[發明專利]基于軟件定義網絡的動態負載均衡方法

有效

• 申請號: 202110286203.1
• 申請日: 2021-03-17
• 公開（公告）號: CN113067863B
• 公開（公告）日: 2022-04-19
• 發明（設計）人: 張崗山;張晨光;趙林靖;劉炯;馮磊;吳煒
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H04L67/1004
• 分類號: H04L67/1004;H04L67/1008
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 王品華;黎漢華

本發明公開了一種基于軟件定義網絡的動態負載均衡方法，主要解決現有技術無法根據網絡變化實時調整服務器負載的問題。其實現方案為：構建由SDN控制器、sFlow收集器、OpenFlow交換機、客戶端和服務器集群組成的初始數據中心網絡；sFLow收集器收集網絡狀態以及服務器的負載信息；交換機生成通配符規則，并獲得源IP地址數量；SDN控制器計算服務器權值，根據權值劃分客戶端請求，將客戶端請求的流量分配給指定的服務器；使用OpenFlow交換機的流表項完成服務器的負載均衡；根據負載均衡結果重新分配流量至服務器。本發明實現了服務器集群的負載均衡，降低了客戶端請求的響應時間，可用于網絡中的流量調度。

技術領域

本發明屬于計算機網絡技術領域，具體涉及一種動態負載均衡方法，可用于網絡中的流量調度。

背景技術

負載均衡是指基于服務器集群當前的整體負載分布，對服務器集群中的負載情況進行動態分配調整，使得負載過重的服務器數目更少，各服務器上分擔的負載彼此更為接近，減輕服務器集群中負載不均衡的現象，可通過將過載服務器上的任務轉移到其他輕載服務器上的方式，盡可能實現服務器集群的負載平衡。負載均衡技術是擴展應用程序服務器基礎結構的最直接方法，隨著應用程序需求的增加，可以通過將新服務器添加到資源池中的方式，實現動態擴容和負載均衡。

當前，傳統的負載均衡方法多為靜態負載均衡方法，其過程不需要使用系統的當前狀態信息，具體任務分配到哪臺服務器上，不依賴于任務的性質、執行時間和服務器狀態的變化。靜態負載均衡方法不能根據網絡狀態的變化動態調整服務器之間的負載，因此均衡效果較差。

軟件定義網絡即SDN網絡是2006年被Nick McKeown教授提出的全新網絡架構，通過將網絡的控制功能轉移到控制器中，實現數據轉發和控制相分離，以支持對網絡的編程化控制，因此SDN網絡被認為是未來網絡演進的雛形。

傳統的負載均衡方法需要在客戶端與服務器之間架設負載均衡服務器，用來完成服務器的負載均衡。相對于傳統的通過負載均衡服務器接收網絡和應用程序流量，實現服務器集群負載均衡的方法，基于SDN網絡的負載均衡方法借助于SDN網絡開放可編程的優點，將負載均衡模塊內嵌于SDN控制器中，通過OpenFlow交換機下發流表完成流量的調度，不需要額外部署單獨的負載均衡服務器，降低了工程成本。由于是在交換機與SDN控制器上實現的負載均衡，所以網絡結構相對簡化，并且降低了服務器對客戶端請求的響應時間。

文獻《OpenFlow based Load Balancing for Fat-Tree Networks withMultipath Support》中提出了一種基于OpenFlow的動態負載均衡算法，該算法以數據流為基本單位，所有來自于客戶端的流量參照服務器的當前狀態信息，并轉發到目的服務器，根據網絡變化動態調整服務器之間的負載。該方法由于沒有考慮網絡中整體負載的分布情況，不能保證所得負載均衡結果是最優結果，即屬于局部最優解，有極大可能產生加劇網絡擁塞的情況。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術存在的缺陷，提出一種基于軟件定義網絡的動態負載均衡方法，以通過數據中心網絡的流量特征、網絡狀態和實際需求對流量進行負載分配，根據網絡變化動態調整服務器之間的負載，得到全局最優的負載分配結果，實現網絡的負載均衡和網絡服務質量的優化，避免產生網絡擁塞。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案包括如下：

(1)構建初始的數據中心網絡N，其包括：SDN控制器、sFlow收集器、OpenFlow交換機、P個客戶端和Q個服務器，其中P≥2，Q≥2；

(2)收集網絡狀態以及服務器的負載信息：

(2a)OpenFlow交換機獲取網絡中的流量狀態，通過sFlow協議上報給sFlow收集器；sFlow收集器分析收到的sFlow數據包，產生全網流量信息；sFlow收集器通過sFlow協議向SDN控制器報告流量信息，SDN控制器得到全網流量IP地址的精確規模；