CN110266593A - 一种基于流量监控的自适应路由切换云网络系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于流量监控的自适应路由切换云网络系统，包括多个网络节点和多个计算节点，每个网络节点包含多个虚拟路由器，计算节点的虚拟机处在虚拟网络上，虚拟网络的网关配置在虚拟路由器上，还包括自适应路由切换装置，该自适应路由切换装置根据云网络的关键网络流量及整体网络拓扑信息，对虚拟路由器进行调度。与现有技术相比，本发明能够改善集中式虚拟路由器的网络拥塞问题，具有可靠性高等优点。

Description

一种基于流量监控的自适应路由切换云网络系统

技术领域

本发明涉及云计算、网络虚拟化、硬件网络设备、调度策略等技术，尤其是涉及一种基于流量监控的自适应路由切换云网络系统。

背景技术

随着云计算技术的成熟及发展，越来越多的应用部署在云平台上。云平台提供了丰富的计算、存储、网络资源，并可以按需使用、灵活配置，但是随着客户业务的扩张，尤其是大数据、人工智能等应用的普及，对云平台的网络需求场景越来越多，网络性能要求越来越高。在传统的云平台中，当不同网络之间的东西向流量越来越多，或者外网的访问流量越来越多时，传统集中式的虚拟网络成为了网络带宽的瓶颈，解决集中式网络节点的带宽瓶颈问题，对现实应用非常重要。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术存在的集中式虚拟路由器的网络拥塞问题而提供一种基于流量监控的自适应路由切换云网络系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于流量监控的自适应路由切换云网络系统，包括多个网络节点和多个计算节点，每个网络节点包含多个虚拟路由器，计算节点的虚拟机处在虚拟网络上，虚拟网络的网关配置在虚拟路由器上，还包括自适应路由切换装置，该自适应路由切换装置根据云网络的关键网络流量及整体网络拓扑信息，对虚拟路由器进行调度。

进一步地，所述自适应路由切换装置包括：

流量监控模块，用于定时获取关键网络流量；

网络拓扑查询模块，用于定时更新云网络的整体网络拓扑信息；

决策控制模块，用于获取预设调度策略，根据所述关键网络流量、整体网络拓扑信息和预设调度策略生成对虚拟路由器的调度指令；

调度模块，在收到所述调度指令后触发，用于根据所述调度指令，利用网络节点上的网络代理，实现对虚拟路由器的调度。

进一步地，所述关键网络流量包括每个虚拟路由器的不同虚拟网络之间的东西向总流量、网络节点的外网物理网口的总流量和网络节点的内网物理网口的总流量。

进一步地，所述整体网络拓扑信息包括虚拟路由器及其当前所在主节点、虚拟网络信息和租户信息。

进一步地，所述关键网络流量为实时流量监控数据或基于历史流量数据的预测数据。

进一步地，所述预设调度策略包括单网络节点流量超阈值策略和所有网络节点流量超阈值策略。

进一步地，所述单网络节点流量超阈值策略具体为：

当某个网络节点的内网物理网口流量超过预先设置的阈值，其它网络节点的内网物理网口流量未超过阈值并且空闲率大于设定值时，将负载高的网络节点上的部分主虚拟路由切换到空闲的网络节点。

进一步地，所述所有网络节点流量超阈值策略具体为：

当所有网络节点的内网物理网口流量超过预先设置的阈值，或者外网网口流量超过预先设置的阈值，将负载较高的网络节点上的部分主虚拟路由卸载到三层物理交换机上。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1)本发明对云平台中的关键网络流量进行监控，从而及时对流量将卸载到其他有带宽余量的虚拟路由器或更高性能的物理三层交换机设备上，保证客户服务的质量，实现网络节点的虚拟路由器流量负载均衡及硬件流量卸载(offload)功能。

2)本发明既可以解决云平台网络负载不均衡造成的网络拥塞问题，保证客户的服务质量(SLA)，在私有云平台中具有实际的应用价值。

3)本发明对虚拟路由器流量的监控，不仅可以使用当前的流量监控数据，也可以基于历史的流量数据进行预测，进一步提高流量控制的及时性。

附图说明

图1为本发明的逻辑架构图；

图2为本发明自适应路由器切换实现框架图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

本发明提供一种基于流量监控的自适应路由切换云网络系统，如图1所示，包括多个网络节点和多个计算节点，每个网络节点包含多个虚拟路由器，计算节点的虚拟机处在虚拟网络上，虚拟网络的网关配置在虚拟路由器上，还包括自适应路由切换装置，该自适应路由切换装置根据云网络的关键网络流量及整体网络拓扑信息，对虚拟路由器进行调度。该系统基于云平台多网络节点的网络负载情况，结合管理员预先设置的调度策略，实现网络节点的虚拟路由器流量负载均衡及硬件流量卸载功能。

云网络系统中的网络节点提供集中式的虚拟路由器，，每个网络节点都可以包含多个虚拟路由器，并通过硬件交换机设备与计算节点连通。每个虚拟路由器都属于一个租户，不同虚拟路由器可属于同一个租户。该虚拟路由器的一种典型实现方式是基于Linux命名空间，通过Linux的iptables工具实现不同虚拟网络之间的三层路由、外网NAT转化以及基本的防火墙功能，不同的虚拟路由器通过命名空间进行隔离。云平台中网络节点的集中式虚拟路由器，同时存在多个实例，分布在不同的网络节点上，通过主备高可用协议(例如VRRP协议)实现虚拟路由器的主备式高可用，同一时刻仅有一个实例处于工作状态(激活状态)，对外提供服务，其它实例处于备份状态，仅当主实例出现故障时，备份实例通过选举产生新的主实例。

计算节点提供计算资源，并通过虚拟交换机(可用开源工具OpenvSwitch实现)接入虚拟网络。计算节点的虚拟机处在虚拟网络上，在基于VLAN模式的云平台上，一个虚拟网络与一个唯一的VLAN标识相关联，虚拟网络的网关可配置在虚拟路由器上，通过虚拟路由器的NAT功能，实现外网的访问，多个虚拟网络可以连接到同一个虚拟路由器上，实现不同网络之间的三层路由功能、访问控制策略功能。虚拟机到网关的流量依次经过计算节点的OpenvSwitch(OVS)网桥、计算节点的物理网卡、交换机Trunk口、控制节点的物理网卡、OVS网桥、虚拟网卡进入虚拟路由器。虚拟路由器可以连接多个虚拟网络，实现不同虚拟网络的互通。

图1中的物理租户交换机为3层交换机，可配置VLAN虚接口、明细路由等。

所述自适应路由切换装置包括流量监控模块、网络拓扑查询模块、决策控制模块和调度模块，流量监控模块用于定时获取关键网络流量；网络拓扑查询模块用于定时更新云网络的整体网络拓扑信息；决策控制模块用于获取预设调度策略，根据所述关键网络流量、整体网络拓扑信息和预设调度策略生成对虚拟路由器的调度指令，将虚拟路由器调度到不同的网络节点，实现网络节点的负载均衡；调度模块在收到所述调度指令后触发，用于根据所述调度指令，利用网络节点上的网络代理，实现对虚拟路由器的调度。

各模块之间的信息流如图2所示。流量监控模块定时对关键网络流量进行监控，并存储到云平台数据库；网络拓扑查询模块定时更新云平台中的整体网络拓扑信息；决策控制模块接收用户预设的策略规则，定时获取流量信息并可根据历史数据进行流量预测，当规则被匹配后，触发调度模块，对虚拟路由器进行调度；调度模块利用网络节点上的网络代理，实现对虚拟路由器进行调度。

流量监控模块获取的关键网络流量主要包括三项：每个虚拟路由器的不同虚拟网络之间的东西向总流量、网络节点的外网物理网口的总流量和网络节点的内网物理网口的总流量。流量监控模块实现流量的定时监控，并存入到数据库中，监控工具如Sar、Snmpd等。

关键网络流量为实时流量监控数据或基于历史流量数据的预测数据。例如，基于周期性的或连续性的流量历史数据，通过线性回归算法、滑动平均算法进行流量预测。

网络拓扑查询模块记录的整体网络拓扑信息包括虚拟路由器及其当前所在主节点、虚拟网络信息和租户信息，如网络ID、对应VLAN、网关、虚拟路由器ID等，相关数据可以从云平台网络模块的数据库中获取。

决策控制模块基于各个网络节点的网口流量实现对流量的自动重分配，该模块可接收管理员预先设置的策略，定时从数据库中获取监控数据，匹配预先设置的策略并执行调度。

决策控制模块接收的预设调度策略包括单网络节点流量超阈值策略和所有网络节点流量超阈值策略。

单网络节点流量超阈值策略具体为：当某个网络节点的内网物理网口流量超过预先设置的阈值(阈值一般设置为物理网口最大传输速率的90％)，其它网络节点的内网物理网口流量未超过阈值并且空闲率大于设定值(较为空闲)时，将负载高的网络节点上的部分主虚拟路由切换到空闲的网络节点。切换方法为，在目的网络节点以外的该虚拟路由器关联的命名空间中，将用于传输VRRP协议的HA端口设置为关闭的状态，目的网络节点上的虚拟路由器未收到主节点的组播包后，由备切换成主模式，从而实现了网络节点的最大带宽为BW_nic*Nodes，其中BW_nic为物理网卡的最大传输速率，如万兆网卡为10000Mbit/s，Nodes为网络节点的个数。

所有网络节点流量超阈值策略具体为：当所有网络节点的内网物理网口流量超过预先设置的阈值(阈值一般设置为物理网口最大传输速度的90％)，或者外网网口流量超过预先设置的阈值(一般为外网带宽的90％)，将负载较高的网络节点上的部分主虚拟路由卸载到三层物理交换机上。切换方法为：在三层交换机上配置虚拟VLAN子接口以及相应的网关地址，在虚拟路由器对应的命名空间中，关闭HA端口，从而有效改善虚拟路由器的网络带宽瓶颈问题。

主虚拟路由器的选择上，可以基于流量值，租户重要程度的标识值等参数加权排序。从虚拟路由器集合中选取迁移的虚拟路由器的方法由管理员预先设置的策略决定，例如，选取流量最大的可迁移的虚拟路由器进行切换，从而达到切换的虚拟路由器的个数最少；基于虚拟网络的服务质量标签值进行切换，选取值较小的虚拟路由器，进行切换，保证高要求客户的服务。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种基于流量监控的自适应路由切换云网络系统，包括多个网络节点和多个计算节点，每个网络节点包含多个虚拟路由器，计算节点的虚拟机处在虚拟网络上，虚拟网络的网关配置在虚拟路由器上，其特征在于，还包括自适应路由切换装置，该自适应路由切换装置根据云网络的关键网络流量及整体网络拓扑信息，对虚拟路由器进行调度。

2.根据权利要求1所述的基于流量监控的自适应路由切换云网络系统，其特征在于，所述自适应路由切换装置包括：

流量监控模块，用于定时获取关键网络流量；

网络拓扑查询模块，用于定时更新云网络的整体网络拓扑信息；

决策控制模块，用于获取预设调度策略，根据所述关键网络流量、整体网络拓扑信息和预设调度策略生成对虚拟路由器的调度指令；

调度模块，在收到所述调度指令后触发，用于根据所述调度指令，利用网络节点上的网络代理，实现对虚拟路由器的调度。

3.根据权利要求1或2所述的基于流量监控的自适应路由切换云网络系统，其特征在于，所述关键网络流量包括每个虚拟路由器的不同虚拟网络之间的东西向总流量、网络节点的外网物理网口的总流量和网络节点的内网物理网口的总流量。

4.根据权利要求1或2所述的基于流量监控的自适应路由切换云网络系统，其特征在于，所述整体网络拓扑信息包括虚拟路由器及其当前所在主节点、虚拟网络信息和租户信息。

5.根据权利要求1或2所述的基于流量监控的自适应路由切换云网络系统，其特征在于，所述关键网络流量为实时流量监控数据或基于历史流量数据的预测数据。

6.根据权利要求2所述的基于流量监控的自适应路由切换云网络系统，其特征在于，所述预设调度策略包括单网络节点流量超阈值策略和所有网络节点流量超阈值策略。

7.根据权利要求2所述的基于流量监控的自适应路由切换云网络系统，其特征在于，所述单网络节点流量超阈值策略具体为：

当某个网络节点的内网物理网口流量超过预先设置的阈值，其它网络节点的内网物理网口流量未超过阈值并且空闲率大于设定值时，将负载高的网络节点上的部分主虚拟路由切换到空闲的网络节点。

8.根据权利要求2所述的基于流量监控的自适应路由切换云网络系统，其特征在于，所述所有网络节点流量超阈值策略具体为：

当所有网络节点的内网物理网口流量超过预先设置的阈值，或者外网网口流量超过预先设置的阈值，将负载较高的网络节点上的部分主虚拟路由卸载到三层物理交换机上。