[发明专利]一种基于SDN的数据中心网络多路径动态负载均衡方法

说明书

一种基于SDN的数据中心网络多路径动态负载均衡方法，包括如下步骤：监测网络状态，获取设备的实时状态信息；划分大小流；对于小流，采用ECMP的方式进行路由，基于流的10元组值进行哈希运算选择转发路径；对于大流，采用大流选路算法；计算平均链路利用率与链路负载方差，将链路利用率最大的链路上占用带宽最大的流重路由到瓶颈带宽最大的路径上。本方法结合初始路由及重路由算法，强化负载均衡效果；既满足小流的低时延需求又满足大流的高吞吐量需求；对大流采用基于概率选择算法的动态选路算法，避免因路径信息更新不及时导致大流分配到同一路径上的问题发生；设置单个周期内重路由次数上限，避免网络波动引发的不必要的重路由，减小控制器的开销。

技术领域

本发明属于数据中心网络领域，具体的是一种基于SDN的数据中心网络多路径动态负载均衡方法。

背景技术

随着互联网技术的快速发展，网络业务量快速增长，网络运营商不断加大服务器和存储设备部署密度，数据中心网络节点和链路呈指数型增长，数据中心已逐渐成为网络流量的汇聚地。数据中心的数据流量的不断增加以及不同类型的流量对链路需求和服务质量需求不同对数据中心网络提出了更高的要求，而现有的大多数路由算法未综合考虑链路的实时状态与各个流量特征，因而导致网络中部分链路负载过重的同时另一部分链路仍处于空闲状态，引起了网络负载的不均衡。

在当前的数据中心负载均衡算法中，ECMP算法是使用最为广泛的，它先将多条等价路径进行编号，再根据等价路径数目对数据包头部字段进行哈希求模运算，最后将数据流映射到对应路径上。ECMP算法实现了流数目的均衡，但由于ECMP算法未考虑动态地网络环境，可能会将多条大流映射到同一条链路上引起大流碰撞，加重链路负载，甚至导致链路拥塞，数据包丢失。在网络负载较轻时，ECMP算法有着良好的表现，但随着网络负载的加重，网络的负载会变得不均衡。LABERIO算法将全网瞬时已用带宽方差最为负载均衡度参数，一旦方差超过设定好的阈值，SDN控制器将网络中拥塞程度最重的链路上的流调度到满足流传输条件且负载最小的路径上，LABERIO虽然满足了某些流被调度的迫切性，但瞬时已用带宽方差易受到网络中突发流量的影响，不停地触发重路由，引起不必要的开销。DLB算法是一种面向胖树拓扑网络的动态负载均衡算法，在胖树拓扑网络中，只要确定了流量到达最高层节点的路径，下传路径也就相应确定了。DLB采用贪婪策略的思想，从源节点开始选择剩余带宽最大的链路的另一节点作为下一跳，直到到达最高层交换机接节点。但是DLB算法得到的路径只是局部最优的，有可能造成部分局部最优路径的拥塞。

专利CN106533960A“一种基于Fat-Tree结构的数据中心网络路由方法”提出了一种基于调度优先级的拥塞控制算法，对新流采用基于链路带宽和大流数目的DLB算法进行路由，之后监测网络，对发现的拥塞链路上的大流进行重路由，将这些大流按照从大到小的顺序根据基于截止时间和交换机队列长度的DR算法依次重新调度，直至链路不再拥塞。这种方法一定程度上降低了拥塞链路上的负载，提高链路利用率。然而，这篇专利对新流采用的DLB算法由于贪婪策略选择下一跳的特性，选择的路径多是局部最优路径，很容易造成局部链路拥塞，之后采用DR算法虽然考虑了局部链路上的大流被调度的迫切性，可以一定程度上减轻拥塞，但是未加限制的DR算法可能会造成大量的额外开销；同时未考虑小流对低时延的需求。所以，优化新流路由方法的同时结合重路由机制可能达到更好的负载均衡效果。

发明内容

针对上述所提出的技术问题，本发明结合初始路由算法和重路由算法提出了一种基于SDN(Software Defined Network，软件定义网络)的数据中心网络多路径动态负载均衡方法(Multipath Transmission Dynamic LoadBalance，MTDLB)，在传统的数据中心负载计划方法上进行了改进。

一种基于SDN的数据中心网络多路径动态负载均衡方法，包括如下步骤：

步骤1：监测网络状态，获取网络中每个设备的实时状态信息；