[發明專利]一種軟件定義網絡中控制平面的負載均衡方法及系統

有效

• 申請號: 201710345617.0
• 申請日: 2017-05-17
• 公開（公告）號: CN106941456B
• 公開（公告）日: 2019-08-30
• 發明（設計）人: 劉方明;金海;汪濤
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H04L12/803
• 分類號: H04L12/803;H04L12/801;H04L12/26
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 趙偉;李智

技術領域

本發明屬于軟件定義網絡、數據中心領域技術領域，更具體地，涉及一種軟件定義網絡中控制平面的負載均衡方法及系統。

背景技術

隨著數據中心網絡對于動態管理、動態配置、動態擴容的需求與日俱增，傳統網絡無法滿足其需求。在此環境下，軟件定義網絡應運而生。軟件定義網絡是一種能夠向數據中心運營商提供便捷管理的新型網絡構架。它旨在將網絡交換設備的控制邏輯與數據轉發邏輯分離，通過提供統一的管理接口，使得上層控制層面能夠通過簡單的抽象調用來控制底層的數據平面，從而使得網絡管理者能夠以更加程序化的方式初始化、控制及改變數據中心網絡。

限于軟件定義網絡的部署需要集中化的控制，其被更多應用于數據中心網絡環境中。針對數據中心網絡流量大的特點，僅僅單個控制器無法滿足對數據中心網絡流量的處理。因此軟件定義網絡的控制平面往往由多個控制器所組成。相較于傳統網絡而言，交換設備的轉發邏輯不再由分布式協議所確定，轉而交付給集中式的控制平面來處理并設置轉發流表。因此，相較于傳統網絡，軟件定義網絡的部署引入了額外的控制平面處理延時。然而數據中心網絡流量在時間和空間上往往呈現出動態變化的特點，使得多個控制器的負載并不均衡，個別控制器成為熱點，無法及時響應數據平面的請求。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種軟件定義網絡中控制平面的負載均衡方法及系統，其目的在于均衡控制平面各個控制器負載，以減小控制平面響應時延。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種軟件定義網絡中控制平面的負載均衡方法，基于軟件定義網絡控制平面，包括如下步驟：

(1)根據網絡管理者給定的測量參數將流表項下發至軟件定義網絡數據平面的網絡轉發設備，配置網絡轉發設備需要上傳至控制平面的數據及頻率；

(2)根據從數據平面所收集到的流量監控信息，獲取各個網絡轉發設備對控制平面所產生的負載信息；以給定負載條件下各個控制平面控制器的響應時延最短為準則，確定控制平面和數據平面的最佳連接關系；根據該最佳連接關系來確定各個網絡轉發設備對應的主控制器。

優選地，上述的負載均衡方法，還包括如下步驟(3)，將上述最佳連接關系通過OpenFlow協議下發給數據平面的各個網絡轉發設備，由此減小控制平面處理時延。

優選地，上述的負載均衡方法，其測量參數包括監測數據項目和頻率；若需測量的是網絡轉發設備向控制平面的請求數量，則將監測數據項目指定為Packet-In格式；若需測量的是網絡轉發設備各條流表(Flow Table)的流量，則監測數據項目中還需包括流表項；若需測量的是網絡轉發設備各組流表(Group Table)的流量，則監測數據項目中還需包括具體的組流表項；若所需測量的表項并不存在于網絡轉發設備中，則返回錯誤并反饋錯誤原因；若能夠成功下發表項進行測量，則返回成功的指示信息；其中，Packet-in是OpenFlow協議中的一種數據包格式。

優選地，上述的負載均衡方法，其步驟(2)中，采用M/M/1隊列模型來估算在給定的負載條件下，各個控制平面控制器的響應時延；根據穩定匹配理論通過定義數據平面轉發設備與控制平面控制器之間的喜好程度關系來確定數據平面與控制平面的初始連接關系；根據合作博弈理論，以控制平面時延最小為目標來對初始連接關系進行優化，確定數據平面與控制平面的最佳連接關系；

其中，M/M/1隊列模型是一種簡單的單處理器排隊理論模型，其請求到達數服從泊松分布，處理時間服從指數分布；穩定匹配理論是用于確定兩個不相交的集合中各個元素之間的穩定匹配關系的方法，經典的穩態匹配理論采用Deferred AcceptanceAlgorithm(DAA)算法得到最終匹配關系；合作博弈理論通過定義如何衡量各個參與者的收益，從而確定最終決策達到此博弈的社會最優收益。

優選地，上述的負載均衡方法，其步驟(2)中，根據物理拓撲關系為數據平面的各轉發設備配置多個控制器作為備選，據上述最佳連接關系來從備選的控制器確定各個網絡轉發設備對應的主控制器，由此滿足容錯的需求。

優選地，上述的負載均衡方法，可通過控制平面各控制器的應用程序接口將存在于數據平面各轉發設備的流表表項發送給網絡管理者，以便于網絡管理者確定所需監測的表項。

優選地，上述的負載均衡方法，其步驟(2)包括如下子步驟：