机对外转发数据处于拥塞态，各虚拟端口按照预先设定的各虚拟端口带宽权重值占用所有虚拟端口的带宽权重值总和的比例来分配可用带宽时，当前时刻内，为端口N分配的带宽为Tn＝Tp*90％*(Wn/(W1+W2+…Wn))，在当前时刻结束时，如果Tn>0，表示端口N未能使用完全部带宽，将所有端口的Tn剩余值累计到S变量中。此时就体现了预测的思维，即预测下一时刻，有总剩余带宽S可供抢占。参考图6，在下一时刻内，当其他端口M使用完自己的带宽Tm后，可以继续使用S变量中的可抢占带宽字节数。如果S>0，表示有可供抢占带宽，则端口M可以继续发包，并从S减去数据包字节数；反之如果S<0，表示没有可供抢占带宽，则端口M无法继续发包。在每一时刻开始前，S变量都需要清0。

在某一时刻内，某一端口外发的带宽数据字节数为C，可以选择一个阈值，如果C小于该阈值，则认定端口没有发包，下一时刻分配优先级带宽时，则跳过该端口，固定分配给其最小阈值带宽；反之，如果C超过该阈值，则下一时刻分配优先级带宽时，需要考虑该端口，按配比分配其带宽。阈值的选取可以根据实际需要灵活配置，选择的因素取决于交换机总带宽与交换机的端口个数。参考图7中选择总带宽的1/100作为阈值。

参考图7中，start与end表示周期的开始与结束，流程图表示一个周期中算法所做的工作流程。

其中，算法周期时间的选择总体原则可以小于1秒，大于操作系统进程调度周期。周期值越大算法开销越小，但是端口处于可能无法发包状态的间隔越长，故该值不能超过常用网络协议或应用程序的超时时间；周期值越小算法开销越大，控制精细度越高。建议周期时间为0.1秒～0.5秒之间，具体值可以根据具体场景及实际效果灵活配置，默认参考值为0.2秒。

从上述实施例可以看出，针对相关技术中无法体现实际业务的轻重缓急的问题，本申请技术方案，打破虚拟化交换机数据对外转发的平等几率，尤其是在交换机拥塞时，按照权重配比进行物理端口的可用带宽的分配，能够更好更细区分业务的重要程度。

本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序来指令相关硬件完成，所述程序可以存储于计算机可读存储介质中，如只读存储器、磁盘或光盘等。可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现。相应地，上述实施例中的各模块/单元可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。本申请不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。

以上所述，仅为本发明的较佳实例而已，并非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

1.一种在虚拟化交换机中实现网络带宽优先级的方法，包括：

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述判断所述虚拟化交换机处于拥塞态，则为所述虚拟化交换机中基于优先级带宽分配的各虚拟端口，分别按照各虚拟端口的预设的带宽权重值占用所有虚拟端口的带宽权重值总和的比例分配物理端口的可用带宽包括：

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，该方法还包括：

4.如权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，该方法还包括：

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述按照各虚拟端口的预设的带宽权重值占用所有虚拟端口的带宽权重值总和的比例分配物理端口的可用带宽，进行数据转发后，该方法还包括：

6.一种在虚拟化交换机中实现网络带宽优先级的装置，包括：

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，

所述第二单元，在判断所述虚拟化交换机处于拥塞态时，为所述虚拟化交换机中基于优先级带宽分配的各虚拟端口，分别按照各虚拟端口预设的带宽权重值占用所有虚拟端口的带宽权重值总和的比例分配物理端口的可用带宽包括：

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，还包括：

9.如权利要求6至8任一项所述的装置，其特征在于，

所述第二单元，在判断所述虚拟化交换机处于非拥塞态时，设置所述虚拟化交换机的各虚拟端口自由发包。

10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，

所述第二单元，在判断所述虚拟化交换机处于拥塞态时，为所述虚拟化交换机中基于优先级带宽分配的各虚拟端口，分别按照各虚拟端口预设的带宽权重值占用所有虚拟端口的带宽权重值总和的比例分配物理端口的可用带宽后，若存在任一或多个虚拟端口有剩余带宽，则将剩余带宽分配给未有剩余带宽的虚拟端口。