CN117395200A - 链路聚合负载平衡装置以及链路聚合负载平衡方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种链路聚合负载平衡装置以及链路聚合负载平衡方法。该链路聚合负载平衡装置包含流量监测电路以及初始分配电路。该流量监测电路用以监测链路聚合组的多个成员端口的流量,以对该多个成员端口进行分类来得到成员端口分类结果。该初始分配电路用以依据该成员端口分类结果,自该多个成员端口中选取目标成员端口来作为数据流的转发端口。
Description
技术领域
本发明涉及链路聚合(link aggregation)技术,尤其涉及一种通过流量监测来进行初始分配以及通过流量统计来进行动态调整的链路聚合负载平衡装置以及链路聚合负载平衡方法。
背景技术
链路聚合技术可以在不进行硬件升级的条件下,通过将多个物理端口(physicalport)汇聚形成一个逻辑端口(logical port),使得多个物理端口的流量汇聚,进而达到增加链路带宽的目的,此外,通过链路聚合,也可增强链路的可靠性。理论上,链路聚合的最大带宽为同一链路聚合组(link aggregation group)中所有成员链路的带宽总和,为了最大化链路聚合的带宽利用率,需要让流量相对均匀地分布在所有的成员链路中,以防止出现部分链路壅塞而其它链路相对空闲的状态,因此,极需一种可以实现链路聚合负载平衡的装置与方法。
发明内容
因此,本发明的目的之一在于提出一种通过流量监测来进行初始分配以及通过流量统计来进行动态调整的链路聚合负载平衡装置以及链路聚合负载平衡方法。
在本发明的一个实施例中,公开一种链路聚合负载平衡装置。该链路聚合负载平衡装置包含流量监测电路以及初始分配电路。该流量监测电路用以监测链路聚合组的多个成员端口的流量,以对该多个成员端口进行分类来得到成员端口分类结果。该初始分配电路用以依据该成员端口分类结果,自该多个成员端口中选取目标成员端口来作为数据流的转发端口。
在本发明的另一个实施例中,公开一种链路聚合负载平衡方法。该链路聚合负载平衡方法包含:监测链路聚合组的多个成员端口的流量,以对该多个成员端口进行分类来得到成员端口分类结果;以及依据该成员端口分类结果,自该多个成员端口中选取目标成员端口来作为数据流的转发端口。
相较于软件转发学习阶段采用轮询模式来按照多个数据流的发送顺序依序将多个数据流分配到多个成员端口,本发明通过流量监测来进行初始分配,由于参照各个成员端口的实际流量来为数据流分配转发端口,故可以更高机率实现负载平衡。此外,相较于硬件转发阶段使用固定不变的转发端口设定,本发明通过流量统计来对流转发表进行动态调整,即便同一数据流在转发过程中可能会具有流量波动,由于可动态将转发端口由忙碌端口切换至空闲端口,故可避免部分转发端口出现流量壅塞而其他转发端口空闲的不平衡现象。
附图说明
图1为本发明一实施例的网络系统的示意图。
图2为本发明一实施例的链路聚合负载平衡装置的示意图。
图3为本发明一实施例的流量监测方法的流程图。
图4为本发明一实施例的初始分配方法的流程图。
图5为本发明一实施例的流量统计方法的流程图。
图6为本发明一实施例的动态调整方法的流程图。
【符号说明】
100:网络系统
102:光纤线路终端
104:光分路器
106:光网络单元
108:交换器
110:个人计算机
112,200:链路聚合负载平衡装置
114:成员链路
202:流量监测电路
204:初始分配电路
206:流量统计电路
208:动态调整电路
210:流量学习模块
211:流转发表
212:硬件转发电路
302~318,402~408:502~506,602~612:步骤
CR:成员端口分类结果
L1:空闲端口列表
L2:忙碌端口列表
MT:数据流与转发端口的映射表
F:数据流统计表
具体实施方式
以下描述为本发明实施的优选实施例。以下实施例仅用来例举阐释本发明的技术特征,并非用来限制本发明的范围。在通篇说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定的组件。本领域技术人员应可理解,制造商可能会用不同的名词来称呼同样的组件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异来作为区别组件的方式,而以组件在功能上的差异来作为区别的基准。本发明的范围应当参考所附的权利要求书来确定。在以下描述和权利要求书当中所提及的术语“包含”和“包括”为开放式用语,故应解释成“包含,但不限定于…”的意思。此外,术语“耦接”意指间接或直接的电气连接。因此,若文中描述一个装置耦接至另一装置,则代表该装置可直接电气连接于该另一装置,或者通过其它装置或连接手段间接地电气连接至该另一装置。
图1为本发明一实施例的网络系统的示意图。本实施例中,网络系统100采用光纤网络,因此具有光纤线路终端(optical line terminal,OLT)102、光分路器(splitter)104以及光网络单元(optical network unit,ONU)106,另外,个人计算机(personalcomputer)110可通过交换器(switch)108而连线至光网络单元106。本实施例中,交换器108以及光网络单元106支持链路聚合技术,此外,光网络单元106采用本发明所公开的链路聚合负载平衡装置112,并通过本发明所公开的链路聚合负载方法来最大化多条成员链路114的带宽利用率。然而,此仅作为范例说明之用,并非作为本发明的限制条件,实际上,任何采用本发明所公开的链路聚合负载平衡装置及链路聚合负载方法的网络设备(例如交换器或者路由器(router)),均落入本发明的范围。针对数据流的转发端口设定,本发明所公开的链路聚合负载平衡装置及链路聚合负载方法可通过流量监测来进行初始分配以及通过流量统计来进行动态调整,进一步的操作细节将搭配附图而说明于下。
图2为本发明一实施例的链路聚合负载平衡装置的示意图。图1所示的链路聚合负载平衡装置112可由图2所示的链路聚合负载平衡装置200来实现。本实施例中,链路聚合负载平衡装置200包含流量监测电路202、初始分配电路204、流量统计电路206以及动态调整电路208。初始分配电路204会提供数据流与转发端口的映射表MT至流量学习模块210,流量学习模块210可以是软件模块,用以处理软件转发,此外,流量学习模块210可参照数据流与转发端口的映射表MT来学习并设定流转发表211,流转发表211会记载流转发规则,而硬件转发电路212会参照流转发表211来执行硬件加速转发,由于本发明的重点在于链路聚合负载平衡装置200且本领域技术人员可轻易得知流量学习模块210与硬件转发电路212的功能,故流量学习模块210与硬件转发电路212的操作细节在此不再赘述。
流量监测电路202用以监测链路聚合组的多个成员端口的流量,以对该多个成员端口进行分类来得到成员端口分类结果CR,例如成员端口分类结果CR可包含空闲端口列表L1及忙碌端口列表L2。图3为本发明一实施例的流量监测方法的流程图。图3所示的流量监测方法为本发明链路聚合负载平衡方法的一部分,并且可由流量监测电路202来执行,假若可得到大致相同的结果,则步骤不一定要完全依照图3所示顺序来执行。流量监测电路202会周期地监测每个成员端口的流量,因此,在步骤302,流量监测电路202会启动计时器(未显示)来决定下次执行流量监测的时间,亦即,在步骤318,流量监测电路202会判断计时器是否已经计时达到预定时间(例如计时器倒数为0),当计时器已经计时达到预定时间,计时器会重新计时,且流程会再次进入步骤304。在步骤304,流量监测电路202会监测每个成员端口的流量。在步骤306,流量监测电路202逐一比较每个成员端口的流量与阈值a,来判断流量是否不大于预定阈值a。若流量不大于阈值a,则流量监测电路202会将此成员端口分类为空闲端口,并更新空闲端口列表L1(步骤308),其中空闲端口列表L1可记录每个被分类为空闲端口的成员端口与相对应的流量。若流量大于预定阈值a,则流量监测电路202会将此成员端口分类为忙碌端口,并更新忙碌端口列表L2(步骤310),其中忙碌端口列表L2可记录每个被分类为忙碌端口的成员端口与相对应的流量。成员端口分类操作会不断重复执行,直到链路聚合组中所有成员端口均完成分类为止(步骤312)。
假若链路聚合组中所有成员端口均是空闲端口,则忙碌端口列表L2会是空列表,而空闲端口列表L1不会是空列表。假若链路聚合组中所有成员端口均是忙碌端口,则空闲端口列表L1会是空列表,而忙碌端口列表L2不会是空列表。假若链路聚合组中的成员端口包含忙碌端口及空闲端口,则空闲端口列表L1不会是空列表,且忙碌端口列表L2也不会是空列表。
在步骤314,流量监测电路202判断空闲端口列表L1与忙碌端口列表L2两者是否均不为空,假若空闲端口列表L1与忙碌端口列表L2两者均不为空,这表示链路聚合组的所有成员端口中,除了忙碌端口以外,另还存在空闲端口,因此,后续有机会对目前的转发端口进行动态调整,故流量监测电路202会触发流量统计电路206来对忙碌端口进行流量统计(步骤316)。假若空闲端口列表L1与忙碌端口列表L2中至少一个为空,这表示链路聚合组的所有成员端口中,并非同时存在空闲端口及忙碌端口,因此,后续便没有机会对目前的转发端口进行动态调整,故流量监测电路202无需触发流量统计电路206来对忙碌端口进行流量统计。
初始分配电路204用以依据成员端口分类结果CR(包含空闲端口列表L1及忙碌端口列表L2),自链路聚合组的多个成员端口中选取一目标成员端口来作为一数据流的转发端口,例如,当有新的数据流要通过图1所示的光网络单元106转发至交换器108时,链路聚合负载平衡装置112会为此数据流分配转发端口,当链路聚合负载平衡装置112采用图2所示的链路聚合负载平衡装置200,则初始分配电路204会参照成员端口分类结果CR来得知链路聚合组中每个成员端口的状态,并据此选出合适的成员端口来作为数据流的转发端口。图4为本发明一实施例的初始分配方法的流程图。图4所示的初始分配方法为本发明链路聚合负载平衡方法的一部分,并且可由初始分配电路204来执行,假若可得到大致相同的结果,则步骤不一定要完全依照图4所示顺序来执行。在步骤402,初始分配电路204收到流量监测电路202所提供的成员端口分类结果CR,并判断空闲端口列表L1是否不为空。若空闲端口列表L1不为空,这表示链路聚合组的成员端口中包含至少一空闲端口,此时,初始分配电路204会优先选择空闲端口来为数据流分配转发端口,因此,初始分配电路204会自空闲端口列表L1(记录至少一空闲端口)中选取流量最小的空闲端口来作为该目标成员端口(步骤404),亦即,初始分配电路204将流量最小的空闲端口分配给新数据流来作为新数据流的转发端口。若空闲端口列表L1为空,这表示链路聚合组的所有成员端口均是忙碌端口,此时,初始分配电路204只能选择忙碌端口来为数据流分配转发端口,因此,初始分配电路204会自忙碌端口列表L2(记录多个忙碌端口)中选取流量最小的忙碌端口来作为该目标成员端口(步骤406),亦即,初始分配电路204将流量最小的忙碌端口分配给新数据流来作为新数据流的转发端口。在步骤408,初始分配电路204会提供数据流与转发端口的映射表MT至流量学习模块210,以供流量学习模块210设定流转发表211。
如上所述,假若空闲端口列表L1与忙碌端口列表L2两者均不为空,这表示链路聚合组的所有成员端口中,除了忙碌端口以外,另还存在空闲端口,因此,后续有机会对目前的转发端口进行动态调整,故流量监测电路202会触发流量统计电路206来对忙碌端口进行流量统计,此外,流量监测电路202另会将忙碌端口列表L2提供给流量统计电路206,接着,流量统计电路206用以针对忙碌端口列表L2中所记录的每一忙碌端口进行流量统计,来产生一忙碌端口流量统计结果(例如所有忙碌端口的数据流统计表F)。图5为本发明一实施例的流量统计方法的流程图。图5所示的流量统计方法为本发明链路聚合负载平衡方法的一部分,并且可由流量统计电路206来执行,假若可得到大致相同的结果,则步骤不一定要完全依照图5所示顺序来执行。在步骤502,流量统计电路206判断关于忙碌端口的流量统计操作是否被触发。在流量监测电路202触发流量统计电路206来对忙碌端口进行流量统计之后,流量统计电路206会对所有忙碌端口所转发的数据流进行流量统计(步骤504)。在步骤506,流量统计电路206会依照忙碌端口流量由小到大进行排序,生成数据流统计表F,例如数据流统计表F所记录的最小流量为Fmin。
动态调整电路208用以依据忙碌端口流量统计结果(例如数据流统计表F)来动态调整一特定数据流的转发端口。例如,该特定数据流目前正通过忙碌端口进行转发,在特定条件满足之下,动态调整电路208可调整流转发表211,使得转送端口在该特定数据流的转送过程中由忙碌端口切换至空闲端口,亦即该特定数据流的一部分流量会先通过忙碌端口来转送,而该特定数据流的另一部分流量后续则会通过空闲端口来转送。图6为本发明一实施例的动态调整方法的流程图。图6所示的动态调整方法为本发明链路聚合负载平衡方法的一部分,并且可由动态调整电路208来执行,假若可得到大致相同的结果,则步骤不一定要完全依照图6所示顺序来执行。在步骤602,动态调整电路208会计算空闲端口列表L1中每个空闲端口的最大可分担流量值Li,例如一空闲端口的最大可分担流量值Li为阈值a减去该空闲端口的目前流量Ti(亦即Li=a–Ti)。在步骤604,动态调整电路208会逐一检查步骤602所得到的最大可分担流量值Li,判断是否存在不小于最小流量Fmin的最大可分担流量值Li,若一空闲端口的最大可分担流量值Li不小于最小流量Fmin,则表示此空闲端口可用来分担忙碌端口的部分流量,故流程会进入步骤606,然而,若一空闲端口的最大可分担流量值Li小于最小流量Fmin,则表示此空闲端口不足以分担忙碌端口的部分流量,故流程会回到步骤604来继续检查另一空闲端口的最大可分担流量值Li。
若一特定空闲端口的最大可分担流量值Li不小于最小流量Fmin以及一特定数据流原本通过一特定忙碌端口进行转送,则动态调整电路208会动态调整流转发表211,以将该特定数据流的转发端口由该特定忙碌端口变更为该特定空闲端口。在本实施例中,为了减少动态调整转发端口的次数,动态调整电路208所选择的该特定忙碌端口会具有不大于最大可分担流量值Li的最大流量值Fj,然而,此仅作为范例说明之用,并非用来作为本发明的限制条件。
在步骤606,动态调整电路208会从数据流统计表F的所有流量值中,找出不大于目前空闲端口的最大可分担流量值Li的最大流量值Fj(Fmin≤Fj≤Li)。具有此最大流量值Fj的特定忙碌端口后续便会将流量分担至具有此最大可分担流量值Li的特定空闲端口(目前空闲端口),在步骤608,动态调整电路208会修改流转发表211,以将原本通过具有此最大流量值Fj的特定忙碌端口进行转发的数据流的转发端口修改为具有此最大可分担流量值Li的特定空闲端口(目前空闲端口)。完成转发端口的动态调整之后,在步骤610,动态调整电路208会更新特定空闲端口(目前空闲端口)的最大可分担流量值(Li=-Li-Fj),在步骤612,动态调整电路208会更新忙碌端口流量统计结果(例如数据流统计表F)所记录的特定忙碌端口的流量值(Fj=0)。流程会回到步骤604来继续检查另一空闲端口的最大可分担流量值Li。
相较于软件转发学习阶段采用轮询模式(Round-robin)按照多个数据流的发送顺序来依序将多个数据流分配到多个成员端口,本发明通过流量监测来进行初始分配,由于参照各个成员端口的实际流量来为数据流分配转发端口,故可以更高机率实现负载平衡。此外,相较于硬件转发阶段使用固定不变的转发端口设定,本发明通过流量统计来对流转发表进行动态调整,即便同一数据流在转发过程中可能会具有流量波动,由于可动态将转发端口由忙碌端口切换至空闲端口,故可避免转发端口出现流量壅塞或空闲的不平衡现象。
以上所述仅为本发明的优选实施例,凡依本发明权利要求书所做的均等变化与修饰,皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (20)
1.一种链路聚合负载平衡装置,包含:
流量监测电路,用以监测链路聚合组的多个成员端口的流量,以对该多个成员端口进行分类来得到成员端口分类结果;以及
初始分配电路,用以依据该成员端口分类结果,自该多个成员端口中选取目标成员端口来作为数据流的转发端口。
2.如权利要求1所述的链路聚合负载平衡装置,其中该流量监测电路将该多个成员端口中每一成员端口的流量与阈值进行比较,以将每一成员端口分类为空闲端口或忙碌端口,来产生该成员端口分类结果。
3.如权利要求2所述的链路聚合负载平衡装置,其中因应该成员端口分类结果指示该多个成员端口中包含有至少一空闲端口,该初始分配电路自该至少一空闲端口中选取流量最小的空闲端口来作为该目标成员端口。
4.如权利要求2所述的链路聚合负载平衡装置,其中因应该成员端口分类结果指示该多个成员端口全部是忙碌端口,该初始分配电路自该多个成员端口中选取流量最小的忙碌端口来作为该目标成员端口。
5.如权利要求2所述的链路聚合负载平衡装置,还包含:
流量统计电路,用以针对该多个成员端口中每一忙碌端口进行流量统计,来产生忙碌端口流量统计结果;以及
动态调整电路,用以依据该忙碌端口流量统计结果来动态调整特定数据流的转发端口。
6.如权利要求5所述的链路聚合负载平衡装置,其中该流量统计电路另依据该成员端口分类结果来判断该多个成员端口中是否包含忙碌端口与空闲端口,并因应该成员端口分类结果指示该多个成员端口中包含忙碌端口与空闲端口而针对该多个成员端口中的每一忙碌端口进行流量统计。
7.如权利要求6所述的链路聚合负载平衡装置,其中该动态调整电路依据该忙碌端口流量统计结果,将该特定数据流的转发端口由该多个成员端口中的特定忙碌端口变更为该多个成员端口中的特定空闲端口。
8.如权利要求7所述的链路聚合负载平衡装置,其中该动态调整电路另计算该特定空闲端口的最大可分担流量值,该特定空闲端口的最大可分担流量值不小于该忙碌端口流量统计结果所记录的所有流量值中的最小流量值,以及该忙碌端口流量统计结果所记录的该特定忙碌端口的流量值不大于该特定空闲端口的最大可分担流量值。
9.如权利要求8所述的链路聚合负载平衡装置,其中在该特定数据流的转发端口变更为该特定空闲端口之后,该动态调整电路更新该忙碌端口流量统计结果所记录的该特定忙碌端口的流量值,以及更新该特定空闲端口的最大可分担流量值。
10.如权利要求7所述的链路聚合负载平衡装置,其中在该忙碌端口流量统计结果所记录的所有流量值中,该特定忙碌端口的流量值为不大于该特定空闲端口的最大可分担流量值的最大流量值。
11.一种链路聚合负载平衡方法,包含:
监测链路聚合组的多个成员端口的流量,以对该多个成员端口进行分类来得到成员端口分类结果;以及
依据该成员端口分类结果,自该多个成员端口中选取目标成员端口来作为数据流的转发端口。
12.如权利要求11所述的链路聚合负载平衡方法,其中监测该链路聚合组的该多个成员端口的流量,以对该多个成员端口进行分类来得到该成员端口分类结果的步骤包含:
将该多个成员端口中每一成员端口的流量与阈值进行比较,以将每一成员端口分类为空闲端口或忙碌端口,来产生该成员端口分类结果。
13.如权利要求12所述的链路聚合负载平衡方法,其中依据该成员端口分类结果,自该多个成员端口中选取该目标成员端口来作为该数据流的转发端口的步骤包含:
因应该成员端口分类结果指示该多个成员端口中包含有至少一空闲端口,自该至少一空闲端口中选取流量最小的空闲端口来作为该目标成员端口。
14.如权利要求12所述的链路聚合负载平衡方法,其中依据该成员端口分类结果,自该多个成员端口中选取该目标成员端口来作为该数据流的转发端口的步骤包含:
因应该成员端口分类结果指示该多个成员端口全部是忙碌端口,自该多个成员端口中选取流量最小的忙碌端口来作为该目标成员端口。
15.如权利要求12所述的链路聚合负载平衡方法,还包含:
针对该多个成员端口中每一忙碌端口进行流量统计,来产生忙碌端口流量统计结果;以及
依据该忙碌端口流量统计结果来动态调整特定数据流的转发端口。
16.如权利要求15所述的链路聚合负载平衡方法,其中针对该多个成员端口中每一忙碌端口进行流量统计,来产生该忙碌端口流量统计结果的步骤包含:
依据该成员端口分类结果来判断该多个成员端口中是否包含忙碌端口与空闲端口;以及
因应该成员端口分类结果指示该多个成员端口中包含忙碌端口与空闲端口,针对该多个成员端口中的每一忙碌端口进行流量统计。
17.如权利要求16所述的链路聚合负载平衡方法,其中依据该忙碌端口流量统计结果来动态调整该特定数据流的转发端口的步骤包含:
依据该忙碌端口流量统计结果,将该特定数据流的转发端口由该多个成员端口中的特定忙碌端口变更为该多个成员端口中的特定空闲端口。
18.如权利要求17所述的链路聚合负载平衡方法,其中该特定空闲端口的最大可分担流量值不小于该忙碌端口流量统计结果所记录的所有流量值中的最小流量值,以及该忙碌端口流量统计结果所记录的该特定忙碌端口的流量值不大于该特定空闲端口的最大可分担流量值。
19.如权利要求18所述的链路聚合负载平衡方法,还包含:
在该特定数据流的转发端口变更为该特定空闲端口之后,更新该忙碌端口流量统计结果所记录的该特定忙碌端口的流量值,以及更新该特定空闲端口的最大可分担流量值。
20.如权利要求17所述的链路聚合负载平衡方法,其中在该忙碌端口流量统计结果所记录的所有流量值中,该特定忙碌端口的流量值为不大于该特定空闲端口的最大可分担流量值的最大流量值。
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