[發明專利]一種軟件交換機的負載均衡方法及軟件交換機

有效

• 申請號: 201710641738.X
• 申請日: 2017-07-31
• 公開（公告）號: CN107294865B
• 公開（公告）日: 2019-12-06
• 發明（設計）人: 童薇;馮丹;劉景寧;孫博;郭甜
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H04L12/801
• 分類號: H04L12/801;H04L12/803;H04L12/853
• 代理公司: 42201 華中科技大學專利中心
• 代理人: 王世芳;李智<國際申請>=<國際公布>=

本發明公開了一種軟件交換機的負載均衡方法，包括如下步驟：(1)設置網絡端口綁定；(2)獲取網絡綁定中網絡端口速率；(3)根據網絡端口速率以及在一定周期內數據發送量計算排序參數；(4)按照排序參數對可用網絡端口進行排序；(5)處理排序結果，判斷是否觸發負載遷移；(6)若觸發負載遷移，則根據負載的類型，選取需要遷移的負載；(7)遷移負載，更改被遷移負載所使用的網絡端口。本發明還公開了一種執行上述方法的軟件交換機，利用上述方法，將網絡端口速率納入到負載均衡過程中，獲取網絡端口速率信息并判斷負載類型，同時具備遷移前負載選擇機制，能夠合理地進行負載均衡。

技術領域

本發明屬于計算系統虛擬化網絡技術領域，具體涉及一種軟件交換機的負載均衡方法及軟件交換機，適用于多虛擬機互聯的虛擬化網絡環境。

背景技術

虛擬化技術作為云計算技術的組件，應用規模不斷擴大，虛擬機之間的網絡規模更大，結構更加復雜，導致虛擬機網絡配置越來越復雜，配置網絡需要更長的時間、更加復雜的操作。虛擬機需要更加自動化、更加靈活的網絡接入方式，虛擬機的網絡需要可編程的控制接口，以實現網絡的自動化配置，并支持訪問控制、流量控制以及負載均衡等高級功能。

虛擬機網絡接入可以使用內核網橋、MacVTap網橋以及軟件交換機等方式。其中，內核網橋不支持可編程配置接口，功能簡單，僅支持基本的二層交換功能，不適用于日益復雜的虛擬網絡環境，因此使用較少。MacVTap網橋支持將虛擬機之間的流量卸載到外部交換機中，可以讓各種流量統一使用現有的網絡設備，實現各種流量的統一管理，但其實現流量轉發的網絡設備是基于硬件的，更新迭代速度緩慢，升級成本高，無法快速支持新的網絡特性，也無法快速修補安全漏洞。

軟件交換機可以根據需求快速迭代升級，升級成本低，有利于新技術的快速部署，可以使用OpenFlow協議進行動態配置，可以為虛擬化管理軟件提供可干預的I/O模型，使虛擬化管理軟件更好地控制虛擬機的網絡連接，可以實現訪問控制、流量控制以及負載均衡等高級網絡功能，故而廣泛應用于虛擬化場景以及云計算場景中。

軟件交換機可以分為內核態軟件交換機和用戶態軟件交換機兩種；內核態軟件交換機的轉發組件運行在內核態，可以利用內核態已經實現的TCP/IP協議棧，并利用網絡設備的內核態驅動從DMA區域中讀取數據包，進行I/O操作。用戶態軟件交換機使用用戶態網卡驅動程序和用戶態的自定義網絡協議棧，目的是減少內核態和用戶態之間的數據包拷貝開銷，提升數據包轉發性能。

現有的軟件交換機通常將至少兩個物理網絡端口綁定在一起，形成一個綁定(bond)，以靈活高效地利用網卡資源。網絡端口綁定有多種模式，其中熱備份模式(activebackup)主要使用一個網絡端口，其他網絡端口作為熱備份，當監測到主要使用的網絡端口失效時，它立即切換到熱備份的網絡端口，保證了連接的可用性；流量均衡模式(loadbalance)在綁定的多個網絡端口之間動態分配流量防止網絡端口之間流量不均，可以充分利用網卡資源。此外，部分軟件交換機還支持基于IEEE 802.3ad標準的鏈路層匯聚協議(Link Aggregation Control Protocol，LACP)，該協議支持交換機之間動態協商匯聚的端口，可以實現更高的可用性以及負載均衡功能，其缺點主要在于該協議要求鏈路兩端的交換機均支持LACP功能，對于虛擬化網絡環境而言，虛擬機往往跨局域網部署，不同局域網之間網絡設備不同，難以保證連接的每一段都開啟LACP協議，因此其應用受到了限制。

由于半導體技術的不斷發展，網絡處理芯片的數據包處理能力越來越強，網卡的規格越來越多，不同規格的網卡具有不同的發送速率，例如100Gbps網卡、40Gbps網卡、10Gbps網卡以及1Gbps網卡等，每張網卡可能具備單端口、雙端口以及四端口等。為提升性能和可靠性，一臺服務器上可能存在多張相同規格或不同規格的網卡。