[發明專利]一種基于SDN的數據中心網絡動態負載均衡方法

有效

• 申請號: 201910196434.6
• 申請日: 2019-03-15
• 公開（公告）號: CN109787913B
• 公開（公告）日: 2022-07-01
• 發明（設計）人: 孫恩昌;付瓊霄;張延華;吳文君;王倩雯;孟康;車飛燕
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: H04L47/125
• 分類號: H04L47/125;H04L67/1001
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

一種基于SDN的數據中心網絡動態負載均衡方法，屬于SDN中負載均衡相關領域。本方法實時獲取全網視圖，結合數據中心網絡流量特點，考慮老鼠流對交換機流表負載的影響以及大象流對鏈路負載的影響，通過評價函數為流量選取最優路徑。并且周期性監測網絡狀態，對路由策略進行調整。從而緩解網絡擁塞，減少丟包，提高網絡利用率，達到優化網絡性能的目標。在SDN網絡傳輸中，控制器計算并存儲各接入層交換機間的多條備選路徑，將新流視為老鼠流并為其選擇流表評分最高的路徑進行路由，以實現流表均衡。一旦監測到大象流，對大象流進行重路由以均衡鏈路負載。周期性監測網絡負載均衡情況，在網絡負載不均衡時利用組表實現有效快速的分流。本方法使得網絡性能得到很大提升。

技術領域

本發明屬于SDN中負載均衡相關領域，尤其涉及一種基于SDN的數據中心網絡動態負載均衡方法。

背景技術

近年來，物聯網、云計算等新一代IT技術發展迅速,導致網絡流量爆炸，數據中心規模急劇增長。提高數據中心網絡的性能對各項業務的健康發展有著重大意義。

傳統數據中心網絡中，網絡設備獨立進行轉發，沒有統一的決策機制。這使得傳統數據中心網絡靈活度低且網絡性能不佳。借助SDN架構控制與轉發分離、集中控制的優勢，能夠實時監控網絡流量，獲取網絡信息，對網絡流量進行靈活的調度。在SDN網絡中，由于鏈路上流量分配不均衡、交換機流表空間有限，可能導致網絡擁塞、丟包、帶寬利用率低下，網絡性能下降。同時，數據中心網絡的流量具有明顯的“大小流”特征。大象流(大流)，主要由數據存儲、數據備份等數據傳輸類服務產生，在網絡中持續時間長，帶寬需求大。老鼠流(小流)，主要由在線游戲、視屏會議、搜索等即時通信類業務產生，在網絡中持續時間短，帶寬需求低，對網絡延時的敏感性更強。因此，針對數據中心流量特點，對流量進行有效控制，保證網絡利用率，實現有效的負載均衡策略，是數據中心網絡中需解決的核心問題。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：提供一種基于SDN的數據中心網絡動態負載均衡方法。針對網絡鏈路負載不均衡、交換機流表容量有限等問題，實時獲取全網視圖，結合數據中心流量特點，動態選擇最優路徑。從而緩解網絡擁塞，減少丟包，提高網絡利用率，達到優化網絡性能的目標。

為解決上述問題，本發明采用如下的技術方案：

一種基于SDN的數據中心網絡動態負載均衡方法。仿真平臺的選擇如下：Mininet搭建網絡拓撲、RYU作為控制器、iperf生成數據流量。由數據中心網絡流量特點可知，老鼠流對網絡鏈路負載影響不大，但對交換機流表容量有很大影響；大象流則相反。因此，本發明采用流表負載均衡與鏈路負載均衡相結合的方法來優化網絡性能。控制器計算并存儲各接入層交換機間的多條備選路徑，將新流看作是老鼠流并為其選擇流表評分最高的路徑進行路由。一旦監測到大象流，將大象流重路由到鏈路評分最高的路徑上。當網絡負載不均衡時，選擇合適的大象流進行分流。

該方法包括以下步驟：

步驟1：控制器根據監測到的網絡拓撲，計算得到各接入層交換機間的k條備選路徑，并存儲到路徑表path_table中。

步驟2：控制器周期性獲取并更新交換機流表已用容量、交換機端口流量信息及流表流量信息。

步驟3：當一條新流到達網絡，根據源目的主機IP，判斷主機所連接的交換機是否已知。若未知，則通過ARP協議獲得相連的交換機及連接端口；若已知，則查找path_table，得到兩主機間k條備選路徑。

步驟4：從k條備選路徑中選取最優轉發路徑。其中，最優轉發路徑為評分最高的路徑。評分的具體計算方法如下：

步驟4.1：計算路徑上各交換機的流條目代價增量：