[发明专利]一种基于遗传算法的SDN数据中心网络流转发方法

说明书

本发明属于网络技术领域，特别涉及一种基于遗传算法的SDN数据中心网络流转发方法，包括接入交换机接收终端主机的数据包后，初步判别其是否是大流，如果是小流则采用等价多路径来调度，否则将其调度到最大剩余带宽路径上，控制器轮询交换机获得大流的流速率，若流速率超过一定阈值，就通过带宽需求检测模块来估计其真实带宽需求，如果流速率小于真实带宽需求认为出现流冲突，则将这些数据流作为待调度数据流；采用遗传算法来为这些数据流规划路由，控制器下发新的流表到相应交换机，完成流的重调度；本发明针对高负载网络中网络带宽受限而出现流冲突现象采用遗传算法统一规划路由，在全局角度提高网络总体吞吐量，改善网络拥塞。

技术领域

本发明属于网络技术领域，特别涉及一种基于遗传算法的SDN数据中心网络流转发方法。

背景技术

数据中心是数据传输、计算、存储的中心，集中部署硬件资源为用户提供各种各样的云服务：如存储、web搜索、算力、以及虚拟网络构建等。近些年来，随着互联网的蓬勃发展，互联网上的数据量呈指数级膨胀，数据中心规模急剧扩大，在不久的将来，随着5G网络的商用，5G低延迟和高带宽带来的优势将进一步的促进云技术的发展。因此对数据中心网络流量进行合理的动态规划十分重要。网络流量合理的调度可以提高链路带宽利用率，降低网络拥塞概率，进而达到网络流量负载均衡，更好的满足用户的需求，降低成本。

传统网络的路由计算和转发紧耦合的情况限制了网络的灵活性，且数据中心多样化业务需求和地域的集中性为引入SDN网络带来了可能。SDN网络架构利用分层思想将转发和控制解耦，控制层拥有全局视角可以获得全网的拓扑、节点、链路以及流量信息，根据这些信息来进行细粒度动态路由。转发层只进行数据转发，根据控制层下发的流表和组表来处理匹配的数据包。

然而传统的ECMP算法等价的将数据流在多条最短路径上进行分配，没有考虑链路成本，使得多条可用带宽差距很大的路径平等的承担流量，容易造成拥塞的发生，使得网络流量无法得到更合理的调度，降低了吞吐量。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种基于遗传算法的SDN数据中心网络流转发方法，具体包括：

S1、交换机接收到主机发送的数据包，如果直连，则直接转发，否则需要进行流量判别；

S2、判断该数据流的DSCP字段是否是000011，如果是则初步判别该数据流是初步大流，否则是小流；

S3、如果是大流则控制器根据数据包的源IP和目的IP找到K条最短路径并从中选择剩余带宽最大的作为路由，如果是小流则采用ECMP转发；

S4、SDN控制器周期性的向接入交换机下发请求信息，交换机将统计量回复报文给交换机；

S5、控制器将各交换机以及对应端口速率信息保存，同时控制器获取流量信息，并根据速率公式计算流速率，将超过阈值的数据流定义为大流；

S6、利用带宽需求估计模块对大流的真实带宽需求进行估计，若数据流流速率小于其真实带宽需求则定义为待调度流；

S7、为每条待调度流分配一个顶层交换机作为一个分配策略，并进行染色体编码；

S8、控制器利用遗传算法对进行染色体编码后待调度流进行路由规划，控制器下发新的流表到相应交换机，完成流的重调度。

进一步的，步骤S2具体包括：对服务器系统进行修改，加入TCP缓冲区检测的shim层，若TCP缓冲区超过设置的阈值，则将其IP数据包中的DSCP设置为保留字段000011，接入交换机下发匹配DSCP流表。

进一步的，数据包至少包括源IPIp_src、目的IP Ip_dst，源tcp端口Tcp_src_port，目的tcp端口Tcp_dst_port，以太网类型Ethertype。

进一步的，流速率与链路容量的比值包括：