[发明专利]一种基于软件定义网络的网络功能快速扩容方法

说明书

本发明涉及一种基于软件定义网络的网络功能快速扩容方法。检测到过载的网络功能时，同时考虑到过载的网络功能和下游的网络功能来建模，在一步内求解扩容网络功能的问题。特别地，为了解决扩容问题，本发明提出了两种具有不同目标的服务功能连扩容算法。最后自动根据总输入速率和服务功能链拓扑计算新的阈值。通过建模一次性生成整个服务功能链的扩容计划，可以有效避免不必要的重新配置并减少收敛时间，有效解决了在管理过载网络功能方面收敛缓慢的问题。

技术领域

本发明涉及软件定义网络领域，具体涉及一种基于软件定义网络的网络功能快速扩容方法。

背景技术

网络功能，例如防火墙、深度包检查、入侵检测系统、负载均衡器，通常被部署为专有硬件中间盒。然而，随着用户需求的日益多样化以及互联网流量的快速增长，无论是在处理能力上还是在异构性上，专有硬件中间盒都导致了高昂的成本和网络管理灵活性的缺失。软件定义网络和网络功能虚拟化的出现提供了一种兼顾成本效益和灵活性的解决方案来克服这些缺点。网络功能虚拟化，使网络功能与硬件脱钩，使得诸如网络地址转换、防火墙、入侵检测、域名服务和缓存等功能可以通过软件实现，摆脱传统硬件中间盒带来的诸多限制。软件定义网络引导流量通过一个网络功能的多个实例来实现灵活的数据包处理。因此网络功能虚拟化与软件定义网络一起为网络功能部署和管理提供了灵活性，提供了动态创建和销毁网络功能实例的能力。

网络功能通常作为一条链放置，即服务功能链。在一条服务功能链中，一个网络功能可以由多个实例组成，每个实例都处理传入的一部分的流量，以克服单个实例所受到的内存或计算资源的约束。通过动态创建网络功能实例（即网络功能扩容），服务功能链可以在包括数据中心网络和移动网络在内的更广泛的场景中实现灵活、弹性的网络功能管理。现如今，已经提出了许多解决方案以实现网络功能扩容。但是，现有解决方案存在收敛缓慢的问题。简单来说，当检测到过载的网络功能时，现有解决方案将对这些网络功能执行扩容操作。但是，他们忽略了扩容一个网络功能对同一条服务功能链中处于下游网络功能的影响——下游网络功能可能会过载并成为新的瓶颈。更糟的是，现有解决方案一次只能扩容一个网络功能，这使得服务功能链需要很长时间才能达到稳定状态（即收敛缓慢）。因此，我们提出了一种可在一步之内完成整个服务功能链扩容计划的快速扩容方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于软件定义网络的网络功能快速扩容方法，能有效解决在管理过载网络功能方面收敛缓慢的问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种基于软件定义网络的网络功能快速扩容方法，包括如下步骤：

步骤S1、服务功能链控制器定期收集网络功能输入速率，并根据网络功能处理能力的阈值检测过载的网络功能；

步骤S2、检测到过载的网络功能时，同时考虑过载的网络功能和下游的网络功能来建模，一次性生成整个服务功能链的扩容计划；

步骤S3、根据扩容计划，进行服务功能链结构修改。

在本发明一实施例中，将服务功能链结构公式化为有向无环图 G，其中节点v_i是第i个网络功能，边e_i,j是v_i与v_j之间的连接，r_i,j为网络功能 v_i到网络功能 v_j的输入速率，用n表示节点的数量，每个节点v_i(1≤ i ≤n)与处理能力c_i关联，处理能力c_i的值指示节点v_i可以处理的最大流量，整个服务功能链的总输入速率为R，节点v_i的输入速率定义为R_i，其输出速率定义为O_i，其阈值定义为t_i，扩容算法将产生一组决策变量{x_i | (1≤ i ≤n)}，其中决策变量x_i指示第i个网络功能应该使用多少个网络功能实例。