CN110611613B - 一种基于网络设备的多路径路由方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于网络设备的多路径路由方法及装置，该方法包括：S1：在存储节点内建立层次结构，该层次结构由上到下依次为网络设备集、网络设备和网络端口；S2：创建连接两个网络设备集的网络设备之间和网络端口之间的虚拟路径；S3：按照不同路径选择策略确定虚拟路径，通过网络端口之间的虚拟路径包含的逻辑数据链路传输数据；步骤S3所述路径选择策略具体为：若网络设备集或网络设备共享并发性能，则网络设备集或网络设备采用Failover模式，若网络设备集或网络设备的并发性能各自独立，则网络设备或网络端口采用Round robin模式。与现有技术相比，本发明具有等负载均衡、高可用等优点。

Description

一种基于网络设备的多路径路由方法及装置

技术领域

本发明涉及一种网络数据传输技术，尤其是涉及一种基于网络设备的多路径路由方法及装置。

背景技术

存储系统中，数据存储在不同的物理节点中，其通过高速互联的网络设备交换数据。通常情况下，同一个物理节点中会存在多个网络设备，各个物理节点中不同网络设备间建立的多个传输链路，当因为主机HBA卡、线缆、交换机或者存储设备故障造成一条传输链路失效时，服务器可以将通过此传输链路的I/O转移到其他正常的传输链路上面，应用程序不会觉察到这种改变，从而提高系统的高可用性，同时可以把传输链路聚合起来当作一个传输链路来使用，实现I/O的负载均衡，这种方法就是多路径方法。可见该方法有两个优点：一是聚合多个低速网络链路成为一个高速网络链路；二是提高网络设备的可用性，同一个节点内网络设备都互为备份关系。

目前多路径方法一般是基于逻辑路径的实现方法，这种方法把每一条逻辑链路都当成完全独立的个体对待，可针对逻辑路径设置相应权重，优先选择权重较大的逻辑链路进行数据传输，这种方式容易造成链路权重较大的逻辑被选中的次数远远大于权重较小的路径，不能充分体现设备之间负载均衡的优势任意的选择其中一条链路进行数据传输。如图6所示的两个存储节点，每个存储节点分别有2个网络设备，每个网络设备分别有2个端口，当前多路径方法，会按照网络端口建立4×4＝16个逻辑路径，在路径选择的过程中，假设各条路径权重相同，大概率会按照1、2、3和4这种顺序来选择路径，这4次连续的选择都选择了存储节点1上面网络设备1的端口1，导致此刻该网络端口成为热点。来进行选择，如1′、2′、3′和4′这种完全均衡的选择路径，则能到更高的并发能力。此外，网络设备的端口可能会共享其并发能力，如图6中存储节点1上网络设备1的端口1和端口2，其中单个端口的能力和两个端口的能力总和一样，在路径选择中每次切换路径都没有操作的意义。

由此可见，上述方法会带来以下缺点：在连续的逻辑路径选择中，路径一端的设备可能被重复选中，同时逻辑路径会有重复，均会导致网络设备负载不均衡；另外部分网络设备上的网路端口会共享并发性能，实际上会增大该网络设备被连续选中的概率，导致网络瞬时拥塞，同时在共享并发性能的网络端口进行切换将毫无意义，增加了运行时间，也会带来并发性能损失。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于网络设备的多路径路由方法及装置，为存储系统中基于网络硬件设备负载公平的多路径方法，解决存储系统之间的多路径问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于网络设备的多路径路由方法，包括：

S1：在存储节点内建立层次结构，该层次结构由上到下依次为网络设备集、网络设备和网络端口，所述网络设备集表示多路径聚合后其中一端，所有网络设备的总和；

S2：创建连接两个网络设备集的网络设备之间和网络端口之间的虚拟路径，各虚拟路径具有多个逻辑数据链路；

S3：按照不同路径选择策略确定逻辑数据链路，通过逻辑数据链路传输数据；

步骤S3所述路径选择策略具体为：

若网络设备集或网络设备共享并发性能，则网络设备集或网络设备采用Failover模式，若网络设备集或网络设备的并发性能各自独立，则网络设备或网络端口采用roundrobin模式。

虚拟路径指需要做多路径的设备之间的路径，所有逻辑数据链路组成虚拟路径，逻辑数据链路指具体设备之间的可达路基数据链路。

一个网络设备组内的路径选择策略是一致的。

进一步地，所述网络设备包括网卡适配器，所述网络端口包括网卡端口。

进一步地，所述Failover模式使得网络设备集和网络设备对应的下辖层，即网络设备或网络端口互相备份；所述Round robin模式依次按顺序轮回选择网络设备集和网络设备对应的下辖层，即网络设备和网络端口所在的虚拟路径。

Failover模式即故障切换模式，一个网卡的两个端口之间为主备关系，主处于路径选择状态，其上数据链路用于数据传输。主故障失效后，备切换为主用于数据传输。

Round robin模式即轮询调度模式，一个网卡的两个端口为主主关系，同时处于路径选择状态，都可用于进行数据传输。

进一步地，当网络设备集共享并发性能时，该组内的单个网络设备的能力与所有网络设备的能力总和相同；当网络设备共享并发性能时，该网络设备内的单个设备接口的能力与所有设备接口的能力总和相同。

进一步地，步骤S2过程具体为：

S201；建立两个网络设备集的虚拟路径；

S201；建立两个网络设备集之间的网络设备集虚拟路径；

S202；建立网络设备集虚拟路径两端的网络设备集中所有网络设备之间的网络设备虚拟路径；

S203；建立每个网络设备虚拟路径两端的网络设备中所有网络端口之间的网络端口虚拟路径；

S204；为网络端口虚拟路径创建逻辑数据链路。

进一步地，所述网络设备集包括一个或多个网络设备，每个网络设备分配有唯一的网络设备集ID，所述网络设备包括一个或多个网络端口，每个网络端口分配有唯一的网络设备ID。

进一步地，步骤S202具体为：

选定一个网络设备集，将该网络设备集中一个网络设备与另外一个网络设备集中所有网络设备之间建立网络设备虚拟路径，对选定的网络设备集中所有网络设备重复上述操作。

进一步地，步骤S203具体为：

对于每个网络设备虚拟路径两端的两个网络设备，选定一个网络设备，将该网络中一个网络端口与另外一个网络设备中所有网络端口之间建立网络端口虚拟路径，对选定的网络设备中所有网络端口重复上述操作。

进一步地，步骤S3过程具体为：

S301：根据两个网络设备集各自的虚拟路径选择策略选出对应的网络设备；

S302：根据步骤S301选出的两个网络设备ID确定网络设备间的虚拟路径，若出现无路径获取，执行步骤S303，否则执行步骤S304；

S303：根据步骤S302获得的虚拟路径两端网络设备各自的虚拟路径选择策略选出对应的设备接口；

S304：标记该虚拟路径为无效路径，并判断两个网络设备集之间是否还有不是无效路径的虚拟路径，若是则执行步骤S301，否则传输数据失败；

S305：根据步骤S303选出的两个网络端口ID确定网络端口间的虚拟路径，若出现无路径获取，执行步骤S306，否则执行步骤S304；

S306：通过网络端口间的虚拟路径中的逻辑数据链路进行数据传输，若数据传输成功则结束，否则执行步骤S304。

本发明还提供一种基于网络设备的多路径路由装置，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器调用所述程序指令能够执行上述任一所述方法。

与现有技术相比，本发明具有以如下有益效果：

(1)本发明在存储节点内建立由上到下依次为网络设备集、网络设备和网络端口的层次结构，创建连接两个网络设备集的网络设备之间和网络端口之间的虚拟路径，根据性能并发需求为网络端口虚拟路径创建一条或多条逻辑数据链路，按照不同路径选择策略选择虚拟路径，通过选择的网络端口虚拟路径包含的逻辑数据链路传输数据。本发明在各条虚拟路径之间进行负载均衡，而非当前多路径在数据传输链路之间进行负载均衡，因此不会因为逻辑链路的数量导致物理端口的负载不均衡。

(2)本发明根据网络设备集和网络设备是否共享并发性能采用对应的虚拟路径选择策略，共享并发性能时采用Failover模式，将多个共享并发性能的硬件互为备份处理，以降低路径切换带来的开销，同时保证网络数据传输时的高可用，不共享时采用Round robin的策略，并能避免连续的路径选择发生在同一个物理端口上的可能性，提高具体路径带来的性能提升。

附图说明

图1为本发明的多路径数据传输流程图；

图2为本发明的网络设备层次结构图；

图3为本发明的Group连接示意图；

图4为本发明的Node连接示意图；

图5为本发明的Port连接示意图；

图6为现有两个存储节点的多路径方法示意图。

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。

实施例一

一种基于网络设备的多路径路由方法，包括：

S1：在网卡内建立层次结构，该层次结构由上到下依次为网卡、网卡适配器和网络端口，该结构表示为：

(Group，Node，Port)

其中，Group、Node和Port分别表示网卡、网卡适配器和网卡端口，所述Group为多路径聚合后其中一端，所有网卡适配器的总和，网卡包括一个或多个网卡适配器，每个网卡适配器分配有唯一的网卡适配器ID，所述网卡适配器包括一个或多个网卡端口，每个网卡端口分配有唯一的网卡端口ID；

S2：创建连接两个网络设备集的网络设备之间和网络端口之间的虚拟路径，为网络端口之间的虚拟路径创建逻辑数据链路，具体为：

S201；建立两个网卡的虚拟路径；

S202；根据所述两个网卡中的网卡适配器描述，建立两个网卡中网卡适配器之间的虚拟路径NodePath(m,n)，存储在NodePathPool中，如图3；

S203；根据步骤S202所述虚拟路径两端的网卡适配器描述，建立该虚拟路径两端网卡适配器中的网卡端口之间的虚拟路径PortPath(x,y)，存储在NodePathPool中，如图4；

S204；为每个PortPath(x,y)创建逻辑数据链路Channel，根据性能并发需求可以建立一条或多条相同的逻辑链路，如图5；

S3：按照不同路径选择策略确定逻辑数据链路，通过逻辑数据链路传输数据，路径选择策略具体为：

若网卡或网卡适配器共享并发性能，则网卡或网卡适配器采用Failover模式，若网卡或网卡适配器的并发性能各自独立，则网卡适配器或网卡端口采用roundrobin模式。Failover模式即故障切换模式，一个网卡的两个端口之间为主备关系，主处于路径选择状态，其上数据链路用于数据传输。主故障失效后，备切换为主用于数据传输。所述Failover模式使得网卡和网卡适配器对应的下辖层，即网卡适配器或网卡端口互相备份。

Round robin模式即轮询调度模式，一个网卡的两个端口为主主关系，同时处于路径选择状态，都可用于进行数据传输。roundrobin模式依次按顺序轮回选择网卡和网卡适配器对应的下辖层，即网卡适配器和网卡端口所在的虚拟路径。

当网卡共享并发性能时，该组内的单个网卡适配器的能力与所有网卡适配器的能力总和相同；当网卡适配器共享并发性能时，该网卡适配器内的单个设备接口的能力与所有设备接口的能力总和相同。

如图1所示，步骤S3过程具体为：

S301：在Group A中根据policyα选择出Node(ID＝m)，在Group B中根据policyβ选择出Node(ID＝n)；

S302：根据步骤S301选出的两个网卡适配器ID确定网卡适配器间的虚拟路径NodePath(m，n)，若出现无路径获取，执行步骤S303，否则执行步骤S304；

S303：在Node(ID＝m)中根据policyθ选择出Port(ID＝x)，在Node(ID＝m)中根据policyλ选择出Port(ID＝y)；

S304：标记该虚拟路径为无效路径，并判断两个网卡之间是否还有不是无效路径的虚拟路径，若是则执行步骤S301，否则传输数据失败；

S305：根据Port(ID＝x)和Port(ID＝y)确定网卡端口间的虚拟路径PortPath(x,y)，若出现无路径获取，执行步骤S306，否则执行步骤S304；

S306：通过网卡端口间的虚拟路径中的逻辑数据链路进行数据传输，若数据传输成功则结束，否则执行步骤S304。

实施例二

与实施例一对应的一种基于网络设备的多路径储存装置，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器调用所述程序指令能够执行实施例一中任一所述方法。

实施例一和实施例二根据是否共享并发性能指标在选择网络设备集和网络设备这些硬件的虚拟路径时采用不同的选择策略，共享并发性能时采用Failover模式，不共享时采用Round robin的策略，提高了存储网络数据传输时的高可用性和负载均衡。

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)

1.一种基于网络设备的多路径路由方法，其特征在于，包括：

S1：在存储节点内建立层次结构，该层次结构由上到下依次为网络设备集、网络设备和网络端口；

S2：创建连接两个网络设备集的网络设备之间和网络端口之间的虚拟路径，各虚拟路径具有多个逻辑数据链路；

S3：按照不同路径选择策略确定虚拟路径，通过网络端口之间的虚拟路径包含的逻辑数据链路传输数据；

步骤S3所述路径选择策略具体为：

若网络设备集或网络设备共享并发性能，则网络设备集或网络设备采用Failover模式，若网络设备集或网络设备的并发性能各自独立，则网络设备或网络端口采用Roundrobin模式；

步骤S3过程具体为：

S301：根据两个网络设备集各自的虚拟路径选择策略选出对应的网络设备；

S302：根据步骤S301选出的两个网络设备ID确定网络设备间的虚拟路径，若出现无路径获取，执行步骤S303，否则执行步骤S304；

S303：根据步骤S302获得的虚拟路径两端网络设备各自的虚拟路径选择策略选出对应的设备接口；

S304：标记该虚拟路径为无效路径，并判断两个网络设备集之间是否还有不是无效路径的虚拟路径，若是则执行步骤S301，否则传输数据失败；

S305：根据步骤S303选出的两个网络端口ID确定网络端口间的虚拟路径，若出现无路径获取，执行步骤S306，否则执行步骤S304；

S306：通过网络端口间的虚拟路径中的逻辑数据链路进行数据传输，若数据传输成功则结束，否则执行步骤S304。

2.根据权利要求1所述的一种基于网络设备的多路径路由方法，其特征在于，步骤S2过程具体为：

S201；建立两个网络设备集之间的网络设备集虚拟路径；

S202；建立网络设备集虚拟路径两端的网络设备集中所有网络设备之间的网络设备虚拟路径；

S203；建立每个网络设备虚拟路径两端的网络设备中所有网络端口之间的网络端口虚拟路径；

S204；为网络端口虚拟路径创建逻辑数据链路。

3.根据权利要求2所述的一种基于网络设备的多路径路由方法，其特征在于，步骤S202具体为：

选定一个网络设备集，将该网络设备集中一个网络设备与另外一个网络设备集中所有网络设备之间建立网络设备虚拟路径，对选定的网络设备集中所有网络设备重复上述操作。

4.根据权利要求2所述的一种基于网络设备的多路径路由方法，其特征在于，步骤S203具体为：

对于每个网络设备虚拟路径两端的两个网络设备，选定一个网络设备，将该网络中一个网络端口与另外一个网络设备中所有网络端口之间建立网络端口虚拟路径，对选定的网络设备中所有网络端口重复上述操作。

5.根据权利要求1所述的一种基于网络设备的多路径路由方法，其特征在于，所述网络设备集包括一个或多个网络设备，每个网络设备分配有唯一的网络设备集ID，所述网络设备包括一个或多个网络端口，每个网络端口分配有唯一的网络设备ID。

6.根据权利要求1所述的一种基于网络设备的多路径路由方法，其特征在于，所述Failover模式使得网络设备集和网络设备对应的下辖层，即网络设备或网络端口互相备份。

7.根据权利要求1所述的一种基于网络设备的多路径路由方法，其特征在于，所述Round robin模式依次按顺序轮回选择网络设备集和网络设备对应的下辖层，即网络设备和网络端口所在的虚拟路径。

8.一种基于网络设备的多路径路由装置，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器调用所述程序指令能够执行如权利要求1至7任一所述的方法的步骤。

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