[发明专利]网络效用最大化的SDN负载均衡方法

说明书

本发明涉及软件定义网络领域，特别涉及一种网络效用最大化的软件定义网络负载均衡方法；确定从源节点到目的节点之间存在的多条路径，根据数据流业务属性的不同，赋予满足服务质量的影响因子的不同的权重，然后通过采集交换机的信息，获取网络中的服务质量的影响因子的值，包括链路利用率、时延和丢包率等实时信息，接着计算路径集中每条路径的效用值和负载，最后结合全局考虑，为数据流选择最佳路径；本发明能够在保证网络动态负载均衡的同时，最大程度上满足业务的服务质量要求。

技术领域

本发明涉及软件定义网络(Software Defined Network，SDN)，特别涉及网络效用最大化的SDN负载均衡方法。

背景技术

软件定义网络(Software Defined Network，SDN)是美国斯坦福大学Clean Slate计划中的一部分，是一种革命式新型网络架构，最初为校园网络研究人员设计创新网络架构并提供真实的实验平台，后经McKeown等研究者的推广逐渐在学术界和产业界普及。在SDN网络中，SDN利用分层的思想将网络数据平面与控制平面分离，由软件驱动的集中控制器对整个SDN网络进行逻辑上的控制及管理，负责制定转发路径，为网络上层应用和服务提供可编程接口，具有全局网络视图，能灵活地使用网络资源。而数据平面仅需要根据控制平面生成的转发规则进行单纯的数据流转发，降低了底层传输设备功能的复杂性。OpenFlow协议用于控制平面与数据平面之间通信，改变了传统网络中数据包转发的方式。数据平面通过OpenFlow协议向集中控制器发送流请求数据包，控制器利用全局网络视图向数据平面下发转发规则。与传统网络架构相比，SDN这种控制转发分离的网络架构通过集中控制器，能够实时地监测全局网络状态，非常适合用于解决目前互联网面临的网络资源利用率低、链路负载不均衡以及网络服务质量保证等问题。SDN目前已经在校园网、数据中心网络领域取得了不少的成果，如斯坦福大学计算机系部署的Plug-n-Serve负载均衡模型以及谷歌数据中心B4网络。

负载均衡技术通过在网络中实施均衡，可有效地提高网络的吞吐率和数据处理能力，使其可用性得到了增强。负载均衡是一种将计算机网络中的负载进行分担的技术，负载均衡的主要目的是将外部发来的大量请求，根据一定的算法，均匀地分散到网络的各个节点当中，使得现有的链路以及网络中的计算资源得到充分利用。这样就能缩短响应时间并提高了整个网络的吞吐率。

传统互联网虽然能够利用综合服务(Integrated Services，简称IntServ)或区分服务(Differentiated Service，简称DiffServ)提供一定程度的服务质量(Quality ofService，简称QoS)保障，但由于他们都是建立在分布式互联网架构上，收集全局网络状态信息难度巨大，因此无法在全球范围内得到推广。SDN架构通过将控制平面和数据平面分离，周期性地向交换机发送状态请求信息，能够得到最新的网络状态信息。因此，SDN能够根据实时的链路负载情况分配流量，提高网络资源利用率，减轻负载过重时的网络拥塞，保证QoS。目前根据调度的分配对象，基于SDN的负载均衡技术主要可以分为基于大流(超过一定大小且持续时间较长的流)识别的调度算法、面向QoS的调度以及其他算法。基于大流识别的调度算法将实时探测网络大流，当网络链路发生拥塞时，系统将优先为大流计算一条合理的转发路径，从而解决链路拥塞，保证链路负载均衡。面向QoS的流量调度则是在保证服务质量的同时实现网络负载均衡，主要针对网络中的实时不同业务流，为其计算一条满足QoS需求的的路径，当网络发生拥塞时，控制器将结合业务流量需求和实时网络状态重新为业务选择合适的后续路径，从而保证业务的QoS需求。

上述两类方法都是在控制器Floodlight中采用迪杰斯特拉Dijkstra最短路径算法为服务选择一条从源节点到目标节点最短的路径进行数据转发，采用传统的“最小跳数”作为链路权重，在整个网络运行过程中，链路的权重值将恒定不变，不能有效地反映链路的实时状态和质量，无法满足用户的QoS要求，即网络吞吐量、端到端时延和丢包率等QoS影响因子不能达到理想的要求，且不能根据链路的实际负载动态调整网络流量分布，无法实现动态负载均衡。

发明内容