CN112260959A - 一种云数据中心sdn网络负载均衡实现的方法 - Google Patents

一种云数据中心sdn网络负载均衡实现的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112260959A
CN112260959A CN202010911490.6A CN202010911490A CN112260959A CN 112260959 A CN112260959 A CN 112260959A CN 202010911490 A CN202010911490 A CN 202010911490A CN 112260959 A CN112260959 A CN 112260959A
Authority
CN
China
Prior art keywords
path
network
sdn
traffic
controller
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202010911490.6A
Other languages
English (en)
Inventor
王媛娣
郑超
卢文朋
张佳利
黄园园
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhongdian Jizhi Hainan Information Technology Co Ltd
Original Assignee
Zhongdian Jizhi Hainan Information Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhongdian Jizhi Hainan Information Technology Co Ltd filed Critical Zhongdian Jizhi Hainan Information Technology Co Ltd
Priority to CN202010911490.6A priority Critical patent/CN112260959A/zh
Publication of CN112260959A publication Critical patent/CN112260959A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L47/00—Traffic control in data switching networks
    • H04L47/10—Flow control; Congestion control
    • H04L47/12—Avoiding congestion; Recovering from congestion
    • H04L47/125—Avoiding congestion; Recovering from congestion by balancing the load, e.g. traffic engineering
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L45/00—Routing or path finding of packets in data switching networks
    • H04L45/12—Shortest path evaluation
    • H04L45/123—Evaluation of link metrics
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L45/00—Routing or path finding of packets in data switching networks
    • H04L45/12—Shortest path evaluation
    • H04L45/125—Shortest path evaluation based on throughput or bandwidth
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L45/00—Routing or path finding of packets in data switching networks
    • H04L45/38—Flow based routing
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L47/00—Traffic control in data switching networks
    • H04L47/10—Flow control; Congestion control
    • H04L47/20—Traffic policing

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Data Exchanges In Wide-Area Networks (AREA)

Abstract

本发明提供一种云数据中心SDN网络负载均衡实现的方法，包括以下步骤：S1:收集全网信息，初始化网络拓扑信息表；S2:计算所有源主机到目的主机之间所有可用路径并将其存放到边缘交换机信息表中；以T为时间周期，控制器获取所有边缘交换机以及中心交换机发送流量；S3:SDN控制器实时计算路径，并为新流量计算路径；S4:SDN控制器将流量的传输路径的信息存放到路径监控表中，周期性地对路径监测表中的路径信息进行核查；S5:当网络的负载平衡度低于阈值时，并且路径的调整次数小于设定值N时，调整该流量的传输路径策略；S6:流量传输完毕时，SDN控制器将会删除其在路经监测表以及路径切换次数表中的数据。

Description

一种云数据中心SDN网络负载均衡实现的方法
技术领域
本发明涉及一种数据处理方法，尤其是涉及一种云数据中心SDN网络 负载均衡实现的方法。
背景技术
SDN是一种新型的网络创新架构，利用OpenFlow协议将网络的控制管 理平面和数据转发平面分离开来。这种架构使得网络传输设备(SDN交换机) 的功能被简化，其原本承担的控制工作都交由上层的控制器来完成，自己只 需要按照要求转发数据，因此SDN是一个集中式控制网络。控制器主要负 责监控网络、通过下发流表项为每条数据流安排转发路径。因为控制器可以 根据交换机上报的全网信息对每条流进行控制，所以SDN能够提供更加细 粒度的流量管理与路由调度。SDN的这种集中式控制使网络管理员和科研工 作者只需要在控制层北向接口的应用程序中进行编程就可以对网络进行管 理、配置及研究，大大增加了网络的可扩展性。由于软件定义网络具有的上 述优点，其已经在数据中心以及广域网等场景中得到广泛使用。知名互联网 公司Facebook、Google等都在他们的数据中心中使用OpenFlow协议，采用 软件定义网络架构来优化数据中心网络的性能；Cisco、华为等网络设备制 造商也都大力开展了软件定义网络的研究。
软件定义网络SDN作为一种能够集中式收集网络资源、管理网络状态 的新型网络架构越来越受到学术届与企业界的关注。通过将SDN技术应用 于数据中心，能够有效提高数据中心的自动化配置与管理。在基于SDN的 数据中心的研究中，相关算法均可在流量到达交换机时决定转发路径，但在 流量传输中不能改变传输路径。
且由于少数环节拥挤而大部分链接未被充分利用，导致数据中心网络发 生拥塞，互联网基础设施经历不平衡的交通负荷。目前，动态流量管理对于 数据中心具有重要意义，因为访问计算和存储资源的处理速度是影响用户体 验质量的重要因素。加载平衡可以平均分配多个流量路径，使网络能够用更 少的时间处理更多的数据流。SDN的优势在于控制器具有网络的全局视图， 因此，可以在该过程中以更全面的方式建立转发规则，根据状态实时调整网 络流量，最终达到负载平衡的目标。
发明内容
本发明提供了一种云数据中心SDN网络负载均衡实现的方法，解决了 动态流量管理应用在数据中心网络的问题，其技术特征在于：
一种云数据中心SDN网络负载均衡实现的方法，包括以下步骤：
S1:收集全网信息，初始化网络拓扑信息表；
S2:SDN控制器根据网络信息表中的数据计算出所有源主机到目的主机 之间所有可用路径并将其存放到边缘交换机信息表中；
以T为时间周期，控制器获取所有边缘交换机以及中心交换机发送流量 的情况，将流量类型及发送流量的多少统计出来，存放到流量信息表中；
S3:SDN控制器实时计算路径，并为新流量计算路径；
S4:SDN控制器将流量的传输路径的信息存放到路径监控表中，周期性 地对路径监测表中的路径信息进行核查；
S5:当网络的负载平衡度低于阈值时，并且路径的调整次数小于设定值 N时，调整该流量的传输路径策略；
S6:流量传输完毕时，SDN控制器将会删除其在路经监测表以及路径切 换次数表中的数据。
进一步的，步骤S1中，其操作包括以下步骤：
S11:SDN控制器以LLDP为基础作为链路发现协议,修改控制器的行为 限制LLDP的packet-out消息数目,其中不再包含控制器的每个端口号；
S12:SDN控制器为每个交换机插入了设定规则,规则是指定控制器收到 的每个LLDP包将被所有端口转发，源MAC地址也将会被改为发出端口的 地址；
S13:SDN控制器修改控制器的packet-in处理机制,不再分析LLDP负载 中的端口号,取而代之的是以太网头部的源MAC地址来查找端口ID。
进一步的，步骤S3中，SDN控制器为新的流量计算路径，选择路径最 短，且路径上可用带宽大于新到流量的带宽的路径作为其传输路径，并且将 路径中所有有关的交换机进行记录。
进一步的，步骤S4中，核查是在时间周期T中，SDN控制器计算路径 监控表中存放的所有路径，和预先设定好的负载平衡度进行比较。
进一步的，步骤S5中，负载平衡度的计算包括以下步骤：
S51：一条路径上的可用带宽被定义为这条路径上所有链路的可用带宽 中最小的一条，在交换机SWi到交换机SWj的所有路径中，第k条路径Pk的带宽利用率应当为
Figure RE-GDA0002841768730000031
Figure RE-GDA0002841768730000032
其中，Li(t)表示在t时刻链路的占用带宽，B表示链路的最大带宽，Li表 示路径Pk中第i条链路，且所有链路的最大带宽为同一个值；
S52:负载平衡度a(t)是发明用来作为判断是否触发动态流量策略调整的 阈值，它表示网络负载均衡的能力：
Figure RE-GDA0002841768730000033
其中，K表示所有在路径监控表中被记录的路径数量，
Figure RE-GDA0002841768730000034
表示实时 的所有路径的平均带宽利用率；
S53:如果a(t)＜A，SDN控制器重新根据设定方法选择一条可用路径， 其中，A的大小为预先设计的估计值，在实践中根据网络情况进行调整。
步骤S53中，可用路径选择必须满足在上一个时间周期T中，备选路径 的可用带宽值要高于所要变更的路径的占用带宽，且备选路径没有被新的流 量所占用。
进一步的，步骤S6中，通过周期性地对网络进行监测，对于路径是否 还需要执行转发任务，SDN控制器会通过查询网络状态监测模块中的流表流 量信息表作出相应的决定，如果一种流量完成了传输，控制器会删除存放在 路经监测表中该种流量传输时所使用的路径，并且将路径切换次数表中对于 该路径的相关信息进行清除。
本发明通过动态地调整流量表的路径选择策略，使得云数据中心在兼容 国产设备的时候，能很好地避免负载不平衡的情况发生，有效地推送国产化 在云数据中心的应用。
附图说明
图1是所述云数据中心SDN网络负载均衡实现的方法的流程示意图。
具体实施方式
如图1所示，所述云数据中心SDN网络负载均衡实现的方法，包括的 具体过程步骤如下:
步骤一:收集全网信息，初始化网络拓扑信息表：SDN控制器以 LLDP(链路层发现协议)为基础作为链路发现协议,修改控制器的行为限制 LLDP的packet-out消息数目,其中不再包含每个端口号；
为每个交换机插入了新的规则,指定控制器收到的每个LLDP包将被所 有可能的端口转发,源MAC地址将会被改为发出端口的地址；
修改控制器的packet-in处理机制,不再分析LLDP负载中的端口号,取 而代之的是以太网头部的源MAC地址来查找端口ID。
步骤二：SDN控制器根据网络信息表中的数据计算出所有源主机到目 的主机之间所有可用路径并将其存放到边缘交换机信息表中；
以T为时间周期，控制器获取所有边缘交换机以及中心交换机发送流量 的情况，将流量类型及发送流量的多少统计出来，存放到流量信息表中。
步骤三：每当一种新的流量到来时，SDN控制器为其计算路径，选择 路径最短，且路径上可用带宽大于新到流量的带宽的路径作为其传输路径， 并且将路径中所有有关的交换机进行记录。
步骤四：SDN控制器将流量的传输路径的信息存放到路径监控表中， 周期性地对路径监测表中的路径信息进行核查，在时间周期T中，控制器计 算路径监控表中存放的所有路径，和预先设定好的负载平衡度进行比较。
步骤五：当网络的负载平衡度低于阈值时，并且路径的调整次数小于N 时，将对该流量的传输路径按照步骤三进行再次选择。
所述负载平衡度的计算如下：
一条路径上的可用带宽被定义为这条路径上所有链路的可用带宽中最 小的一条，在交换机SWi到交换机SWj的所有路径中，第k条路径Pk的带 宽利用率应当为
Figure RE-GDA0002841768730000051
Figure RE-GDA0002841768730000052
其中，Li(t)表示在t时刻链路的占用带宽，B表示链路的最大带宽，Li表示路 径Pk中第i条链路，本发明中定义所有链路的最大带宽为同一个值。
负载平衡度a(t)是发明用来作为判断是否触发动态流量策略调整的阈 值，它表示网络负载均衡的能力：
Figure RE-GDA0002841768730000053
其中，K表示所有在路径监控表中被记录的路径数量，
Figure RE-GDA0002841768730000054
表示实时 的所有路径的平均带宽利用率。
如果α(t)＜A，SDN控制器重新根据下面的方法选择一条更佳的可用 路径，其中，A的大小为预先设计的估计值，可在实践中根据网络情况进 行调整。
新的路径选择必须满足：
在上一个时间周期T中，备选路径的可用带宽值要高于所要变更的路径 的占用带宽；且备选路径没有被新的流量所占用。
步骤六：当既定的流量传输完毕时，SDN控制器将会删除其在路经监测 表以及路径切换次数表中的数据。通过周期性地对网络进行监测，对于路径 是否还需要执行转发任务，SDN控制器会通过查询网络状态监测模块中的流 表流量信息表作出相应的决定，如果一种流量完成了传输，控制器会删除存 放在路经监测表中该种流量传输时所使用的路径，并且将路径切换次数表中 对于该路径的相关信息进行清除。
本发明通过动态地调整流量表的路径选择策略，使得云数据中心在兼容 国产设备的时候，能很好地避免负载不平衡的情况发生，有效地推送国产化 在云数据中心的应用。

Claims (7)

1.一种云数据中心SDN网络负载均衡实现的方法，包括以下步骤：
S1：收集全网信息，初始化网络拓扑信息表；
S2：SDN控制器根据网络信息表中的数据计算出所有源主机到目的主机之间所有可用路径并将其存放到边缘交换机信息表中；
以T为时间周期，控制器获取所有边缘交换机以及中心交换机发送流量的情况，将流量类型及发送流量的多少统计出来，存放到流量信息表中；
S3：SDN控制器实时计算路径，并为新流量计算路径；
S4：SDN控制器将流量的传输路径的信息存放到路径监控表中，周期性地对路径监测表中的路径信息进行核查；
S5：当网络的负载平衡度低于阈值时，并且路径的调整次数小于设定值N时，调整该流量的传输路径策略；
S6：流量传输完毕时，SDN控制器将会删除其在路经监测表以及路径切换次数表中的数据。
2.根据权利要求1所述的云数据中心SDN网络负载均衡实现的方法，其特征在于：步骤S1中，其操作包括以下步骤：
S11：SDN控制器以LLDP为基础作为链路发现协议，修改控制器的行为限制LLDP的packet-out消息数目，其中不再包含控制器的每个端口号；
S12：SDN控制器为每个交换机插入了设定规则，规则是指定控制器收到的每个LLDP包将被所有端口转发，源MAC地址也将会被改为发出端口的地址；
S13：SDN控制器修改控制器的packet-in处理机制.不再分析LLDP负载中的端口号，取而代之的是以太网头部的源MAC地址来查找端口ID。
3.根据权利要求1所述的云数据中心SDN网络负载均衡实现的方法，其特征在于：步骤S3中，SDN控制器为新的流量计算路径，选择路径最短，且路径上可用带宽大于新到流量的带宽的路径作为其传输路径，并且将路径中所有有关的交换机进行记录。
4.根据权利要求1所述的云数据中心SDN网络负载均衡实现的方法，其特征在于：步骤S4中，核查是在时间周期T中，SDN控制器计算路径监控表中存放的所有路径，和预先设定好的负载平衡度进行比较。
5.根据权利要求1所述的云数据中心SDN网络负载均衡实现的方法，其特征在于：步骤S5中，负载平衡度的计算包括以下步骤：
S51：一条路径上的可用带宽被定义为这条路径上所有链路的可用带宽中最小的一条，在交换机SWi到交换机SWj的所有路径中，第k条路径Pk的带宽利用率应当为
Figure RE-FDA0002841768720000021
Figure RE-FDA0002841768720000022
其中，Li(t)表示在t时刻链路的占用带宽，B表示链路的最大带宽，Li表示路径Pk中第i条链路，且所有链路的最大带宽为同一个值；
S52：负载平衡度α(t)是发明用来作为判断是否触发动态流量策略调整的阈值，它表示网络负载均衡的能力：
Figure RE-FDA0002841768720000023
其中，K表示所有在路径监控表中被记录的路径数量，
Figure RE-FDA0002841768720000024
表示实时的所有路径的平均带宽利用率；
S53：如果α(t)<A，SDN控制器重新根据设定方法选择一条可用路径，其中，A的大小为预先设计的估计值，在实践中根据网络情况进行调整。
6.根据权利要求5所述的云数据中心SDN网络负载均衡实现的方法，其特征在于：步骤S53中，可用路径选择必须满足在上一个时间周期T中，备选路径的可用带宽值要高于所要变更的路径的占用带宽，且备选路径没有被新的流量所占用。
7.根据权利要求1所述的云数据中心SDN网络负载均衡实现的方法，其特征在于：步骤S6中，通过周期性地对网络进行监测，对于路径是否还需要执行转发任务，SDN控制器会通过查询网络状态监测模块中的流表流量信息表作出相应的决定，如果一种流量完成了传输，控制器会删除存放在路经监测表中该种流量传输时所使用的路径，并且将路径切换次数表中对于该路径的相关信息进行清除。
CN202010911490.6A 2020-09-02 2020-09-02 一种云数据中心sdn网络负载均衡实现的方法 Pending CN112260959A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010911490.6A CN112260959A (zh) 2020-09-02 2020-09-02 一种云数据中心sdn网络负载均衡实现的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010911490.6A CN112260959A (zh) 2020-09-02 2020-09-02 一种云数据中心sdn网络负载均衡实现的方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN112260959A true CN112260959A (zh) 2021-01-22

Family

ID=74224017

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010911490.6A Pending CN112260959A (zh) 2020-09-02 2020-09-02 一种云数据中心sdn网络负载均衡实现的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112260959A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116708304A (zh) * 2023-08-01 2023-09-05 腾讯科技（深圳）有限公司 数据传输路径的切换方法和装置、存储介质及电子设备

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106357537A (zh) * 2016-11-09 2017-01-25 北京工业大学 一种基于sdn多路径传输的链路监控方法
CN106789642A (zh) * 2016-11-22 2017-05-31 东华大学 一种基于sdn的动态负载均衡方法
CN107579922A (zh) * 2017-09-08 2018-01-12 北京信息科技大学 网络负载均衡装置和方法
CN109787913A (zh) * 2019-03-15 2019-05-21 北京工业大学 一种基于sdn的数据中心网络动态负载均衡方法
CN110417652A (zh) * 2019-06-17 2019-11-05 云南电网有限责任公司 一种基于分段路由策略的软件定义网络路由算法及应用
CN110768823A (zh) * 2019-10-11 2020-02-07 南京理工大学 基于lldp的软件定义网络拓扑发现方法
CN110932989A (zh) * 2019-11-20 2020-03-27 华南理工大学 一种基于sdn数据中心网络的大象流路径监控调度方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106357537A (zh) * 2016-11-09 2017-01-25 北京工业大学 一种基于sdn多路径传输的链路监控方法
CN106789642A (zh) * 2016-11-22 2017-05-31 东华大学 一种基于sdn的动态负载均衡方法
CN107579922A (zh) * 2017-09-08 2018-01-12 北京信息科技大学 网络负载均衡装置和方法
CN109787913A (zh) * 2019-03-15 2019-05-21 北京工业大学 一种基于sdn的数据中心网络动态负载均衡方法
CN110417652A (zh) * 2019-06-17 2019-11-05 云南电网有限责任公司 一种基于分段路由策略的软件定义网络路由算法及应用
CN110768823A (zh) * 2019-10-11 2020-02-07 南京理工大学 基于lldp的软件定义网络拓扑发现方法
CN110932989A (zh) * 2019-11-20 2020-03-27 华南理工大学 一种基于sdn数据中心网络的大象流路径监控调度方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116708304A (zh) * 2023-08-01 2023-09-05 腾讯科技（深圳）有限公司 数据传输路径的切换方法和装置、存储介质及电子设备
CN116708304B (zh) * 2023-08-01 2023-11-14 腾讯科技（深圳）有限公司 数据传输路径的切换方法和装置、存储介质及电子设备

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10715414B2 (en) Network communication methods and apparatus
US11588733B2 (en) Slice-based routing
US10148492B2 (en) Data center bridging network configuration and management
EP2904745B1 (en) Method and apparatus for accelerating forwarding in software-defined networks
US10148594B2 (en) Application based conditional forwarding and load balancing in a software defined networking (SDN) architecture
US9065745B2 (en) Network traffic distribution
CN110247798B (zh) 沿着阻塞链路传输特定业务
EP2915299A1 (en) A method for dynamic load balancing of network flows on lag interfaces
EP2675118B1 (en) Method and device for adjusting ip network load
CN112350949B (zh) 软件定义网络中基于流调度的重路由拥塞控制方法及系统
CN101841487A (zh) 聚合链路服务流的配置方法及包交换装置
US9800508B2 (en) System and method of flow shaping to reduce impact of incast communications
WO2011137187A2 (en) Virtual topology adaptation for resource optimization in telecommunication networks
CN108476175B (zh) 使用对偶变量的传送sdn流量工程方法与系统
Yan et al. A survey of low-latency transmission strategies in software defined networking
CN103957157A (zh) 一种网络接口可定义转发规则的路由方法
CN105471747A (zh) 一种智能路由器选路方法和装置
CN110557333A (zh) 软件定义网络服务质量控制保障的方法及系统
CN112260959A (zh) 一种云数据中心sdn网络负载均衡实现的方法
WO2015135284A1 (zh) 数据流转发的控制方法及系统、计算机存储介质
CN111245724A (zh) 基于虚拟交换机部署的sdn负载均衡路由方法
Nithin et al. Efficient load balancing for multicast traffic in data center networks using SDN
EP2753033B1 (en) A method and a device for defining a look-up system for a network element of a software-defined network
Balakiruthiga et al. A simple congestion avoidance mechanism for opendaylight (odl)-multipath tcp (mptcp) network structure in software defined data center (sddc)
Ghalwash et al. A congestion control mechanism for SDN-based fat-tree networks

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20210122