[发明专利]一种基于交换机负载的域内负载均衡方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算机网络技术领域，尤其涉及一种基于交换机负载的域内负载均衡方法。

背景技术

网络由多个自治域(Autonomous System，AS)构成，这些自治域内部独立运行各自的路由算法，完成数据包的转发。连接了不同自治域的交换机位于自治域的边界，称为边界交换机。源地址和目的地址不在同一个域的跨域流量通过域内路由算法在域内转发，从一个边界交换机到达另一个边界交换机，然后被转发到另一个域。

目前常用的域内路由协议是开放最短路径优先(Open Shortest Path First，OSPF)协议，这一协议为流量提供域内最短路径的转发。在最短路径优先的选路算法中，负载均衡算法通过记录最短路径的集合，将流量均分到这些最短路径上，实现负载均衡，称为等价多路径(Equal Cost Multi Path，ECMP)。这一负载均衡方法实现简单，但仅仅基于本地信息对流量进行等价划分，不能根据路径的负载情况做出及时的调整。

软件定义网络(SDN)是一种新型的网络架构，在这种架构中，一个AS由一个或多个控制器和一组交换机组成，控制器决定流的转发策略，并通过控制信道(Control Channel)将策略写入转发设备(支持OpenFlow协议的交换机)。这些交换机承担数据转发的功能，选路算法则由控制器来完成。AS中的网络信息对于域内控制器来说是透明的，控制器可以根据域内的信息进行路由决策。

在SDN中，支持OpenFlow协议的交换机维护一个称为流表的存储结构，流表中保存了一组流表项，每条流表项包含匹配域、优先级、计数器、指令等信息，用于流量到达时的匹配和转发，流表项的计数器记录了每条流表项被匹配的次数。OpenFlow协议同时支持对于流表统计信息的查询，控制器向交换机发送查询请求，交换机会返回相应的消息。交换机保存的统计信息范围包括流表、流表项和端口，其中端口反映了链路上的负载情况。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于交换机负载的域内负载均衡方法，该方法能够根据域内交换机负载为跨域流量选路，在优先保证域内流量的情况下，合理地调度域间流量，将域间分流到负载较轻的交换机，最终实现负载均衡的目的。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于交换机负载的域内负载均衡方法，包括如下步骤：

(1)计算域内交换机负载的估计值,该步骤包括以下子步骤：

(1.1)控制器通过控制信道，向域内的每一个交换机依次发送PORT_STATS_REQUEST消息，查询域内交换机每一个端口的统计信息，所述PORT_STATS_REQUEST消息在OpenFlow协议中定义；

(1.2)交换机收到PORT_STATS_REQUEST消息后，通过控制信道向控制器发送PORT_STATS_REPLY消息，所述PORT_STATS_REPLY消息在OpenFlow协议中定义；控制器在t_n时刻收到第i个交换机的消息，第i个交换机共有k个端口，记录交换机历史收到的包总数load_j为第i个交换机第j个端口历史收到的包总数，所述历史为从交换机最近一次清空统计数据开始，直至t_n时刻的时间段；

(1.3)将交换机i在时间间隔t内的负载记为所述t为获取统计信息的最小间隔，t_n和t_n-1为相邻两次获取统计信息的时刻；

(1.4)每间隔时间间隔T，计算一次交换机负载的平均值，当前T_m时刻交换机负载平均值为其中T_m和T_m-1为相邻两次计算平均值的时刻；

(1.5)用指数平滑法对交换机负载进行估计，得到交换机T_m时刻负载的估计值为α为平滑指数，α∈(0,1)；

(2)计算域内负载均衡路径,该步骤包括以下子步骤：

(2.1)记录域内每一台边界交换机的编号，并记录其连接其他域的端口号以及所连接的域的编号；

(2.2)对于域内每一对连接了不同域的端口对，计算以其中一个端口a所连接的域A经过本域C转发到另一端口b所在的交换机，再经该交换机转发到端口b连接的域B的路径中所有交换机的瓶颈负载，具体如下：