CN113542149A - 网络流量的负载分担方法、存储介质、装置及系统 - Google Patents

网络流量的负载分担方法、存储介质、装置及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种网络流量的负载分担方法及存储介质，其中负载分担方法包括如下步骤：S100：控制器动态采集并排序各个数据流的流量；S200：控制器从各个数据流中选出大数据流；S300：控制器根据各大数据流的源地址和目的地址，结合各转发设备的转发规则，选择各大数据流的转发路径；S400：控制器获取各大数据流的接入交换机及接入虚拟机，并在接入虚拟机上建立与大数据流对应的多个虚拟隧道；S500：控制器将大数据流分担到对应的多个虚拟隧道上；S600：接入交换机将流量送到虚拟隧道对应的物理端口上；S700：动态回收接入虚拟机的虚拟隧道资源，进行下一调整周期的流量负载分担。上述方法，可以避免大数据流的流量集中于单一接入交换机上，防止接入层拥堵。

Description

网络流量的负载分担方法、存储介质、装置及系统
技术领域
本发明涉及通信领域，特别涉及一种网络流量的负载分担方法、存储介质、装置及系统。
背景技术
随着企业业务的不断发展，虚拟路由器、虚拟交换机、虚拟防火墙等虚拟网络逐渐成熟，SDN软件定义网络逐步成为数据中心内部署网络的主要方法，目前网络组件部署依赖人工环境，流量的分担引流依赖于人工前期配置，而且随着业务的发展，流量模型也在不停变化，之前的流量分流配置不适合新的模型，需要人工手动调整，导致人工工作量比较大且流量调整不及时。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提出一种网络流量的负载分担方法，可以根据实时流量在接入层面对大数据流进行动态的负载分担，避免在接入层发生拥堵。
本发明的另一目的是提出一种存储有上述网络流量的负载分担方法的计算机程序的存储介质、装置及可以实施上述负载分担方法的网络流量的负载分担系统。
技术方案：本发明所述的网络流量的负载分担方法，包括如下步骤：
S100：控制器动态采集各个数据流的流量，并对各个数据流的流量进行排序；
S200：控制器将各个数据流的流量与流量阈值进行比较，将流量大于等于流量阈值的数据流记为大数据流；
S300：控制器根据各大数据流的源地址和目的地址，结合各转发设备的转发规则，选择各大数据流的转发路径；
S400：控制器获取各大数据流的接入交换机及接入虚拟机，并在接入虚拟机上根据对应大数据流的流量，建立多个与对应大数据流目的地址相同的虚拟隧道，每个虚拟隧道赋予不同的ID；
S500：控制器在接入虚拟机上创建虚拟桥接设备，将大数据流分担到多个对应的虚拟隧道上；
S600：控制器在接入交换机上根据虚拟隧道的ID创建对应的虚拟端口的接口，并将虚拟端口映射到物理端口，实现接入侧的流量负载分担。
进一步的，还包括：
S700：控制器动态回收接入虚拟机的虚拟隧道资源，返回步骤S100进行下一调整周期的流量负载分担。
进一步的，所述步骤S200包括：
S210：控制器选取流量前N的数据流，N为正整数；
S220：控制器将流量前N的数据流与流量阈值进行比较，将其中流量大于等于流量阈值的数据流记为大数据流。
进一步的，所述步骤S300包括：S310：控制器根据各大数据流的源地址和目的地址，以及各转发设备的转发规则，建立各大数据流的等价路径；
S320：控制器将各大数据流的等价路径分别依据跳数由小至大排序，并将序号记为对应等价路径的权重；
以及控制器采集各转发设备的转发容量负荷，并计算各等价路径的转发设备总负荷；
S340：控制器选择各大数据流对应的等价路径中权重与转发设备总负荷的乘积最小的路径，作为该大数据流对应的转发路径。
进一步的，所述步骤S400包括：
S410：控制器获取大数据流的流量数值F1、系统配置中单个流量的限值M1及虚拟隧道ID的范围段[Rs,Re]，当前时间节点前最后一次分配的隧道ID的值Rnew；
S420：查询虚拟隧道ID的范围段[Rs,Re]中已占用的个数Nused，若Nused大于预警阈值，则发出警告提醒管理员扩大虚拟隧道ID的范围段；若Nused小于等于预警阈值，则继续进行下一步；
S430：计算大数据流需要拆分的隧道个数N＝F1/M1；
S440：根据Rnew的数值及需要拆分的隧道个数N计算需要分配的虚拟隧道ID段[Rnew+1、Rnew+N]，若Rnew+n>Re，n＝1,2,3…N，则将Rnew+n的值重置为Rs；
S450：将虚拟隧道ID段[Rnew+1、Rnew+N]的数值标记为已占用并更新Rnew的值为Rnew+N，将[Rnew+1、Rnew+N]的数值对应的虚拟隧道分配给大数据流使用；
S460：重复步骤S410至S450，直到完成所有大数据流的虚拟隧道的建立。
进一步的，所述步骤S100中，控制器的采集比例为1:100至1:10。
进一步的，所述步骤S100中，控制器的采集周期为100ms。
进一步的，所述控制器及转发设备均采用OpenFlow协议。
进一步的，所述步骤S500中的虚拟桥接设备的虚拟隧道采用VXLAN技术。
本发明所述的网络流量的负载分担装置，包括：筛选模块：用于采集并排序各个数据流的流量，并将流量大于等于流量阈值的数据流记为大数据流；路径规划模块：用于根据各数据流的源地址和目的地址，结合各转发设备的转发规则，选择各大数据流的转发路径；虚拟隧道建立模块：用于根据大数据流的流量，在大数据流对应的接入虚拟机上建立与对应大数据流目的地址相同的虚拟隧道，并未每个虚拟隧道赋予不同的ID；流量分担模块：用于将接入虚拟机上创建虚拟桥接设备，将大数据流分担到多个对应的虚拟隧道上，并在接入交换机上根据虚拟隧道的ID创建对应的虚拟端口的接口，将虚拟端口映射到物理端口，实现接入侧的流量负载分担。
本发明所述的计算机可读的存储介质，存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被设置为运行时实现上述网络流量的负载分担方法。本发明所述的网络流量的负载分担方法，包括控制器及受所述控制器控制的多个转发设备、多个接入虚拟机及多个接入交换机，多个所述转发设备、多个所述接入虚拟机及多个所述接入交换机之间以一定规律连接形成网络，所述控制器内部设有上述存储介质。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1、通过监控流量较大的数据流，将大数据流细分，将大数据流在接入层面进行负载分担，避免在接入层发生拥堵。
2、通过实施数据流的监控，根据数据流的流量动态配置各数据流的转发规则，实现对网络转发过程中的流量负载分担。
附图说明
图1为本发明实施例的网络流量的负载分担方法的流程图；
图2为本发明实施例的转发路径的选择过程的流程图；
图3为本发明实施例的虚拟隧道的建立过程的流程图；
图4为本发明实施例的SDN网络系统的系统框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
参照图1及图4，根据本发明实施例的网络流量的负载分担方法，运用于如图4所示的SDN网络系统，SDN网络系统包括一个控制器及受控制器控制的转发设备，以及虚拟机。流量自适应的负载分担方法具体步骤包括：
S100：控制器动态采集各个数据流的流量，并对各个数据流的流量进行排序；
S200：控制器将各个数据流的流量与流量阈值进行比较，将流量大于等于流量阈值的数据流记为大数据流；
S300：控制器根据各大数据流的源地址和目的地址，结合各转发设备的转发规则，选择各大数据流的转发路径；
S400：控制器获取各大数据流的接入交换机及接入虚拟机，并在接入虚拟机上根据对应大数据流的流量，建立多个与对应大数据流目的相同的虚拟隧道，每个虚拟隧道赋予不同的ID；
S500：控制器在接入虚拟机上创建一个虚拟桥接设备，将对应的大数据流分担到多个虚拟隧道上；
S600：控制器在接入交换机上根据虚拟隧道的ID创建对应的虚拟端口的接口，并将虚拟端口映射到物理端口，实现接入侧的流量负载分担。
在一些实施例中，还包括步骤S700：控制器动态回收接入虚拟机的虚拟隧道资源，返回步骤S100进行下一调整周期的流量负载分担。
根据上述技术方案的网络流量的负载分担方法，对流量大于一定阈值的大数据流在接入虚拟机上通过建立多个虚拟隧道对流量进行拆分，每个虚拟隧道以一定的规则与接入侧的交换机的物理端口对应，可以避免大数据流的流量集中到同一个交换机上去，导致数据流在接入层设备发生流量堵塞。由于根据实时流量对数据流进行拆分，即使流量模型发生变化也能产生负载分担效果提高流量调整效率。
可以理解的是，虚拟隧道建立可以采用如GRE(通用路由封装协议)或VXLAN(虚拟扩展局域网)等网络虚拟化技术，控制器和转发设备可以采用PPP、Ethernet或OpenFlow协议等。在本实施例中，虚拟隧道采用VXLAN技术，控制器和转发设备选用OpenFlow协议。
参照图2，在一些实施例中，还可以通过如下步骤选择转发路径，实现在网络转发过程中的流量负载分担，具体的步骤S300包括：
S310：控制器根据各大数据流的源IP地址和目的IP地址，以及各转发设备的转发规则，建立各大数据流的等价路径；
S320：控制器将各大数据流的等价路径分别依据跳数由小至大排序，并将序号记为对应等价路径的权重；
以及控制器采集各转发设备的转发容量负荷，并计算各等价路径的转发设备总负荷；
S330：控制器选择各大数据流对应的等价路径中权重与转发设备总负荷的乘积最小的路径，作为该大数据流对应的转发路径。
通过上述转发路径选择方法，通过从大数据流的等价路径中选择跳数排序的权重与转发容量负荷的乘积最小的路径作为转发路径，可以避免大数据流进一步加大路径上的转发设备的负荷同时，也可以避免路径的跳数过大，造成转发路径过长，路径的时延过长。现对于传统的完全以转发路径的长短选择转发路径的方法，可以有效避免多个源IP和目的IP相近，导致最短转发路径重合较多的大数据流同时转发，造成转发设备的负荷不均衡。
在一些实施例中，为了降低计算量，在步骤S200中，可以仅从流量排名前N的数据流中选择大数据流，N为非0整数，N的具体值可以根据实际网络情况选择，比如10。同时在步骤S100中，在采集数据流的流量时可以对数据流的实际流量值成比例缩小，以进一步地降低计算量，采集的值与实际流量值的比可以在1:100到1:10之间，比如1:100、1:50或者1:10。控制器采集数据流流量值的采集周期需要根据网络数据流状态确定，在保证流量分担均衡的效果的同时避免对占用过多的计算资源。由于TCP慢启动的原理，控制器对数据流的采集周期控制为100ms较为合适。
参照图3，步骤S400包括：
S410：控制器获取大数据流的流量数值F1、系统配置中单个流量的限值M1及虚拟隧道ID的范围段[Rs,Re]，当前时间节点前最后一次分配的隧道ID的值Rnew；
S420：查询虚拟隧道ID的范围段[Rs,Re]中已占用的个数Nused，若Nused大于预警阈值，则发出警告提醒管理员扩大虚拟隧道ID的范围段；若Nused小于等于预警阈值，则继续进行下一步；
S430：计算大数据流需要拆分的隧道个数N＝F1/M1；
S440：根据Rnew的数值及需要拆分的隧道个数N计算需要分配的虚拟隧道ID段[Rnew+1、Rnew+N]，若Rnew+n>Re，n＝1,2,3…N，则将Rnew+n的值重置为Rs；
S450：将虚拟隧道ID段[Rnew+1、Rnew+N]的数值标记为已占用并更新Rnew的值为Rnew+N，将[Rnew+1、Rnew+N]的数值对应的虚拟隧道分配给大数据流使用；
S460：重复步骤S410至S450，直到完成所有大数据流的虚拟隧道的建立。
其中，ID段[Rnew+1、Rnew+N]中的值，从Rnew的数值开始，从虚拟隧道ID的范围段[Rs,Re]中依次查询未被占用的值赋给Rnew+1至Rnew+N，若中间查询到了范围段[Rs,Re]的末尾Re，则返回到范围段的开头Rs继续查找未被占用的ID。每完成一个采样周期的流量负载分担，均需要在内存数据库中更新虚拟隧道ID的占有情况，并及时释放完成流量分担的虚拟隧道的资源。
根据本发明实施例的网络流量的负载分担方法，可以应用于数据中心、基站和校园等场景的网络优化，提高网络设备的资源利用率及网络质量。根据本发明实施例的计算机可读的存储介质，存储有上述网络流量的负载分担方法对应代码化的计算机程序，可以设置于SDN控制器中，计算机程序可以被SDN控制器调用以实现上述流量自适应的负载分担方法。
根据本发明实施例的网络流量负载分担装置，包括筛选模块、路径规划模块、虚拟隧道建立模块及流量分担模块。其中筛选模块用于实现方法中的步骤S100至步骤S200，路径规划模块用于实现方法中的步骤S300，虚拟隧道建立模块用于实现方法中的步骤S400，流量分担模块用于实现方法中的步骤S500至S600。
根据本发明实施例的网络流量的负载分担系统，包括控制器及受控制器控制的多个转发设备、多个接入虚拟机及多个接入交换机，多个转发设备、多个接入虚拟机及多个接入交换机之间以一定规律连接形成网络，控制器内部设有上述存储介质。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其保护范围的限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：本领域技术人员阅读本发明后依然可对发明的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在发明待批的权利要求保护范围之内。

Claims (12)

1.一种网络流量的负载分担方法，其特征在于，包括如下步骤：
S100：控制器动态采集各个数据流的流量，并对各个数据流的流量进行排序；
S200：控制器将各个数据流的流量与流量阈值进行比较，将流量大于等于流量阈值的数据流记为大数据流；
S300：控制器根据各大数据流的源地址和目的地址，结合各转发设备的转发规则，选择各大数据流的转发路径；
S400：控制器获取各大数据流的接入交换机及接入虚拟机，并在接入虚拟机上根据对应大数据流的流量，建立多个与对应大数据流目的地址相同的虚拟隧道，每个虚拟隧道赋予不同的ID；
S500：控制器在接入虚拟机上创建虚拟桥接设备，将大数据流分担到多个对应的虚拟隧道上；
S600：控制器在接入交换机上根据虚拟隧道的ID创建对应的虚拟端口的接口，并将虚拟端口映射到物理端口，实现接入侧的流量负载分担。
2.根据权利要求1所述的网络流量的负载分担方法，其特征在于，还包括：
S700：控制器动态回收接入虚拟机的虚拟隧道资源，返回步骤S100进行下一调整周期的流量负载分担。
3.根据权利要求1所述的网络流量的负载分担方法，其特征在于，所述步骤S200包括：
S210：控制器选取流量前N的数据流，N为正整数；
S220：控制器将流量前N的数据流与流量阈值进行比较，将其中流量大于等于流量阈值的数据流记为大数据流。
4.根据权利要求1所述的网络流量的负载分担方法，其特征在于，所述步骤S300包括：
S310：控制器根据各大数据流的源地址和目的地址，以及各转发设备的转发规则，建立各大数据流的等价路径；
S320：控制器将各大数据流的等价路径分别依据跳数由小至大排序，并将序号记为对应等价路径的权重；以及控制器采集各转发设备的转发容量负荷，并计算各等价路径的转发设备总负荷；
S330：控制器选择各大数据流对应的等价路径中权重与转发设备总负荷的乘积最小的路径，作为该大数据流对应的转发路径。
5.根据权利要求1所述的网络流量的负载分担方法，其特征在于，所述步骤S400包括：
S410：控制器获取大数据流的流量数值F1、系统配置中单个流量的限值M1及虚拟隧道ID的范围段[Rs,Re]，当前时间节点前最后一次分配的隧道ID的值Rnew；
S420：查询虚拟隧道ID的范围段[Rs,Re]中已占用的个数Nused，若Nused大于预警阈值，则发出警告扩大虚拟隧道ID的范围段；若Nused小于等于预警阈值，则继续进行下一步；
S430：计算大数据流需要拆分的隧道个数N＝F1/M1；
S440：根据Rnew的数值及需要拆分的隧道个数N计算需要分配的虚拟隧道ID段[Rnew+1、Rnew+N]，若Rnew+n>Re，n＝1,2,3…N，则将Rnew+n的值重置为Rs；
S450：将虚拟隧道ID段[Rnew+1、Rnew+N]的数值标记为已占用并更新Rnew的值为Rnew+N，将[Rnew+1、Rnew+N]的数值对应的虚拟隧道分配给大数据流使用；
S460：重复步骤S410至S450，直到完成所有大数据流的虚拟隧道的建立。
6.根据权利要求1所述的网络流量的负载分担方法，其特征在于，所述步骤S100中，控制器的采集比例为1:100至1:10。
7.根据权利要求1所述的网络流量的负载分担方法，其特征在于，所述步骤S100中，控制器的采集周期为100ms。
8.根据权利要求1所述的网络流量的负载分担方法，其特征在于，所述控制器及转发设备均采用OpenFlow协议。
9.根据权利要求1所述的网络流量的负载分担方法，其特征在于，所述步骤S500中的虚拟桥接设备的虚拟隧道采用VXLAN技术。
10.一种网络流量的负载分担装置，其特征在于，包括：
筛选模块：用于采集并排序各个数据流的流量，并将流量大于等于流量阈值的数据流记为大数据流；
路径规划模块：用于根据各数据流的源地址和目的地址，结合各转发设备的转发规则，选择各大数据流的转发路径；
虚拟隧道建立模块：用于根据大数据流的流量，在大数据流对应的接入虚拟机上建立与对应大数据流目的地址相同的虚拟隧道，并未每个虚拟隧道赋予不同的ID；
流量分担模块：用于将接入虚拟机上创建虚拟桥接设备，将大数据流分担到多个对应的虚拟隧道上，并在接入交换机上根据虚拟隧道的ID创建对应的虚拟端口的接口，将虚拟端口映射到物理端口，实现接入侧的流量负载分担。
11.一种计算机可读的存储介质，存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被设置为运行时实现根据权利要求1至9任一项所述的网络流量自适应的负载分担方法。
12.一种网络流量的负载分担系统，其特征在于，包括控制器及受所述控制器控制的多个转发设备、多个接入虚拟机及多个接入交换机，多个转发设备、多个接入虚拟机及多个接入交换机之间以一定规律连接形成网络，所述控制器内部设有根据权利要求11所述的存储介质。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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Inventor after: Wang Jiye

Inventor after: Liu Hui

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Inventor after: Mu Jun

Inventor after: Zhang Yintie

Inventor after: Wu Yu

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