[发明专利]基于软件定义网络的高性能负载均衡系统与方法

说明书

本发明公开了一种基于软件定义网络的高性能负载均衡系统，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。其包括Fat‑Tree底层网络和SDN控制器，该Fat‑Tree底层网络部署有流量抽样检测模块，DCTCP流量控制模块和基于FEC的编码传输模块，分别完成实时感知流量并区分鼠流象流，根据链路时延调整端口流量速率大小和添加冗余包降低鼠流时延的功能。该SDN控制器中增设有拓扑信息模块和象流调度模块，用于完成存储底层网络的拓扑信息，并将象流调度到具有最小路径成本的路径。本发明降低了因丢包而引起的重传延迟，解决了鼠流首尾阻塞问题，提高了象流吞吐量，可用于Fat‑Tree数据中心网络拓扑。

技术领域

本发明属于通信网络技术领域，具体涉及一种高性能负载均衡系统与方法，可用于Fat-Tree数据中心网络拓扑，以实时区分鼠流与象流，实现流量负载均衡。

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鼠流和象流。其中，鼠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；象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。当前数据中心的多路径路由解决方案依赖于ECMP在所有等成本路径之间分配流量。然而，ECMP并不能区分象流和鼠流，导致了鼠流的首尾阻塞和长尾潜伏期。最近的解决方案优先考虑鼠流以满足它们的延迟需求，而忽略象流的吞吐量需求。此外，它们在大规模网络下的可扩展性较差。

发明内容

本发明的目的在于针对上有技术的不足，提出一种基于软件定义网络的高性能负载均衡系统与方法，以减小当前数据中心网络的鼠流时延，提高象流吞吐量，提升在大规模网络下的可扩展性。

本发明技术思路是：通过对网络的初始化，完成Fat-Tree拓扑构建与各交换机的地址分配，SDN控制器负责对整个网络拓扑信息的感知，通过Tor交换机流量抽样检测实时感知发送端流量大小；通过在交换机上部署DCTCP协议，根据链路拥塞程度动态调整鼠流端口速率限制，当链路时延超出预定值时，采用基于编码的添加冗余包的传输协议使丢包率下降。

根据上述思路，本发明的技术方案是这样实现的：

1.一种基于软件定义网络的高性能负载均衡系统，包括：

Fat-Tree拓扑结构，包括有多个Tor交换机，用于满足数据中心扩展的需求，并根据SDN控制器下发的流表项确定转发端口，实现流量调度；

SDN控制器，用于获取整个网络的拓扑信息，负责所有交换机的统一集中控制，实现链路发现、拓扑管理、策略定制和表项下发操作；

其特征在于：

每一个Tor交换机上均部署有流量抽样检测模块，在数据包发送端与接收端均部署有DCTCP流量控制模块与基于FEC的编码传输模块；

SDN控制器中设有拓扑信息模块、象流调度模块、OF协议模块、拓扑发现模块和REST API模块；