TWI616079B - 不需巨量資料偵測的低延遲多路徑繞徑方法 - Google Patents

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Description

不需巨量資料偵測的低延遲多路徑繞徑方法
本發明係為一種多路徑繞徑方法，為不需巨量資料偵測的低延遲多路徑繞徑方法。
現有技術經常使用巨量資料流偵測機制來偵測巨量資料流，以便針對巨量資料流做處理。如利用轉發單元(forwarding element)藉由沿著不同路徑發送與偵測巨量資料流有關的封包，將巨量資料流切成一些微量資料流。然而，此方法的效能高度依賴巨量資料流偵測模組的準確性。
本案發明人鑑於上述習用方式所衍生的缺點，乃亟思加以改良創新，並經多年苦心孤詣潛心研究後，終於成功研發完成一種不需要巨量資料流偵測，即可處理巨量資料流的方法。
本發明之目的即在提出一種不需要巨量資料偵測器，即可處理巨量資料流的方法。在現代的資料中心拓樸中，通常都會存在對於同一組伺服器而言相同花費的許多條路徑。本發明利用開源(OpenFlow)交換器硬超時(hard time-out)資料流移除特性為基礎，可以將巨量資料流切成多個微量資料流，並且隨機地均勻分布到所有路徑上，而不需要另外使用 巨量資料流偵測器去偵測巨量資料流，也不會因為沒有巨量資料流偵測器，無法區分巨量資料流，而造成其它微量資料流的長延遲時間。本發明所提出的不需巨量資料偵測器的低延遲多路徑繞徑方法，可以有效的處理巨量資料流。
本發明提供一種不需巨量資料偵測的低延遲多路徑繞徑方法，包含以一開源(OpenFlow)交換器以及開源一開源(OpenFlow)控制器，並利用一初始化模組、一微量資料流管理模組以及一巨量資料流管理模組處理所有資料流，並且使該開源(OpenFlow)交換器可以設定規則處理資料流，其中：該初始化模組加入複數個流程條目(flow entry)到該開源(OpenFlow)交換器之一資料流表(flow table)上；該微量資料流管理模組負責分配路徑給微量資料流；該巨量資料流管理模組在接收到移除流的訊息之後，檢查該被移除之移除流為活躍路徑之流程條目或備用路徑之流程條目，並判斷是否需要再加入備用路徑的流程條目；藉由利用開源(OpenFlow)交換器以硬超時(hard time-out)的移除流的為基礎將巨量資料分成許多微量資料流。
其中該初始化模組之步驟包含：在一核心交換器以及一匯集(Aggregation)交換器加入流程條目；以及在一邊緣交換器加入必須的無名(table-miss)之流程條目。
其中該微量資料流管理模組收到封包進入(packet-in)訊息後，會解析該訊息，並且檢查該訊息是否為尋求分配路徑的第一個封 包；若是，則在相對應的該邊緣交換器加入活躍路徑之流程條目去分配一個上行鏈路(up-link)路徑給資料流；以及該微量資料流管理模組再加入一條流程條目做為備用路徑之流程條目。
其中活躍路徑之流程條目比備用路徑之流程條目有較高的優先權，以及活躍路徑之流程條目設有一個時間為T秒的hard time-out，備用路徑之流程條目的hard time-out則是設為2T秒，其中T為自然數。
其中該巨量資料流管理模組收到移除流訊息後，先檢查是否達到hard time-out，若已經經過hard time-out的時間，且封包數(packet count)不為0，則需重新加入另一備用路徑之流程條目，而另一備用路徑之流程條目的優先權低於目前的活躍路徑之流程條目的優先權。
其中活躍路徑之流程條目會設有一個時間為T秒的hard time-out，備用路徑之流程條目的hard time-out則是設為2T秒，其中T為自然數。
本發明為一種針對資料中心之不需巨量資料偵測的低延遲多路徑繞徑方法，利用開源(OpenFlow)交換器hard time-out的特性，可以直接將巨量資料分成多個微量資料，而不需要任何額外的巨量資料偵測器。與現有習用技術相比，具備下列優點：
1.與現有以雜湊為基礎的多路徑繞徑方法相比，本發明的方法可以避免因為沒有區分巨量資料流以及微量資料流，而造成微量資料流在出口埠的佇列中被巨量資料流擋住，而造成長延遲時間的問題。
2.不需要巨量資料流偵測即可處理巨量資料流。
3.不需要對開源(OpenFlow)交換器做任何的修改。
上列詳細說明係針對本發明之一可行實施例之具體說明，惟該實施例並非用以限制本發明之專利範圍，凡未脫離本發明技藝精神所為之等效實施或變更，均應包含於本案之專利範圍中。
綜上所述，本案不但在空間型態上確屬創新，並能較習用物品增進上述多項功效，應已充分符合新穎性及進步性之法定發明專利要件，爰依法提出申請，懇請 貴局核准本件發明專利申請案，以勵發明，至感德便。
100‧‧‧Fat-Tree Pod-4拓樸架構
110‧‧‧核心交換器
120‧‧‧匯集交換器
130‧‧‧邊緣交換器
131‧‧‧流表
140‧‧‧伺服器
150‧‧‧SDN控制器
151‧‧‧初始化模組
152‧‧‧微量資料流管理模組
153‧‧‧巨量資料流管理模組
501‧‧‧指標
502‧‧‧指標
503‧‧‧指標
504‧‧‧指標
505‧‧‧指標
701‧‧‧指標
702‧‧‧指標
S1511~S1512‧‧‧步驟流程
S1521~S1524‧‧‧步驟流程
S1531~S1534‧‧‧步驟流程
圖1為資料中心中Fat-Tree Pod-4拓樸架構圖。
圖2為本發明不需巨量資料偵測的低延遲多路徑繞徑模組示意圖。
圖3為本發明初始化模組之流程圖。
圖4為本發明微量資料流管理模組之流程圖。
圖5為本發明微量資料流管理模組之運作示意圖。
圖6為本發明巨量資料流管理模組之流程圖。
圖7為本發明巨量資料流管理模組之運作示意圖。
為利 貴審查委員了解本發明之技術特徵、內容與優點及其所能達到之功效，茲將本發明配合附圖，並以實施例之表達形式詳細說明如下，而其中所使用之圖式，其主旨僅為示意及輔助說明書之用，未必為本發明實施後之真實比例與精準配置，故不應就所附之圖式的比例與配置關係解讀、侷限本發明於實際實施上的權利範圍，合先敘明。
本發明為一種資料中心不需巨量資料偵測的低延遲多路徑繞徑方法，藉由利用開源(OpenFlow)交換器以hard time-out的移除流的特性為基礎將巨量資料分成許多微量資料流，不需要去偵測巨量資料流，即可處理巨量資料流，以達到最小化傳輸資料的時間，或是傳送訊息的延遲時間。
在資料中心中有許多種不同的拓樸，圖1為資料中心中常見的一種Fat-Tree Pod-4拓樸架構100，可以支援許多的主機，擁有高擴充性。 包含核心(Core)交換器110、匯集(Aggregation)交換器120、邊緣(Edge)交換器130、伺服器140、以及軟體定義網路(Software-Defined Networking，SDN)控制器150。核心交換器110接收從匯集交換器120的上行鏈路(up-link)傳來的封包以及根據目的地IP位址將該封包繞徑到適當的匯集交換器120的下行鏈路(down-link)。匯集交換器120的上行鏈路接收來自邊緣交換器130的上行鏈路的封包，並且根據控制器所加入的流程條目(flow entry)將該封包繞徑到適當的核心交換器110。匯集交換器120的下行鏈路根據目的地IP位址把封包繞徑到適當的邊緣交換器130的下行鏈路。邊緣交換器130的上行鏈路接收從來源主機的一個流的第一個封包並且將其以”packet-in”訊息送往SDN控制器150，在SDN控制器150加入流程條目之後，根據該流程條目將剩下的封包繞徑到適當的匯集交換器120的上行鏈路。邊緣交換器130的下行鏈路根據目的地IP位址將封包繞徑到適當的目的地主機。當有巨量資料時，會造成網路的壅塞，也會使其他的資料流被延遲，影響整體效能。
圖2為本發明為一種不需巨量資料偵測的低延遲多路徑繞徑之模組示意圖。本發明包含了開源(OpenFlow)交換器以及開源開源(OpenFlow)控制器，利用控制器中的三個模組：初始化模組151、微量資料流管理模組152以及巨量資料流管理模組153來處理所有的資料流，並且在開源(OpenFlow)交換器中加入一些規則以及動作，讓開源(OpenFlow)交換器可以根據這些規則處理資料流。其中初始化模組151會加入一些流程條目(flow entry)到開源(OpenFlow)交換器的資料流表(flow table)上。微量資料流管理模組152負責分配路徑給微量資料流。巨量資料流管理模組153在 接收到移除流的訊息之後，會去檢查該被移除的流是活躍路徑還是備用路徑的流程條目，並且判斷是否需要再加入一條備用路徑的流程條目。
圖3為初始化模組151流程圖。初始化模組151之步驟包含：核心交換器、匯集交換器流程條目設定步驟S1511，是在核心交換器110以及匯集交換器120加入一些必須的流程條目；邊緣交換器流程條目設定步驟S1512，是在所有的邊緣交換器130加入必須的table-miss流程條目。
圖4為微量資料流管理模組152之流程圖。當微量資料流管理模組152收到packet-in訊息(S1521)後，會解析該訊息，並且檢查該訊息是否為尋求分配路徑的第一個封包(S1522)；如果是的話，則會在相對應的邊緣交換器130加入一個活躍路徑的流程條目去分配一個up-link路徑給該資料流(S1523)；並且微量資料流管理模組152會再加入一條流程條目做為備用路徑的流程條目(S1524)。
圖5為本發明微量資料流管理模組152之運作示意圖，說明控制器150中的微量資料流管理模組152如何在邊緣交換器130加入一個活躍流程條目以及一個備用流程條目。本發明在邊緣交換器130設定一個活躍路徑以及一個備用路徑，並且利用開源(OpenFlow)交換器以hard time-out為基礎來移除flow的特性，把巨量資料流切成許多個微量資料流。在邊緣交換器130中的table-miss流程條目的處理動作設為送往控制器150，如圖5中的指標501所示。本發明之微量資料流管理模組152負責分配路徑給微量資料流。所有的資料流(flow)一開始都被視作為微量資料流，當伺服器140所產生的資料流的第一個封包命中該伺服器140的up-link的邊緣交換器130的table-miss的流程條目時，則該封包將以packet-in訊息的 方式被送往控制器150，如圖5中的指標502和指標503所示。而控制器150的微量資料流管理模組152解碼該packet-in訊息，並且檢查該packet-in訊息是否為一個尋求分配路徑資料流的第一個封包，然後藉由在相對應的邊緣交換器130加入流程條目去分配一個up-link路徑給該資料流，如圖5中的指標504所示；該同一個資料流剩下的封包，將被導至所分配的邊緣交換器130的輸出埠，而這將被視作為該資料流的第一個活躍路徑。然後，微量資料流管理模組152加入另一條流程條目做為備用流程條目，如圖5中的指標505所示。活躍流程條目比備用流程條目有較高的優先權。同時活躍流程條目會設有一個時間為T秒的hard time-out，備用流程條目的hard time-out則是設為2T秒，其中T為自然數。
圖6為巨量資料流管理模組153之流程圖。當控制器中的巨量資料流管理模組153收到flow_removed的訊息(S1531)後，先檢查是否達到hard time-out(S1532)，如果已經經過hard time-out的時間，而且packet count不為0(S1533)，則需重新加入一條新的備用流程條目(S1534)，而新的備用流程條目的優先權低於目前的活躍流程條目的優先權。
圖7為本發明巨量資料流管理模組153之運作示意圖。當第一個活躍流程條目持續T秒之後，該流程條目將藉由flow expiry機制從流表131中被移除，因為hard time-out是設定為T秒，所以邊緣交換器130必須發送一個移除資料流的訊息到控制器150去，如圖7的指標701所示。只要第一個活躍流程條目一被flow expiry機制移除，還剩下T秒到期的備用流程條目將自動成為下一個活躍流程條目，並且該資料流的所有封包將被轉移到此備用路徑。當控制器150的巨量資料流管理模組153收到移除 流程條目的訊息後，巨量資料流管理模組153解碼該訊息，並且檢查統計計數器，確定被移除的流程條目是一個長期的資料流。假如，該被移除的流程條目的packet count或是byte count為非0的話，則巨量資料流管理模組153必須重新加入一個新的備用流程條目，並且給予2T秒的hard time-out，而該備用流程條目的優先權低於目前的活躍流程條目，如圖7的指標702所示。同樣地，如果現在的活躍流程條目持續一段長時間(>2T)，則這樣的流程會一直持續下去，直到巨量資料流管理模組153發現移除資料流訊息的packet count或是byte count變成0為止，表示相對的備用流程條目不會有機會變成活躍流程條目，亦表示這個資料流已經結束了。
所以，如果一個新進來的流是一個微量資料流，微量資料流管理模組152加入一個活躍流程條目以及一個備用流程條目，萬一該微量資料流真的很短並且存在時間少於T秒，則微量資料流管理模組152所加入的備用流程條目就不會變成活躍流程條目。然而，如果進來的流是一個巨量資料流，一開始時微量資料流管理模組152也是會加入一個活躍流程條目以及一個備用流程條目，而當該流持續一段長時間之後，則該巨量資料流將會被分解成許多個微量資料流，並且均勻地隨機分配到所有的路徑如圖5、圖7Path 1~3上，而不需要專用的巨量資料流偵測機制，即可解決傳送巨量資料流造成網路壅塞的問題。因此，本發明可藉由此方法，即使沒有使用巨量資料流偵測機制，亦可處理巨量資料流，以達到最小化傳輸資料的時間以及最小化訊息傳送的延遲時間的目的。
綜上所述，本案不僅於技術思想上確屬創新，並具備習用之傳統方法所不及之上述多項功效，已充分符合新穎性及進步性之法定發明 專利要件，爰依法提出申請，懇請 貴局核准本件發明專利申請案，以勵發明，至感德便。
150‧‧‧SDN控制器
151‧‧‧初始化模組
152‧‧‧微量資料流管理模組
153‧‧‧巨量資料流管理模組

Claims (6)

  1. 一種不需巨量資料偵測的低延遲多路徑繞徑方法，包含一開源(OpenFlow)交換器以及一開源(OpenFlow)控制器，並利用一初始化模組、一微量資料流管理模組以及一巨量資料流管理模組處理所有資料流，並且使該開源交換器可以設定規則處理資料流，其中：該初始化模組加入複數個流程條目(flow entry)到該開源交換器之一資料流表(flow table)上；該微量資料流管理模組負責分配路徑給微量資料流；該巨量資料流管理模組在接收到移除流的訊息之後，檢查該被移除之移除流為活躍路徑之流程條目或備用路徑之流程條目，並判斷是否需要再加入備用路徑的流程條目；藉由利用該開源交換器以硬超時(hard time-out)移除流的功能將巨量資料分成許多微量資料流。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之不需巨量資料偵測的低延遲多路徑繞徑方法，其中該初始化模組之步驟包含：在一核心交換器以及一匯集交換器加入流程條目；以及在一邊緣交換器加入必須的無名(table-miss)之流程條目。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之不需巨量資料偵測的低延遲多路徑繞徑方法，其中該微量資料流管理模組收到封包進入(packet-in)訊息後，會解析該訊息，並且檢查該訊息是否為尋求分配路徑的第一個封包；若是，則在相對應的該邊緣交換器加入活躍路徑之流程條目去分配一個上行鏈路(up-link)路徑給資料流；以及 該微量資料流管理模組再加入一條流程條目做為備用路徑之流程條目。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之不需巨量資料偵測的低延遲多路徑繞徑方法，其中活躍路徑之流程條目比備用路徑之流程條目有較高的優先權，以及活躍路徑之流程條目設有一個時間為T秒的硬超時，備用路徑之流程條目的硬超時則是設為2T秒，其中T為自然數。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之不需巨量資料偵測的低延遲多路徑繞徑方法，其中該巨量資料流管理模組收到移除流訊息後，先檢查是否達到硬超時，若已經經過硬超時的時間，且封包數(packet count)不為0，則需重新加入另一備用路徑之流程條目，而另一備用路徑之流程條目的優先權低於目前的活躍路徑之流程條目的優先權。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之不需巨量資料偵測的低延遲多路徑繞徑方法，其中活躍路徑之流程條目會設有一個時間為T秒的硬超時，備用路徑之流程條目的硬超時則是設為2T秒，其中T為自然數。
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