CN109561026B - 基于软件定义网络带状态数据平面的突发流处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于软件定义网络带状态数据平面的突发流处理方法，基于SDN中的南向协议OpenFlow的带状态扩展版本来处理可能引发网络拥塞的突发流问题。通过在交换机中加入状态表来区分流量的不同状态，以便采用不同路由策略来避免拥塞。

Description

基于软件定义网络带状态数据平面的突发流处理方法
技术领域
本发明涉及软件定义网络领域，具体涉及一种基于软件定义网络带状态数据平面的突发流处理方法。
背景技术
网络流量突发指的是网络业务流量突然出现的重大变化。网络需要处理不同来源的各种流量需求，所以网络中承载的流量并不会是连续且一成不变的。比如对于阿里巴巴，每年的双十一是流量突发的时候。除此之外，平时网络访问量也会随时间变化，比如后半夜流量总是比较少，周末流量总是比较多。流量时时刻刻都会出现变动，就会出现流量突发的问题。流量突发很有可能形成网络拥塞，从而产生丢包、延时和抖动等问题，导致网络服务质量下降。除此之外，突发流量还可能对网络造成更大的危害，比如DOS攻击等。研究表明，绝大多数的网络流量都具有突发性。在数据通信和计算机网络领域，时常需要对流量进行预测分析，因此对突发流进行分析处理成为网络中不可避免的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于软件定义网络带状态数据平面的突发流处理方法，能有效地对流量突发情况进行处理。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于软件定义网络带状态数据平面的突发流处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1:收集交换机的历史流量信息，得到正常流量和突发流量的划分界限，以及流量峰值；
步骤S2:针对交换机内部每个流的突发状态设计对应的转发路径；
步骤S3:设计两个状态，defaulti代表第i条流正常流量的默认状态，对应第i条流正常流量情况的转发路径；statei代表第i条流流量突发的状态，对应第i条流突发状态下的转发路径；
步骤S4: 根据每个流的当前状态defaulti或statei，构建得到状态表；
步骤S4:当流量监测器检测到第i条流流量突发时，交换机内部状态表中该流的当前状态从defaulti转换到statei，将带有statei状态的标签写入该流的后续数据包中，带有statei状态标签的数据包将按照statei对应的转发路径进行转发；当检测到突发流量变回正常值时，触发状态从statei转换到defaulti;通过状态转换切换转发路径。
进一步的，所述步骤S1具体为:收集交换机的历史流量信息，得到正常流量和突发流量的划分界限T为后续路径的流量达到链路最大负载的90%时的流量大小；设历史流量峰值是F，当前流量大小为
Figure DEST_PATH_IMAGE001
，有两个分支路径的路径分流比是
Figure 53463DEST_PATH_IMAGE002
，链路承载量是
Figure DEST_PATH_IMAGE003
，当
Figure 393440DEST_PATH_IMAGE004
时，
Figure DEST_PATH_IMAGE005
。
进一步的，所述步骤S4中具体为：
步骤S41:交换机收到第i条流的数据包后，获得第i条流流的基本信息和其当前状态；
步骤S42:流量监测器对第i条流进行检测，当没有收到触发状态转换的信号，交换机则直接根据流的当前状态在流表中进行匹配并转发;当检测到
Figure 661260DEST_PATH_IMAGE006
时，defaulti状态转换为statei，然后根据转换后的状态信息，在流表中进行匹配，根据匹配到的流表项进行数据包转发；在statei态下，为了防止流量大小在T值附近波动引起状态切换频繁，检测到
Figure DEST_PATH_IMAGE007
时，statei 状态切换回defaulti。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
本发明能够实时快速对流量突发情况作出反应,避免后续拥塞事件发生，并且，得益于SDN带状态数据平面的特征，在后序节点发现拥塞的情况下，还可以将携带拥塞信号的数据包退回，进而触发状态转换，解除拥塞。
附图说明
图1是本发明实施例中正常状态下的路由计划
图2（a）是本发明一实施例中流量突发时未使用本发明的情况；
图2（b）是本发明一实施例中流量突发时路由切换后的情况；
图3（a）是本发明一实施例中正常流量时出现拥塞的情况；
图3（b）是本发明一实施例中流量突发时路由切换后的情况。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
请参照图1，本发明提供一种基于软件定义网络带状态数据平面的突发流处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1:收集交换机的历史流量信息，得到正常流量和突发流量的划分界限T为后续路径的流量达到链路最大负载的90%时的流量大小；设历史流量峰值是F，当前流量大小为
Figure 744885DEST_PATH_IMAGE008
，有两个分支路径的路径分流比是，
Figure DEST_PATH_IMAGE009
链路承载量是
Figure 496940DEST_PATH_IMAGE010
，当
Figure DEST_PATH_IMAGE011
时，
Figure 7818DEST_PATH_IMAGE012
。
步骤S2:针对交换机内部每个流的突发状态设计对应的转发路径；
步骤S3:设计两个状态，defaulti代表第i条流正常流量的默认状态，对应第i条流正常流量情况的转发路径；statei代表第i条流流量突发的状态，对应第i条流突发状态下的转发路径；
步骤S4:根据到的defaulti和statei，构建得到如表2所示的状态表；
表2 状态表
Figure 806010DEST_PATH_IMAGE014
步骤S4:当流量监测器检测到第i条流流量突发时，交换机内部状态表中该流的当前状态从defaulti转换到statei，将带有statei状态的标签写入该流的后续数据包中，带有statei状态标签的数据包将按照statei对应的转发路径进行转发；当检测到突发流量变回正常值时，触发状态从statei转换到defaulti;通过状态转换切换转发路径。
步骤S41:交换机收到第i条流的数据包后，获得第i条流流的基本信息和其当前状态；
步骤S42:流量监测器对第i条流进行检测，当没有收到触发状态转换的信号，交换机则直接根据流的当前状态在如表3所示的流表中进行匹配并转发;当检测到
Figure DEST_PATH_IMAGE015
时，defaulti状态转换为statei，然后根据转换后的状态信息，在流表中进行匹配，根据匹配到的流表项进行数据包转发；在statei态下，为了防止流量大小在T值附近波动引起状态切换频繁，检测到
Figure 21222DEST_PATH_IMAGE016
时，statei 状态切换回defaulti。
表3 流表
Figure 745291DEST_PATH_IMAGE018
参考图2和图3，本实施例中两路径的路径分流比为1:0，链路最大负载是30，那么阈值大小就设置为27，设流量峰值为52；
（1）流量突发时对应的转发路径的设计：在不考虑其他流量对路径的占用情况下，突发时的转发路径可以基于历史流量峰值52，确定为两路径分流比为1:1，状态转换之后各路径流量大小皆小于26，不会引起拥塞，如图2（b）
（2）支路节点检测到拥塞时对应转发路径的设计：图3（a）所示，流量A->B并没有突发，但是在一侧分路上由于其他流的原因引起的拥塞。此时的转发路径可以描述为：将发现拥塞的路径一侧端口权重减半，把流量分担到另一侧端口，如图3（b）；
参考表1，状态转换条件：default状态和state1 之间的转换，根据流量的实时检测值的变化来触发。Default状态和state 2、state 3之间的转换，依靠端口收到的携带信号的数据包来触发。
表1状态转换表
Figure 4234DEST_PATH_IMAGE020
原始路径出现拥塞后，绕行触发状态转换：请参考图3。在交换机检测到正常流量的情况下，交换机会首先使用初始分流比，但当路径被其他流量共享时，依旧可能会造成如图3（a）所示的路径拥塞。此时被标记state2的数据包按照原始路径返回，交换机在收到返回的数据包时，就得知路径出现拥塞问题，此时触发状态转换，转换后如图3（b）所示，成功解除拥塞问题。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (1)

1.一种基于软件定义网络带状态数据平面的突发流处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1:收集交换机的历史流量信息，得到正常流量和突发流量的划分界限，以及流量峰值；
步骤S2:针对交换机内部每个流的突发状态设计对应的转发路径；
步骤S3:设计两个状态，defaulti代表第i条流正常流量的默认状态，对应第i条流正常流量情况的转发路径；statei代表第i条流流量突发的状态，对应第i条流突发状态下的转发路径；其中，i＞0；
步骤S4:根据每个流的当前状态defaulti或statei，构建得到状态表；
步骤S5:当流量监测器检测到第i条流流量突发时，交换机内部状态表中该流的当前状态从defaulti转换到statei，将带有statei状态的标签写入该流的后续数据包中，带有statei状态标签的数据包将按照statei对应的转发路径进行转发；当检测到突发流量变回正常值时，触发状态从statei转换到defaulti;通过状态转换切换转发路径；
所述步骤S1具体为:收集交换机的历史流量信息，得到正常流量和突发流量的划分界限T为后续路径的流量达到链路最大负载的90%时的流量大小；设历史流量峰值是F，当前流量大小为
Figure DEST_PATH_IMAGE002
，有两个分支路径的路径分流比是
Figure DEST_PATH_IMAGE004
，链路承载量是
Figure DEST_PATH_IMAGE006
，当
Figure DEST_PATH_IMAGE008
时，
Figure DEST_PATH_IMAGE010
；
所述步骤S4中具体为：
步骤S41:交换机收到第i条流的数据包后，获得第i条流流的基本信息和其当前状态；
步骤S42:流量监测器对第i条流进行检测，当没有收到触发状态转换的信号，交换机则直接根据流的当前状态在流表中进行匹配并转发;当检测到
Figure DEST_PATH_IMAGE012
时，defaulti状态转换为statei，然后根据转换后的状态信息，在流表中进行匹配，根据匹配到的流表项进行数据包转发；在statei态下，为了防止流量大小在T值附近波动引起状态切换频繁，检测到
Figure DEST_PATH_IMAGE014
时，statei 状态切换回defaulti。
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