CN116436788A - 基于业务需求预测的在云网络交换机中的动态带宽分配 - Google Patents

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CN116436788A CN202310027811.XA CN202310027811A CN116436788A CN 116436788 A CN116436788 A CN 116436788A CN 202310027811 A CN202310027811 A CN 202310027811A CN 116436788 A CN116436788 A CN 116436788A
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Abstract

提供了用于在云计算环境中的云网络交换机中的动态带宽分配的实施例。服务质量(QoS)策略可以基于动态地估计多个业务类别中的每一个业务类别的预期业务需求而在一个或多个云网络交换机动态地改变，其中带宽基于改变QoS策略而在队列之间被动态地分配。

Description

基于业务需求预测的在云网络交换机中的动态带宽分配
技术领域
本发明总体上涉及计算系统，并且更具体地涉及用于基于业务需求预测的在云计算环境中的云网络交换机中的动态带宽分配的不同实施例。
背景技术
大规模计算的流行类型是云计算，其中资源可经由通信系统(诸如计算机网络)交互和/或访问。资源可以是在一个或多个计算设备(诸如服务器)上运行的计算设备、存储设备、应用和/或其他计算机相关设备和/或服务的软件渲染的仿真和/或模拟。例如，多个服务器可以根据完成所请求的任务所需的处理能力、存储空间和/或其他计算资源的量来传达和/或共享可跨服务器扩展和/或收缩的信息。词语“云”暗示计算设备、计算机网络和/或以这种布置交互的其他计算机相关设备之间的互连性的图的云形外观。
发明内容
提供了用于在云计算环境中的云网络交换机中的动态带宽分配的不同实施例。一个或多个云网络交换机中的一个或多个服务质量(QoS)策略可基于映射到网元的端口上的队列的多个业务类别中的每一个业务类别的预期业务需求而动态地改变。一个或多个云网络交换机中的给定端口的队列之间的带宽分配可以通过改变QoS策略来动态地改变。
除了上述示范性方法实施例之外，提供了其他示例性系统和计算机产品实施例并提供了相关的优点。
附图说明
为了容易理解本发明的优点，上面简要描述的本发明的更具体描述将通过参考附图中示出的具体实施例来呈现。应理解，这些附图仅描绘了本发明的典型实施例，并且因此不被认为是对本发明的范围的限制，将通过使用附图用附加特征和细节来描述和解释本发明，在附图中：
图1是示出根据本发明的实施例的示范性计算节点的框图。
图2是描绘根据本发明的实施例的示范性云计算环境的附加框图。
图3是描绘根据本发明的实施例的抽象模型层的附加框图。
图4是描绘本发明的各方面之间的示范性功能关系的附加框图。
图5是描绘根据本发明的实施例的用于基于业务需求预测的在云计算环境中的云网络交换机中的动态带宽分配的操作的框图。
图6是描绘根据本发明的实施例的用于基于业务需求预测的在云计算环境中的云网络交换机中的动态带宽分配的操作的框图。
图7是描绘根据本发明的实施例的用于基于业务需求预测的在云计算环境中的云网络交换机中的动态带宽分配的方法的附加流程图。
具体实施方式
作为初步事项，计算系统可以包括被称为“云计算”的大规模计算，其中资源可以经由通信系统(诸如计算机网络)进行交互和/或访问。资源可以是在一个或多个计算设备(诸如服务器)上运行的计算设备、存储设备、应用和/或其他计算机相关设备和/或服务的软件渲染的仿真和/或模拟。例如，多个服务器可以根据完成所请求的任务所需的处理能力、存储空间和/或其他计算资源的量来传达和/或共享可跨服务器扩展和/或收缩的信息。词语“云”暗示计算设备、计算机网络和/或以这种布置交互的其他计算机相关设备之间的互连性的图的云形外观。
云网络导致运行在云网络上的应用的类型的不断波动，从而导致随时间推移的不同的业务特性。业务需求的恒定改变使在网络交换机中经由优先级平面分配适当带宽以确保网络中的服务质量(“QoS”)的过程复杂化。例如，为一组业务类别静态地预留带宽的给定QoS配置文件在给定时间可能是适当的和有效的，但是如果业务需求急剧改变，则可能导致不利的行为。
因而，本发明的各个实施例提供新颖的方案来解决如何在云网络中的交换机队列之间分配带宽，尽管业务需求不断变化。在一些实施方式中，一个或多个云网络交换机中的一个或多个服务质量(QoS)策略可基于对多个业务类别中的每一个业务类别的预期业务需求而动态地改变。一个或多个云网络交换机中的带宽可以基于动态地改变的QoS策略而被动态地分配。
本发明提供了优于现有技术的优点，因为许多致力于QoS策略的企业网络主要集中于企业网络，与云网络相比，企业网络中的应用的业务需求的改变量相对更低。此外，相对于现有技术中依赖于网络交换机队列之间的静态带宽分配的其他优点。这是因为静态分配在业务需求不断变化的云环境中是不安全的。如果对于网络敏感的应用的业务分配在QoS策略中是不正确的，则业务可以经历分组延迟、抖动和/或丢失，而其他更低优先级的业务避免由于不正确的带宽分配而导致的这种降级。
在其他实施方式中，不同差异化服务框架可以经由分组报头中的差异化服务代码点(“DSCP”)字段以差异化方式对业务类别(例如，业务类别)进行分类并且将网元(交换机、路由器)配置为处理经标记的分组。例如，根据业务的重要性，被标记为“高优先级”的分组可以在其他分组之前被转发，或者可在交换机队列上保留一些带宽。
当业务类别的业务需求已知或众所周知时，这种QoS策略可实现预期的区分行为。由此，本发明应用于业务需求可随时间急剧变化的云网络。在一些实施方式中，在网络交换机上配置的QoS策略(即，队列带宽分配)可基于每个业务类别需求期望而动态地变化、调整、或改变。
在一些实施方式中，需求期望可以从与通常由覆盖软件定义网络(overlaySoftware Defined Network，overlay SDN)控制器实现的虚拟实体的调度有关的信息导出。在一些实施例中，本发明可以使用可见性将源自服务器到网元的需求映射到网络拓扑和路由中。此外，不同实施例对与所配置的策略不一致的网元提供持续监视和识别。依赖于由软件定义的底层控制器实现的云网络中的可编程性来动态地配置网元，本发明可以修改交换机QoS配置以反映在新的业务条件下的预期业务处理行为。在一些实施方式中，QoS策略可以基于预期的业务需求以可扩展的方式被改变、调整、和/或配置。仅当业务类别中的一个或多个业务类别之间的预期业务需求超过预定义的阈值时，可以修改分配以匹配新的业务类别需求。结果，当业务状况不断改变时，所提出的发明减轻了QoS优先级平面启用的问题。
如本文所使用的，“网元”可以指例如交换机、路由器和其他分组处理元件。而且，术语“网络交换机”的使用可仅被视为示例或说明。因此，使用术语“网络交换机”可以用“网元”代替以解决和捕获本发明的更宽广的视角。
此外，队列之间的带宽分配可以被显式地定义，诸如，队列3接收每秒50千兆字节(“Gbps”)，或者被隐式地定义，诸如，调度器服务队列3 50％的时间；在100Gbps的端口中，这对于队列3具有分配50Gbps的净效果。而且，也可以隐式地实现带宽分配。
此外，本发明的关键方面是利用QoS策略。这些策略适用于网元上的端口并且定义如何在给定端口的队列之间分割带宽。
将在本文中进一步描述所示实施例的各方面的其他示例和伴随的益处。
提前理解的是，虽然本公开包括关于云计算的详细描述，但是本文所引用的教导的实施方式不限于与一个或多个运载工具相关联的云计算环境和/或计算系统。相反，本发明的实施例能够结合现在已知的或以后开发的任何其他类型的计算环境来实现。
云计算是服务交付的模型，用于使得能够方便地、按需地网络访问可配置计算资源(例如，网络、网络带宽、服务器、处理、存储器、存储装置、应用、虚拟机和服务)的共享池，该可配置计算资源可以以最小的管理努力或与该服务的提供者的交互来快速供应和释放。该云模型可以包括至少五个特性、至少三个服务模型和至少四个部署模型。
特性如下：
按需自助服务：云消费者可以单方面地根据需要自动地提供计算能力，诸如服务器时间和网络存储，而不需要与服务的提供者的人类交互。
广泛的网络接入：能力可通过网络获得，并且通过促进异构瘦客户端平台或胖客户端平台(例如，移动电话、膝上型计算机和个人数字助理(PDA))使用的标准机制来访问。
资源池：提供者的计算资源被池化以使用多租户模型来服务于多个消费者，其中不同的物理和虚拟资源根据需要动态动态地指派和重新指派。存在位置独立性的感觉，因为消费者通常不具有对所提供的资源的确切位置的控制或了解，但可能能够以较高抽象级别(例如，国家、州或数据中心)指定位置。
快速弹性：能够快速和弹性地提供能力，在一些情况下自动地快速缩小和快速释放以快速放大。对于消费者而言，可用于供应的能力通常显得不受限制并且可以在任何时间以任何数量购买。
测量的服务：云系统通过在适合于服务类型(例如，存储、处理、带宽和活动用户账户)的某个抽象级别处利用计量能力来自动控制和优化资源使用。可以监视、控制和报告资源使用，为所利用的服务的提供者和消费者提供透明度。
服务模型如下：
软件即服务(SaaS)：提供给消费者的能力是使用在云基础设施上运行的提供者的应用。可通过诸如web浏览器(例如，基于web的电子邮件)之类的瘦客户端接口从不同客户端设备访问应用。消费者不管理或控制包括网络、服务器、操作系统、存储或甚至单独的应用能力的底层云基础设施，可能的例外是有限的用户特定应用配置设置。
平台即服务(PaaS)：提供给消费者的能力是将消费者创建的或获取的使用由提供商支持的编程语言和工具创建的应用部署到云基础设施上。消费者不管理或控制包括网络、服务器、操作系统或存储的底层云基础设施，但是对所部署的应用和可能的应用托管环境配置具有控制。
基础设施即服务(IaaS)：提供给消费者的能力是提供处理、存储、网络和消费者能够部署和运行任意软件的其他基本计算资源，所述软件可以包括操作系统和应用。消费者不管理或控制底层云基础设施，而是具有对操作系统、存储、所部署的应用的控制以及对所选联网组件(例如，主机防火墙)的可能受限的控制。
部署模型如下：
私有云：云基础架构仅为组织运作。它可以由组织或第三方管理，并且可以存在于场所内或场所外。
社区云：云基础架构被若干组织共享并支持共享了关注(例如，任务、安全要求、策略、和合规性考虑)的特定社区。它可以由组织或第三方管理，并且可以存在于场所内或场所外。
公共云：使云基础架构对公众或大型行业组可用，并且由出售云服务的组织拥有。
混合云：云基础架构是两个或更多个云(私有、社区或公共)的组合，这些云保持唯一实体但通过使数据和应用能够移植的标准化或专有技术(例如，云突发以用于云之间的负载平衡)绑定在一起。
云计算环境是面向服务的，集中于无状态、低耦合、模块化和语义互操作性。云计算的核心是包括互连节点网络的基础设施。
现在参见图1，示出了云计算节点的示例的示意图。云计算节点10仅仅是合适的云计算节点的一个示例，并不旨在对本文所描述的本发明的实施例的使用或功能的范围提出任何限制。无论如何，云计算节点10能够被实现和/或执行上文阐述的任何功能。
在云计算节点10中，存在计算机系统/服务器12，其可与许多其他通用或专用计算系统环境或配置一起操作。可以适用于计算机系统/服务器12的公知的计算系统、环境和/或配置的示例包括但不限于个人计算机系统、服务器计算机系统、瘦客户端、胖客户端、手持式或膝上型设备、多处理器系统、基于微处理器的系统、机顶盒、可编程消费电子产品、网络PC、小型计算机系统、大型计算机系统和包括上述任何系统或设备的分布式云计算环境等。
计算机系统/服务器12可以在由计算机系统执行的计算机系统可执行指令(例如程序模块)的一般上下文中描述。一般而言，程序模块可包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、逻辑、数据结构等。计算机系统/服务器12可以在分布式云计算环境中实践，其中任务由通过通信网络链接的远程处理设备执行。在分布式云计算环境中，程序模块可以位于包括存储器存储设备的本地和远程计算机系统存储介质中。
如图1所示，云计算节点10中的计算机系统/服务器12以通用计算设备的形式示出。计算机系统/服务器12的组件可以包括但不限于一个或多个处理器或处理单元16、系统存储器28和将包括系统存储器28的不同系统组件耦合到处理器16的总线18。
总线18表示若干类型的总线结构中的任何一种或多种，包括存储器总线或存储器控制器、外围总线、加速图形端口、以及使用各种总线架构中的任一种的处理器或局部总线。作为示例而非限制，此类体系结构包括工业标准体系结构(ISA)总线、微通道体系结构(MCA)总线、增强型ISA(EISA)总线、视频电子标准协会(VESA)局部总线以及外围组件互连(PCI)总线。
计算机系统/服务器12通常包括各种计算机系统可读介质。这样的介质可以是可由计算机系统/服务器12访问的任何可用介质，并且其包括易失性和非易失性介质、可移动和不可移动介质。
系统存储器28(或存储器子系统28)可以包括易失性存储器形式的计算机系统可读介质，诸如随机存取存储器(RAM)30和/或高速缓存存储器32。高速缓存存储器32可以包括例如在处理器16的多个核之间共享的共享高速缓存(诸如L2高速缓存)和/或可以包括私有高速缓存(诸如L1高速缓存)。计算机系统/服务器12还可以包括其他可移动/不可移动、易失性/非易失性计算机系统存储介质。仅通过示例的方式，存储系统34可以被提供用于从不可移动、非易失性磁介质(未示出，并且通常被称为“硬盘驱动器”)中读取和向其写入。尽管未示出，但可以提供用于从可移动非易失性磁盘(例如，“软盘”)读取或向其写入的磁盘驱动器，以及用于从可移动非易失性光盘(如CD-ROM、DVD-ROM或其他光学介质)读取或向其写入的光盘驱动器。在这样的情况下，每一个可以通过一个或多个数据介质接口连接到总线18。如以下将进一步描绘和描述的，系统存储器28可以包括具有被配置为执行本发明的实施例的功能的一组(例如，至少一个)程序模块的至少一个程序产品。
具有一组(至少一个)程序模块42的程序/实用程序40(例如，P/U)可以存储在系统存储器28中，作为示例而非限制，以及操作系统、一个或多个应用程序、其他程序模块和程序数据。操作系统、一个或多个应用程序、其他程序模块和程序数据中的每一个或它们的一些组合可以包括网络环境的实施方式。程序模块42(“P.M.”)通常执行如在此所描述的本发明的实施例的功能和/或方法。
计算机系统/服务器12也可以与一个或多个外部设备14(例如键盘、定点设备、显示器24等)通信，和/或与使得计算机系统/服务器12能够与一个或多个其他计算设备通信的任何设备(例如，网卡、调制解调器等)通信。这种通信可以经由输入/输出(I/O)接口22进行。此外，计算机系统/服务器12可以通过网络适配器20与一个或多个网络通信，例如局域网(LAN)、通用广域网(WAN)和/或公共网络(例如互联网)。如图所示，网络适配器20经由总线18与计算机系统/服务器12的其他组件通信。应当理解，虽然未示出，但是其他硬件和/或软件组件可以与计算机系统/服务器12结合使用。示例包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理单元、外部磁盘驱动器阵列、独立磁盘冗余阵列(RAID)系统、磁带驱动器和数据归档存储系统等。
现在参见图2，描绘了说明性云计算环境50。如图所示，云计算环境50包括云消费者使用的本地计算设备可以与其通信的一个或多个云计算节点10，本地计算设备诸如例如PDA或蜂窝电话54A、桌上型计算机54B、膝上型计算机54C和/或汽车计算机系统54N。节点10可彼此通信。它们可以物理地或虚拟地分组(未示出)在一个或多个网络中，诸如如上所述的私有云、社区云、公共云或混合云、或其组合。这允许云计算环境50提供基础设施、平台和/或软件作为云消费者不需要为其维护本地计算设备上的资源的服务。应当理解，图2中所示的计算设备54A-54N的类型仅旨在是说明性的，并且计算节点10和云计算环境50可通过任何类型的网络和/或网络可寻址连接(例如，使用网络浏览器)与任何类型的计算机化设备通信。
现在参见图3，示出了由云计算环境50(图2)提供的一组功能抽象层。应当事先理解，图3中所示的组件、层和功能仅旨在是说明性的，并且本发明的实施例不限于此。如所描述，提供以下层和对应功能：
设备层55包括物理设备和/或虚拟设备，该物理设备和/或虚拟设备嵌入有和/或独立电子器件、传感器、致动器、和其他对象以在云计算环境50中执行不同任务。设备层55中的每个设备将联网能力结合到其他功能抽象层，使得从设备获得的信息可以被提供给其他功能抽象层，和/或来自其他抽象层的信息可以被提供给设备。在一个实施例中，包括设备层55的不同设备可以合并统称为“物联网”(IoT)的实体网络。如本领域普通技术人员将理解的，这样的实体网络允许数据的互通、收集和传播以实现各种各样的目的。
如所示的设备层55包括传感器52、致动器53、具有集成处理的“学习”恒温器56、传感器和网络电子装置、相机57、可控家用插座/插孔58、以及如所示的可控电开关59。其他可能的装置可以包括但不限于各种另外的传感器设备、网络设备、电子设备(如远程控制设备)、另外的致动器设备、所谓的“智能”电器(如冰箱或洗涤器/干燥机)、以及多种其他可能的互连物体。
硬件和软件层60包括硬件和软件组件。硬件组件的示例包括：大型机61；基于RISC(精简指令集计算机)架构的服务器62；服务器63；刀片服务器64；存储设备65；以及网络和联网组件66。在一些实施例中，软件组件包括网络应用服务器软件67和数据库软件68。
虚拟化层70提供抽象层，从该抽象层可以提供虚拟实体的以下示例：虚拟服务器71；虚拟存储装置72；虚拟网络73，包括虚拟专用网络；虚拟应用和操作系统74；以及虚拟客户端75。
在一个示例中，管理层80可以提供以下描述的功能。资源供应81提供用于在云计算环境内执行任务的计算资源和其他资源的动态地采购。计量和定价82在云计算环境内利用资源时提供成本跟踪，并为这些资源的消费开账单或发票。在一个示例中，这些资源可以包括应用软件许可证。安全性为云消费者和任务提供身份验证，以及为数据和其他资源提供保护。用户门户83为消费者和系统管理员提供对云计算环境的访问。服务水平管理84提供云计算资源分配和管理，使得满足所需的服务水平。服务水平协议(SLA)规划和履行85提供云计算资源的预安排和采购，根据该SLA预期该云计算资源的未来要求。
工作负载层90提供可以利用云计算环境的功能的示例。可以从该层提供的工作负载和功能的示例包括：地图和导航91；软件开发和生命周期管理92；虚拟课堂教育交付93；数据分析处理94；事务处理95；以及在本发明的所示实施例的上下文中，用于在云网络交换机中的交换机端口的队列之间动态地分配带宽的不同工作负载和功能96。此外，用于在云网络交换机中的交换机端口的队列之间动态地分配带宽的工作负载和功能96可以包括这样的操作，诸如数据分析(analytics)、数据分析(analysis)，以及如将进一步描述的，检测和比较功能。本领域普通技术人员将理解，用于在云网络交换机中的交换机端口的队列之间动态地分配带宽的工作负载和功能96还可以与不同抽象层的其他部分(诸如硬件和软件层60、虚拟化层70、管理层80和其他工作负载层90(诸如例如数据分析处理94)中的那些抽象层)相结合地工作，以实现本发明所例示的实施例的不同目的。
如先前所指示的，本发明提供了在云计算环境中的云网元中的动态带宽分配。服务质量(QoS)策略可以基于动态地估计多个业务类别中的每一个业务类别的预期业务需求而在一个或多个云网络交换机中动态地改变，其中带宽基于改变QoS策略而在队列之间被动态地分配。
现在转到图4，现在将更详细地描述包括支持软件定义网络(SDN)的网络401的系统400的示例。在图4所示的示例中，系统400是包括多个服务器402和客户端系统404的企业系统，所述服务器和客户端系统404被配置为使用具有SDN能力(例如，OpenFlow兼容)的交换机406通过网络401进行通信。因此，网络401还可以被称为企业网络401并且可以在地理上分布在多个物理位置之间。在示范性实施例中，也被称为主机或主机系统的服务器402是高速处理设备(例如，大型计算机、桌上型计算机、膝上型计算机、手持式设备、嵌入式计算设备等)，该高速处理设备包括能够读取和执行指令并处理与系统400的不同组件的交互的至少一个处理电路(例如，计算机处理器/CPU)。服务器402中的一个或多个可以是存储系统服务器，该存储系统服务器被配置为访问大量数据并将大量数据存储至一个或多个数据存储系统408。服务器402还可以是包括一个或多个工作量管理器420、子程序422和其他应用(未示出)的计算节点。
客户端系统404可以包括各种桌上型计算机、膝上型计算机、通用计算机设备、移动计算设备和/或具有处理电路和输入/输出(I/O)接口的联网设备，诸如按键/按钮、触摸屏、音频输入、显示设备和音频输出。客户端系统404可以直接链接到一个或多个交换机406或通过一个或多个无线接入点410无线链接。
数据存储系统408指任何类型的计算机可读存储介质，且可包括一个或多个辅助存储元件，例如硬盘驱动器(HDD)、固态存储器、磁带或在服务器402内部或外部的存储子系统。可以存储在数据存储系统408中的数据的类型包括例如不同文件和数据库。可以存在由服务器402中的一个或多个利用的多个数据存储系统408，该多个数据存储系统408可以分布在系统400的各个位置中。
系统400还包括SDN控制器410，该SDN控制器410是被配置为在网络401内做出路由决策的中央软件定义网络控制器。SDN控制器412建立安全链路403，以配置交换机406和交换机406之间的链路405的通信属性。例如，SDN控制器412可以配置交换机406以控制服务器402和客户端系统404之间以及一个或多个防火墙414和一个或多个负载网络418之间的数据流的分组路由路径。一个或多个防火墙414限制网络401与一个或多个外部网络418之间的网络业务的访问和流动。一个或多个负载网络418可以在多个计算机上(诸如在服务器402之间)分配工作负载。SDN控制器412还可以配置交换机406，以定义在服务器402、程序(例如，虚拟机)和在服务器402上运行的子程序422之间的流。
服务器402、客户端系统404和SDN控制器412可以包括本领域已知的不同计算机/通信硬件和软件技术，例如，一个或多个处理单元或电路、易失性和非易失性存储器(包括可移动介质)、电源、网络接口、支持电路、操作系统等。虽然SDN控制器412被描述为单独的组件，但是应该理解，网络配置功能可以以单独的或分布式的格式可选地实现在一个或多个服务器402或客户端系统404中。
网络401可以包括无线、有线和/或光纤链路的组合。如图4所示的网络401表示用于解释目的的简化实例。例如，网络401中描绘的每个链路405可包括一个以上物理链路。网络401的实施例可以包括多个交换机406(例如，几百个)，每个交换机406具有几十个端口和链路。交换机406通常也称为网络资源，并且可以表示能够通过一个或多个端口转发数据的任何类型的设备。网络401可以支持各种已知的通信标准，这些标准允许在服务器402、客户端系统404、交换机406、SDN控制器412、(多个)防火墙414、和/或(多个)负载均衡器416之间传输数据。通信协议通常在一个或多个层中实现，诸如物理层(层1)、链路层(层2)、网络层(层3)、传输层(层4)和应用层(层5)。在示范性实施例中，网络401支持SDN作为层2协议。交换机406可以是专用SDN交换机或也支持第2层和第3层以太网的启用SDN的通用交换机。
在示范性实施例中，服务器402之一是可操作用于配置SDN控制器412的企业服务器402。可以在企业服务器402和SDN控制器412之间使用安全链路403。SDN控制器412可以聚合并分配流并管理交互。SDN控制器412还可以列出默认的服务质量要求，例如端到端延迟和带宽要求，以及基于每个链路的其他要求，例如抖动。SDN控制器412可以基于业务需求和业务类别进行初始分配和供应。
现在转向图5，示出了根据示出的实施方式的各种机制的示例性功能组件500的框图。图5示出了用于在云计算环境中的云网络交换机中的动态带宽分配的系统500。在一个方面，图1-图4中描述的组件、模块、服务、应用和/或功能中的一个或多个可用于图5。在一个方面，为了简洁起见，省略对在本文描述的其他实施例(例如，图1-图4)中采用的类似元件、组件、模块、服务、应用和/或功能的重复描述。
考虑到上述内容，根据本发明，模块/组件块500还可以被合并到用于在云计算环境中的云网络交换机中的动态带宽分配(例如，动态地改变服务质量“QoS”策略)的系统的不同硬件和软件组件中。功能框500中的许多功能框可以作为后台过程在不同组件上执行，在分布式计算组件中执行，或者在用户设备上执行，或者在别处执行。
图1的计算机系统/服务器12被示出为包括动态带宽分配服务510。根据本发明的各方面，动态带宽分配服务510可以包括处理器520和存储器530，以执行不同计算、数据处理和其他功能。动态带宽分配服务510可由图1的计算机系统/服务器12提供。
如本领域普通技术人员将理解的，动态带宽分配服务510中不同功能单元的描绘是为了说明的目的，因为功能单元可以位于动态带宽分配服务510内，或位于分布式计算组件内和/或分布式计算组件之间的其他地方。
在一个方面，计算机系统/服务器12和/或动态地带宽分配服务510可提供虚拟化计算服务(即，虚拟化计算、虚拟化存储、虚拟化联网等)。更具体地，动态带宽分配服务510可以提供和/或被包括在虚拟化计算、虚拟化存储、虚拟化联网和在硬件基板上执行的其他虚拟化服务中。
在一个方面，动态带宽分配服务510可提供和/或关联于QoS组件540、业务类别组件550、配置组件560、以及分配组件570，它们中的每一个可彼此通信。
在一个方面，使用QoS组件540、业务类别组件550、配置组件560和分配组件570中的一个或多个的动态带宽分配服务510可以基于针对多个业务类别中的每一个业务类别的预期业务需求在一个或多个云网络交换机中动态地改变服务质量(QoS)策略，其中基于动态地改变QoS策略在云网络交换机上的队列之间动态地分配带宽。
在一个方面，使用QoS组件540、业务类别组件550和配置组件560中的一个或多个，动态带宽分配服务510可以基于多个覆盖网络控制器对一个或多个虚拟实体的调度来确定业务需求。
在一个方面，使用QoS组件540、业务类别组件550和配置组件560中的一个或多个，动态带宽分配服务510可使用计算网络中的拓扑和路由的知识来将业务需求映射到网元；以及基于该映射来监视和识别与该QoS策略中的一个或多个冲突的网元。
与配置组件560相关联的QoS组件540可以基于预期的业务需求来切换或调整QoS策略。
在一个方面，使用QoS组件540、业务类别组件550和配置组件560中的一个或多个，动态带宽分配服务510可以通过确定在一个或多个计算服务器上执行的一个或多个虚拟实体的数量来确定多个业务类别中的每一个业务类别的业务需求的最大量。
在一些实施方式中，配置组件560可以基于动态地改变QoS策略来配置多个网元。
在其他实施方式中，关于基于预期业务需求在一个或多个云网络交换机中动态地改变QoS策略，使用QoS组件540、业务类别组件550和配置组件560中的一个或多个，动态带宽分配服务510可以确定针对多个业务类别中的每一个业务类别的业务需求超过预定业务阈值；以及在云网络交换机上的队列之间动态地分配带宽以使得能够基于QoS策略来处理和服务业务需求。
为了进一步解释，图6是描绘根据本发明的实施例的用于基于业务需求的预测的在云计算环境中的云网络交换机中的动态带宽分配的操作的框图。
也就是说，图6是描绘具有在主干交换机和叶交换机(例如，主干交换机652A-M和叶交换机642A-D)之间运行的等价多路径(“ECMP”)协议的主干/叶网络600的框图。在一个方面中，图1-图5中描述的组件、模块、服务、应用和/或功能中的一个或多个可用于图6。在一个方面，为了简洁起见，省略对在此描述的其他实施例(例如，图1-图5)中采用的类似元件、组件、模块、服务、应用和/或功能的重复描述。在一些实施方式中，可假设具有主干/叶网络600拓扑的数据中心网络，诸如例如网络630中的主干交换机652A-M，但也可应用于其他网络拓扑。
如图6所示，3个服务器的组成包括在机架1(RACK1)(即，机架640A)中，并且机架1的总体组成改变超出预先建立的阈值。结果，修改与其相关联的所有端口上的一个或多个QoS策略(例如，以黑点示出的所有端口，诸如，叶交换机642A和主干交换机652A-M的端口，以及以透明点示出的端口，诸如，叶交换机642A和642D的端口)。一些端口(例如，诸如叶交换机642A和642D的端口之类的透明点)中的QoS策略基于服务器业务组成。类似地，一些端口(例如，以黑点示出的所有端口，诸如例如叶交换机642A和主干交换机652A-M的端口)中的QoS策略反映聚合机架业务的改变。
由此，本发明(诸如使用主干/叶网络600)基于每个业务类别(TC)的需求期望来提供云计算网络630中的云网络交换机中的动态改变的QoS策略。如图6所示，底层云网络控制器610(例如，底层SDN控制器)和覆盖云网络控制器620(例如，覆盖SDN控制器)以及它们之间的通信。底层云网络控制器610和覆盖云网络控制器620可以是共址的和/或被并入到单个网络栈中。底层云网络控制器610对云计算网络630拓扑以及网络630中的服务器之间的路由具有可见性，并且具有更新网络交换机上的业务处理行为的能力。
覆盖云网络控制器620可以包括在每个服务器(例如，服务器机架640A-640D中的每一个机架中的服务器)上生成针对每个业务类别(“TC”)的预期业务需求的所有必要信息。这些预期需求可以基于可以在服务器机架640A-640D上执行/运行的虚拟机(“VM”)配置文件来计算。
例如，网络630加速托管在服务器(例如，机架640A-640D上的服务器之一)上的给定类型的VM中的每一个，该服务器可以被用作该给定VM类型的预期租户业务需求。另外，如果业务类别之一用于存储，则可以通过利用每秒虚拟盘输入/输出操作(“IOPS”)的上限，对在服务器(例如，服务器机架640A-640D之一)上运行的所有VM的存储需求进行求和来计算分配给服务器(例如，机架640A-640D上的服务器之一)的业务的最大量。可以通过对跨机架中的所有服务器(例如，机架640A-640D中的一个或多个上的每个服务器)的给定类别的预期需求进行求和来将此信息聚合到机架级别。
覆盖云网络控制器620周期性地通知底层云网络控制器610由于虚拟实体(例如VM、虚拟NIC和虚拟盘)的到达和/或离开而引起的每TC的预期需求的变化。例如，如果支持k个业务类别，则底层云网络控制器610基于分配给在每一个服务器(例如，一个或多个机架640A-640D上的一个或多个服务器)上运行的虚拟实体的网络630资源来保持对k个类别中的每一个的预期需求量。
底层云网络控制器610跟踪针对每个业务类别的服务器级别和机架级别(例如，一个或多个机架640A-640D上的一个或多个服务器)的需求组成，并且可以将多个业务类别映射映射到交换机端口处的输出队列。
业务类别到输出队列的这种映射是可配置的。底层云网络控制器610还维护网络630中的每个端口的QoS配置文件。端口的QoS配置文件反映交换机资源的多少应当被分配给每个输出队列的处理业务。所以，QoS策略确定交换机如何处理来自每个类别的业务。
在一些实施方式中，交换机端口处的QoS策略可以使用循环调度来将调度器的时间分配给每个输出队列。QoS策略可以基于对每个输出队列的预期需求使用反映用户偏好的业务的上限或预留来定义。例如，为了说明性目的，假设100千兆字节每秒(Gbps)的端口速度，如果底层云网络控制器610知道映射到i个业务调用的需求从未超过piGbps，则用于将i个业务调用列对的资源分配可以配置为pi％，其中是i正整数。
例如，QoS策略可以分配以下百分比[p1,p2,p3,p4,p5,p6,p7,p8]，其中p1+...+p8等于100％。如果映射到队列的预期业务量改变，那么可修改QoS配置文件以反映所述改变。业务类别到输出队列并且然后到资源分配的这种映射可以由底层云网络控制器610来管理。最初，所有底层交换机中的所有队列可以被分配，以在TC之间均匀地共享可用资源。
随着业务需求的组成在云网络中改变，导致预期需求的改变，所提出的发明相应地改变端口处的QoS策略。底层云网络控制器610识别与来自覆盖云网络控制器620的最后更新相比，其业务组成已经改变超过所建立的阈值的服务器(例如，一个或多个机架640A-640D上的一个或多个服务器)。
目标是当业务组成中存在显著差异时避免对微小改变做出更新和做出修改。假定k个业务类别，该计算涉及比较两个向量。例如，这种识别可以基于试探法，诸如对其对任何业务类别的需求增加两倍或减少一半的端口进行标记。该计算的灵敏度可以基于网络630的需要来调谐。当覆盖云网络控制器620通知底层云网络控制器610时，底层云网络控制器610执行以下操作。在步骤1a中，可识别与上一次更新相比其业务组成已改变超过所建立的阈值的一组服务器S。在步骤1b)中，对于叶交换机上的每个端口，例如，在连接至S中的服务器的叶交换机642A-D中的一个上，可改变出口QoS策略以反映新的组成。在步骤2a)可以识别与上一次更新相比其业务组成已经改变超过所建立的阈值的一组机架R(例如，服务器机架640A-640D中的一个)。在步骤2b)对于连接到R中的机架的每个叶I，QoS策略可在面向主干交换机的端口上改变以反映每个主干(例如，主干交换机652A-M中的每一个)上的新的QoS策略，QoS策略可在端口上改变为I以反映新的QoS策略。
如图6所示，示出了具有在主干交换机和叶交换机之间运行的等价多路径(ECMP)协议的示例性主干/叶网络。在该示例中，机架1中的3个服务器的组成以及机架1的总体组成改变超出预先建立的阈值。因此，修改了所示出的所有端口(例如，服务器机架640A-640D、642A中的一个和主干交换机652A-M中的每一个)上的QoS策略。橙色端口中的QoS策略基于每个步骤1a的服务器业务组成。类似地，红色端口中的QoS策略反映根据步骤2b的聚合机架业务的变化。
QoS策略改变可以应用在预先定义的离散步骤中，并且仅在超过某些阈值时被触发。用于调整阈值或触发交换机端口中的QoS策略改变的逻辑可考虑实时信息，即，当某些业务类别的分组丢失发生时或基于采样的实时通信机构中的业务流。可以调整常规超过其分配的业务类别的QoS策略。
现在转向图7，描绘了用于由处理器执行的在云计算环境中的云网络交换机中的动态带宽分配的方法700，其中可实施所示实施例的各方面。功能700可以被实施为在机器上执行为指令的方法，其中指令被包括在至少一个计算机可读介质或一个非暂态机器可读存储介质上。功能700可在框702中开始。
服务质量(QoS)策略可以基于动态地估计多个业务类别中的每一个业务类别的预期业务需求而在一个或多个云网络交换机中动态地改变，其中带宽基于改变QoS策略而在队列之间被动态地分配，如在框704中的。如在框706中的，可基于动态地改变QoS策略来动态地分配一个或多个云网络交换机中的带宽。功能700可结束，如在框708中的。
在一个方面，结合图7的至少一个框和/或作为至少一个框的一部分，方法700的操作可以包括以下每一个。方法700的操作可基于与调度一个或多个虚拟实体的覆盖控制器的通信来确定业务需求。方法700的操作可以使用计算网络中的拓扑和路由将来自一个或多个计算服务器的业务需求映射到网元；以及基于映射来监视和标识与QoS策略中的一个或多个冲突的网元。
方法700的操作可以基于预期的业务需求切换或调整QoS策略。方法700的操作可以通过确定在一个或多个计算服务器上执行的一个或多个虚拟实体的数量并使用一个或多个虚拟实体的配置文件来确定多个业务类别中的每个业务类别的业务需求的最大量。方法700的操作可以基于动态地改变QoS策略来配置多个网元。与基于预期业务需求在一个或多个云网络交换机中动态地改变QoS策略相关联地，方法700的操作可以确定：针对多个业务类别中的每一个业务类别的业务需求超过预定业务阈值；以及动态地将网络资源(例如，带宽)分配给一个或多个云网元，以能够基于QoS策略来处理和服务业务需求。
方法700的操作可以基于预期的业务需求切换或调整QoS策略。方法700的操作可以通过确定在一个或多个计算服务器上执行的一个或多个虚拟实体的数量来确定多个业务类别中每一个业务类别的业务需求的最大量。方法700的操作可以基于动态地改变QoS策略来配置多个网元。方法700的操作可以确定针对多个业务类别中的每个业务类别的业务需求超过预定的业务阈值；并且在云网络交换机上的队列之间动态地分配带宽以使得能够基于QoS策略来处理和服务业务需求。
方法700的操作可以确定一个或多个虚拟实体被调度或移除以用于在一个或多个云网络交换机上执行；以及基于确定一个或多个虚拟实体被调度或移除来为多个业务类别中的每个业务类别的业务需求预留或释放一个或多个网元和资源。
本发明可以是装置、系统、方法和/或计算机程序产品。计算机程序产品可以包括其上具有用于使处理器执行本发明的各方面的计算机可读程序指令的计算机可读存储介质(或多个介质)。
计算机可读存储介质可以是可保留和存储供指令执行装置使用的指令的有形装置。计算机可读存储介质可以是，例如但不限于，电子存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备、或者上述的任意合适的组合。计算机可读存储介质的更具体示例的非穷尽列表包括以下各项：便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、静态随机存取存储器(SRAM)、便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、数字通用盘(DVD)、记忆棒、软盘、诸如穿孔卡之类的机械编码设备或具有记录在其上的指令的槽中的凸出结构、以及上述各项的任何合适的组合。如本文所使用的计算机可读存储介质不应被解释为暂时性信号本身，例如无线电波或其他自由传播的电磁波、通过波导或其他传输介质传播的电磁波(例如，穿过光纤电缆的光脉冲)或通过电线发射的电信号。
本文中所描述的计算机可读程序指令可以经由网络(例如，互联网、局域网、广域网和/或无线网络)从计算机可读存储介质下载到相应的计算/处理设备，或者下载到外部计算机或外部存储设备。网络可以包括铜传输电缆、光传输纤维、无线传输、路由器、防火墙、交换机、网关计算机和/或边缘服务器。每个计算/处理设备中的网络适配器卡或网络接口接收来自网络的计算机可读程序指令，并转发计算机可读程序指令以存储在相应计算/处理设备内的计算机可读存储介质中。
用于执行本发明的操作的计算机可读程序指令可以是汇编指令、指令集架构(ISA)指令、机器指令、机器相关指令、微代码、固件指令、状态设置数据、或以一种或多种程序设计语言的任何组合编写的源代码或目标代码，这些程序设计语言包括面向对象的程序设计语言(诸如Smalltalk、C++等)、以及常规的过程式程序设计语言(诸如“C”程序设计语言或类似程序设计语言)。计算机可读程序指令可以完全地在用户计算机上执行、部分在用户计算机上执行、作为独立软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行或者完全在远程计算机或服务器上执行。在后一种情况下，远程计算机可通过任何类型的网络(包括局域网(LAN)或广域网(WAN))连接至用户计算机，或者可连接至外部计算机(例如，使用互联网服务提供商通过互联网)。在一些实施例中，包括例如可编程逻辑电路、现场可编程门阵列(FPGA)或可编程逻辑阵列(PLA)的电子电路可以通过利用计算机可读程序指令的状态信息来使电子电路个性化来执行计算机可读程序指令，以便执行本发明的各方面。
下面将参照根据本发明实施例的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图和/或框图描述本发明。应当理解，流程图和/或框图的每个框以及流程图和/或框图中各框的组合，都可以由计算机可读程序指令实现。
这些计算机可读程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器以产生机器，使得经由计算机或其他可编程数据处理装置的处理器执行的指令创建用于实现在流程图和/或框图的或多个框中指定的功能/动作的装置。也可以把这些计算机可读程序指令存储在计算机可读存储介质中，这些指令使得计算机、可编程数据处理装置、和/或其他设备以特定方式工作，从而，其中存储有指令的计算机可读存储介质包括包含实现流程图和/或框图中的或多个框中规定的功能/动作的方面的指令的制造品。
也可以把计算机可读程序指令加载到计算机、其他可编程数据处理装置、或其他设备上，使得在计算机、其他可编程装置或其他设备上执行一系列操作步骤，以产生计算机实现的处理，使得在计算机、其他可编程装置或其他设备上执行的指令实现在流程图和/或框图的或多个框中指定的功能/动作。
附图中的流程图和框图示出了根据本发明的不同实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现方式的架构、功能和操作。对此，流程图或框图中的每个框可表示指令的模块、段或部分，其包括用于实现指定的逻辑功能的一个或多个可执行指令。在一些备选实施方式中，框中标注的功能可以不按照图中标注的顺序发生。例如，取决于所涉及的功能，连续示出的两个块实际上可以基本上同时执行，或者这些块有时可以以相反的顺序执行。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个框、以及框图和/或流程图中的框的组合，可以用执行规定的功能或动作或执行专用硬件与计算机指令的组合的专用的基于硬件的系统来实现。

Claims (9)

1.一种用于在云计算环境中的云网元中的动态带宽分配的方法，所述方法由处理器执行，所述方法包括：
基于动态地估计多个业务类别中的每个业务类别的预期业务需求来动态地改变一个或多个云网络交换机中的服务质量QoS策略，其中，所述带宽基于改变所述QoS策略而在队列之间被动态地分配。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括基于与调度一个或多个虚拟实体的覆盖控制器的通信来确定所述业务需求。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括：
使用计算网络中的拓扑和路由将来自一个或多个计算服务器的业务需求映射到网元；以及
基于所述映射来监测和识别与所述QoS策略中的一个或多个冲突的网元。
4.根据权利要求1所述的方法，还包括基于所述期望的业务需求来切换或调整所述QoS策略。
5.根据权利要求1所述的方法，还包括：通过确定在一个或多个计算服务器上执行的一个或多个虚拟实体的数量，并且使用所述一个或多个虚拟实体的配置文件，确定所述多个业务类别中的每个业务类别的所述业务需求的最大量。
6.根据权利要求1所述的方法，还包括基于动态地改变所述QoS策略来配置多个网元。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，基于预期业务需求来动态地改变一个或多个云网络交换机中的所述QoS策略还包括：
确定所述多个业务类别中的每个业务类别的业务需求超过预定的业务阈值；以及
动态地将网络资源分配给所述一个或多个云网元，以能够基于所述QoS策略来处理和服务所述业务需求。
8.一种用于在云计算环境中的云网元中的动态带宽分配的系统，所述系统包括：
具有可执行指令的一个或多个计算机，所述可执行指令在被执行时使得所述系统执行如权利要求1-7中任一项所述的方法。
9.一种用于在云计算环境中的云网元中的动态带宽分配的计算机程序产品，所述计算机程序产品包括：
程序指令，所述程序指令可由处理器执行以使所述处理器执行权利要求1-7中任一项所述的方法。
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