[发明专利]基于SDN的大流负载均衡系统与方法

说明书

本发明公开了一种基于SDN的大流负载均衡系统与方法，主要解决现有数据中心网络核心层中负载不均、链路拥塞的问题，本发明的系统包括Fat‑Tree底层网络，和SDN控制器，该SDN控制器中增设有拓扑信息模块、大流路由表模块、大流路由计算模块，其中大流路由计算模块依据拓扑信息模块和大流路由表模块维护的信息为大流计算路径，在源汇聚层交换机采用分组级的多路径路由策略，并在目的汇聚层交换机完成乱序分组的调度处理。本发明在Fat‑Tree网络核心层采用针对大流的多路径路由策略，克服了数据中心网络核心层中存在的负载不均和链路拥塞的问题，引入大流数据包的调度机制，克服了分组的乱序问题，可用于数据的转发。

技术领域

本发明属于通信网络技术领域，具体涉及一种大流负载均衡技术，可用于Fat-Tree结构的数据中心网络。

背景技术

随着互联网在线业务用户量和大众接入带宽的快速增长，数据中心网络流量呈现迅速增长的态势。互联网业务对数据中心提出了越来越高的传输质量要求，包括大带宽、低时延、安全保障、灵活调度等。在这样的趋势下，出现了各种各样的解决方案，以OpenFlow协议为代表的软件定义网络SDN技术便是应运而生的一种新型网络交换模型，它完全颠覆了原有控制和数据转发使用同一平面的做法，采用控制平面和转发平面的分离的模式极大地简化了网络转发设备，使依据全局网络状态、灵活地制定数据转发行为成为可能，并为网络创新提供了良好的平台。

随着云计算等技术的发展，大量的计算任务需要多台服务器间进行交互式工作，这促使数据中心网络内部服务器间的横向流量大大增加。同时，由于数据中心业务类型的不同，服务器节点产生的流量存在明显的大小特征差异，数据中心网络内部混合了大量的小流和大流。其中，小流是指包含数据量小，对网络时延要求较高的数据流，在网络中所占的数目多，但总字节数小；大流是指包含数据量大，对网络带宽需求较高的数据流，在网络中所占的数目少，但总字节数大。从云服务提供商的角度考虑，如果不能针对大流制定合理的负载均衡策略，可能会使网络因多条大流被路由到同一条链路上而导致拥塞问题，严重时，甚至会发生丢包现象。利用SDN技术，合理的大流负载均衡策略是解决上述问题的重要途径。

在基于SDN的数据中心网络中，为了避免大流碰撞导致网络拥塞问题，文章“Hedera:Dynamic Flow Scheduling for Data Center Networks”中提出了能够感知流量大小的动态流量均衡策略——Hedera。Hedera利用集中式的网络控制器检测大流，同时，对大流的带宽需求进行评估，利用全局最先适应算法(Global First Fit)将大流调度到负载较低的路径上，与静态的路由策略相比，Hedera在一定程度上提高了链路的利用率。但是，Hedera并没有充分利用数据中心网络拓扑的多路径特性，使网络达到最优的流量分布，从网络核心层角度来看，负载均衡问题没有得到很好的解决，致使部分核心层链路仍然存在拥塞问题。

发明内容

本发明的目的在于依据目前数据中心网络普遍采用的Fat-Tree拓扑，提出一种均衡效果显著的基于SDN的大流负载均衡系统与方法，以解决在网络核心层中存在的负载不均和链路拥塞问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

技术思路：通过对网络的初始化，完成各交换机和服务器的地址分配，SDN控制器对整个网络拓扑信息的获取，边缘层交换机用于匹配大流的默认流表的下发；通过SDN控制器计算大流路径；通过大流在源端的汇聚层交换机的分流进行多路径路由；通过目的端的汇聚层交换机的调度工作完成乱序分组的重组。

根据上述思路，本发明提出的一种基于SDN的大流负载均衡系统，包括：

Fat-Tree拓扑结构的底层网络，包括核心层交换机、服务器和pod结构，其中，pod结构包括汇聚层交换机和边缘层交换机，所有交换机均用于数据包的转发，服务器用于产生和接受数据流；

SDN控制器，用于获取整个网络的拓扑信息、并对交换机下发流表和对底层网络进行集中控制；