[發明專利]網絡負載均衡裝置和方法

有效

• 申請號: 201710804529.2
• 申請日: 2017-09-08
• 公開（公告）號: CN107579922B
• 公開（公告）日: 2020-03-24
• 發明（設計）人: 周金和;位明揚
• 申請（專利權）人: 北京信息科技大學
• 主分類號: H04L12/803
• 分類號: H04L12/803;H04L12/721;H04L12/751
• 代理公司: 北京銘碩知識產權代理有限公司 11286
• 代理人: 田方;李云霞

提供了一種網絡負載均衡裝置和方法。所述裝置包括：拓撲發現模塊，被配置為獲取網絡拓撲信息和網絡參數信息，其中，網絡參數信息包括網絡中的每個交換機的能耗信息以及網絡中的每條鏈路的容量信息；流量統計模塊，被配置為獲取網絡流量信息；大流監測模塊，被配置為基于網絡流量信息來確定每條鏈路上的大流和小流；負載均衡重路由模塊，被配置為基于網絡拓撲信息、網絡參數信息以及網絡流量信息來計算網絡中的鏈路的負載均衡度以確定負載過重鏈路；路徑計算模塊，基于網絡中的交換機的能耗信息以及網絡流量信息來確定負載過重鏈路中大流的調度路徑，從而形成新流表。

技術領域

本申請涉及網絡通信領域，更具體地講，涉及一種數據中心網絡中的動態負載均衡裝置和方法。

背景技術

隨著移動互聯網、云計算、大數據等互聯網新技術、新業務的快速發展，以及高帶寬消耗的Internet服務不斷涌現，單純依賴高性能數據中心的網絡結構已經無法為廣泛分布于全球的用戶提供可靠的服務質量。而且，傳統的OSPF(Open Shortest Path First)路由算法會選擇單條最短路徑作為最終路徑，這樣可能導致大部分網絡流集中在單一路徑上而出現網絡擁塞，不能充分利用DCN(Data Center Network)中的鏈路資源。另外，基于分布式網絡資源分配方式的單路徑TCP傳輸機制也不能有效利用多條端到端的傳輸路徑，導致網絡吞吐量低、負載均衡差等問題。

針對上述問題，不少學者提出了相應的解決方案。隨著SDN(Software DefinedNetwork)技術的出現和發展，數據中心網絡的擁塞控制出現轉機。SDN架構將數據平面和控制平面相分離，利用SDN控制器能夠獲取網絡全局拓撲和流量分布信息的特點，以及SDN中數據轉發顆粒度為流，可以通過路由對流進行調度，從而解決網絡負載不均衡問題。因此，越來越多的研究關注SDN中通過路由算法的設計來進行負載均衡。

然而，在解決數據中心網絡負載均衡差等問題方面，傳統的負載均衡算法由于僅僅掌握網絡拓撲結構、流量分布等局部信息，無法根據全局網絡狀態制定路由和調度策略，因此無法實現較理想的全局負載均衡。另外，許多研究人員利用SDN控制器能夠獲取全局網絡拓撲以及流量分布信息的特點，提出基于SDN的數據中心網絡負載均衡算法。這些算法分為兩類：一類算法是從服務器角度，根據服務器的CPU、存儲、帶寬資源的負載情況，制定最佳虛擬機(VM)遷移策略，由此實現服務器負載均衡，但這在實現均衡負載的同時也增加了遷移開銷以及通信時延；另一類算法是從網絡角度，根據統計的鏈路狀態信息，制定靜態和動態重路由策略，將發生擁塞鏈路中的流量調度到剩余帶寬最大的鏈路中，由此實現鏈路的負載均衡，提高了鏈路利用率，但是這種算法未考慮流調度帶來的時延。

發明內容

根據本發明的一方面，提供了一種網絡負載均衡裝置，所述裝置包括：拓撲發現模塊，被配置為獲取網絡拓撲信息和網絡參數信息，其中，網絡參數信息包括網絡中的每個交換機的能耗信息以及網絡中的每條鏈路的容量信息；流量統計模塊，被配置為獲取網絡流量信息；大流監測模塊，被配置為基于網絡流量信息來確定每條鏈路上的大流和小流；負載均衡重路由模塊，被配置為基于網絡拓撲信息、網絡參數信息以及網絡流量信息來計算網絡中的鏈路的負載均衡度以確定負載過重鏈路；路徑計算模塊，基于網絡中的交換機的能耗信息以及網絡流量信息來確定負載過重鏈路中大流的調度路徑，從而形成新流表。

網絡拓撲信息可包括網絡中的節點信息以及網絡中的鏈路信息。所述節點可以是網絡中的交換機和主機之一。網絡流量信息可包括指示網絡中的各條鏈路是否被使用的鏈路占用狀態信息、網絡中的各條鏈路的占用帶寬信息，以及網絡中的各條鏈路上傳送的網絡流的數據流量。

負載均衡重路由模塊可基于每個鏈路的容量信息、鏈路占用狀態信息和鏈路占用帶寬信息來計算每個鏈路的負載均衡度，并將負載均衡度超過預設負載閾值的鏈路確定為負載過重鏈路。路徑計算模塊可基于網絡中的交換機的能耗信息以及網絡流量信息確定負載過重鏈路中大流的最佳傳輸路徑，并將所述最佳傳輸路徑確定為所述調度路徑。