CN104301246A - 基于sdn的大流负载均衡转发方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于SDN的大流负载均衡转发方法及装置，所述方法包括：TOR交换机接收大流报文；将所述大流报文保存在TOR交换机的大流hash流表中，同时，将所述大流报文转发至中心控制器Controller；所述中心控制器Controller根据所述大流报文携带的信息计算其相应的大流报文转发路径，并将所述大流报文转发路径发送到TOR交换机，同时，将所述大流报文转发路径一并存储在TOR交换机的大流hash流表中。本发明通过在大流hash流表中增加大流转发信息，有效的节省ACL的宝贵条目，在使大流报文均衡转发的同时，有效降低了交换芯片的大小和成本。
Description
技术领域
本发明涉及网络通信领域，尤其涉及一种基于SDN的大流负载均衡转发方法及装置。
背景技术
在现代数据中心中，少量的大流占据了绝大多数的网络带宽，对大流的检测和负载均衡是提高和优化网络利用率的重要技术，如何再平衡这些大流变得越来越关键。
传统的大流负载均衡转发方法中，首先通过server端检测大流报文，并将检测的所述大流报文通告给中心控制的Controller，Controller在物理TOR交换机上配置ACL 条目，并在ACL中指定ECMP路径实现负载均衡。
ACL是 访问控制列表（Access Control List的缩写） 是路由器和交换机接口的指令列表，用来控制端口进出的数据包。这张表中包含了匹配关系、条件和查询语句，表只是一个框架结构，其目的是为了对某种访问进行控制。
如此，大流报文转发过程中，需要大量ACL条目的消耗，而往往在TOR交换机上是采用TCAM实现ACL，TCAM是一种三态内容寻址存储器(ternary content addressable memory的缩写)，主要用于快速查找ACL、路由等表项；TCAM这种对于交换机而言资源宝贵，如果要因为大流的转发策略消耗TCAM并不划算，导致交换芯片需要为此设计更大TCAM，提高交换芯片的成本。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种基于SDN的大流负载均衡转发方法及装置。
为实现上述目的之一，本发明一实施方式的基于SDN的大流负载均衡转发方法，所述方法包括： TOR交换机接收大流报文；
将所述大流报文保存在TOR交换机的大流hash流表中，同时，将所述大流报文转发至中心控制器Controller；
所述中心控制器Controller根据所述大流报文携带的信息计算其相应的大流报文转发路径，并将所述大流报文转发路径发送到TOR交换机，同时，将所述大流报文转发路径一并存储在TOR交换机的大流hash流表中。
作为本发明的进一步改进，所述“TOR交换机接收大流报文；”后，
所述方法还包括：
查询所述TOR交换机的大流hash流表，是否存在与所述大流报文匹配的大流报文转发路径；
若是，根据所述大流报文转发路径将所述大流报文转发至对应的汇聚交换机；
若否，将所述大流报文转发至中心控制器Controller。
作为本发明的进一步改进，所述“同时，将所述大流报文转发至中心控制器Controller；”具体包括：
将所述大流报文通知给CPU，所述CPU通过其北向接口，将所述大流报文配置下发到中心控制器Controller。
作为本发明的进一步改进，所述“所述中心控制器Controller将所述大流报文转发路径发送到TOR交换机”具体包括：
所述中心控制器Controller将所述大流报文转发路径通知给CPU，所述CPU将所述大流报文转发路径通过南向出口配置发送到TOR交换机。
作为本发明的进一步改进，所述方法还包括：
在所述中心控制器Controller中设置另一大流hash流表。
为实现上述目的之一，本发明一实施方式的基于SDN的大流负载均衡转发装置，所述装置包括：
TOR交换机、与所述TOR交换机通过网络相互连接的中心控制器Controller以及汇聚交换机；
所述TOR交换机包括：
配置模块，用于接收大流报文；
存储模块，用于将所述大流报文保存在TOR交换机的大流hash流表中，同时，将所述大流报文转发至中心控制器Controller；
所述中心控制器Controller包括：
控制模块，用于接收配置模块转发的大流报文，根据所述大流报文携带的信息计算其相应的大流报文转发路径，并将所述大流报文转发路径发送到配置模块；
其中，所述配置模块还用于：接收控制模块转发的大流报文转发路径，并通过所述存储模块将所述大流报文转发路径一并存储在TOR交换机的大流hash流表中。
作为本发明的进一步改进，所述配置模块中还包括一判断模块；
所述判断模块用于：在配置模块收大流报文后，查询所述TOR交换机的大流hash流表，是否存在与所述大流报文匹配的大流报文转发路径；
若是，根据所述大流报文转发路径将所述大流报文转发至对应的汇聚交换机；
若否，将所述大流报文转发至中心控制器Controller。
作为本发明的进一步改进，所配置模块还用于：
将所述大流报文通知给CPU，所述CPU通过其北向接口，将所述大流报文配置下发到中心控制器Controller。
作为本发明的进一步改进，所述控制模块还用于：
将所述大流报文转发路径通知给CPU，所述CPU将所述大流报文转发路径通过南向出口配置发送到TOR交换机。
作为本发明的进一步改进，在所述中心控制器Controller中设置另一大流hash流表。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的基于SDN的大流负载均衡转发方法及装置通过在大流hash流表中增加大流转发信息，有效的节省ACL的宝贵条目，在使大流报文均衡转发的同时，有效降低了交换芯片的大小和成本。
附图说明
图1是本发明一实施方式中基于SDN的大流负载均衡转发方法的流程图；
图2是本发明一实施方式中基于SDN的大流负载均衡转发装置的模块图；
图3是本发明一实施方式中大流报文转发过程处理示意图。
具体实施方式
以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。
SDN是软件定义网络（Software Defined Network的缩写），是Emulex网络一种新型网络创新架构，其核心技术OpenFlow通过将网络设备控制面与数据面分离开来，从而实现了网络流量的灵活控制。
所述OpenFlow是一种新型网络交换模型技术。
如图1所示，在本发明的一实施方式中，所述基于SDN的大流负载均衡转发方法包括：
TOR交换机接收大流报文。
流，其英文全称“Flow”，根据报文特性以及接口等属性定义一个Flow，传统定义一个Flow的方式有：源Mac地址；目的Mac地址；VLAN；MPLS标签；五元组（源IP+目的IP+四层头协议号+四层头源port+四层头目的端口）。
相应的，“流”根据其占据链路带宽的比重或占据带宽的大小分为“大流”、“小流”两种。所述“小流”的英文全称为“Mice flow”，其占据带宽较小，对网络延迟敏感，基本上都是些控制报文，例如：TCP的控制报文，所述“小流”直接影响TCP的传输性能。所述大流，其英文全称为“Elephant flow”，占据链路的带宽较大，为一些长时间活跃的TCP报文，它不要求网络延迟，仅对带宽有要求。
所述TOR交换机，数据中心中面向主机的接入交换机（Top of rack的缩写），从层次上是位于数据中心机架的顶端。
结合图3所示，server端发送大流报文，例如：TCP对话；进一步的，TOR交换机接收来自于server端发送的大流报文。
所述Server，有软硬之分。从硬件的角度而言，Server是物理上存在的服务器；而从软件的角度上说，Server指的是具备服务器端功能的电脑软件，以及正在运行的服务器端软件。整个网络，是由无数的节点和连接通道共同构建而成。而从“硬”的方面说，是由无数的硬件服务器和其他数字化计算设备终端（比如个人电脑、手机等）以及中间连接设备（比如网线、路由器等等）构建而成的。从“软”的方面说，是由无数运行着的服务器端软件和客户端软件（或者说终端软件）以及它们的相互连接交流而构建成的。
进一步的，将所述大流报文保存在TOR交换机的大流hash流表中，同时，将所述大流报文转发至中心控制器Controller。
本实施方式中，将所述大流报文通知给CPU，所述CPU通过其北向接口，将所述大流报文配置下发到中心控制器Controller。相应的，所述CPU可采用OpenFlow技术将所述大流报文配置下发到中心控制器Controller。
进一步的，所述中心控制器Controller根据所述大流报文携带的信息计算其相应的大流报文转发路径。
本实施方式中，由于中心控制器Controller可以获知整个网络的策略，例如：整个网络拓扑状态、大流报文对应的转发端口信息以及对应的转发路径等。所述中心控制器Controller接收到所述大流报文后，即开始对其进行计算，以得到对应所述大流报文的大流报文转发路径。
所述大流报文转发路径为：所述大流报文转发过程中，TOR交换机对应下一层汇聚交换机的转发路径。
本实施方式中的数据中心采用Spine-leaf的架构，且Spine层和Leaf层间是通过ECMP负载均衡技术连接。所述TOR交换机处于Leaf层，所述汇聚交换机处于Spine层。如此，所述转发路径中包括经由TOR交换机的大流报文对应转发至汇聚交换机的端口号等信息。
进一步的，所述中心控制器Controller根据所述大流报文携带的信息计算其相应的大流报文转发路径后，将所述大流报文转发路径发送到TOR交换机。
本实施方式中，所述中心控制器Controller将所述大流报文转发路径通知给CPU，所述CPU将所述大流报文转发路径通过南向出口配置发送到TOR交换机。相应的，所述CPU可采用OpenFlow技术将所述大流报文转发路径配置发送到TOR交换机。
进一步的，所述TOR交换机将接收到的大流报文转发路径一并存储在TOR交换机的大流hash流表中，以备下次大流报文调取。
具体的，所述TOR交换机接收大流报文，查询所述TOR交换机的大流hash流表，是否存在与所述大流报文匹配的大流报文转发路径；若是，根据所述大流报文转发路径将所述大流报文转发至对应的汇聚交换机；若否，将所述大流报文转发至中心控制器Controller。
本实施方式中，所述TOR交换机后续接收到大流报文后，可以直接查询所述TOR交换机的大流hash流表，并根据其存储的与所述大流报文对应的大流报文转发路径进行转发，若未查询到与所述大流报文对应的大流报文转发路径，那么继续重复上述步骤，将所述大流报文转发至中心控制器Controller计算相应的大流报文转发路径，之后将所述大流报文转发路径传递到所述TOR交换机的大流hash流表，之后再继续传递，如此，彻底脱离ACL，不必消耗TCAM资源，并且简单易操作，从设计上能降低交换芯片的大小和成本。
进一步的，在本发明的其他实施方式中，还可以同时在中心控制器Controller中增加一大流hash流表，用于存储网络策略。当网络策略发生变化时，TOR交换机会通过CPU通知中心控制器Controller，使其同时更新大流hash流表，以在网络策略发生变化时，进行同步更新，防止错误的策略占用***带宽，保证大流报文的转发速度。
例如：一条大流报文老化时，即，所述大流报文传输即将结束后，所述大流报文逐渐变为小流报文。所述TOR交换机会同时通知CPU ，并通过所述CPU的北向接口通知给中心控制器Controller，所述中心控制器Controller接到该条信息后，即会在其内的大流hash流表中删除对应的大流报文转发路径，并释放带宽，同时通过CPU的南向接口通知给TOR交换机。
结合图2所示，在本发明的第一实施方式中，所述基于SDN的大流负载均衡转发装置包括：TOR交换机、与所述TOR交换机通过网络相互连接的中心控制器Controller以及汇聚交换机；
所述TOR交换机包括：配置模块100、存储模块200；所述中心控制器Controller包括：控制模块300，其中，配置模块100中还设置一判断模块101。
本实施方式中，配置模块100用于接收大流报文。
流，其英文全称“Flow”，根据报文特性以及接口等属性定义一个Flow，传统定义一个Flow的方式有：源Mac地址；目的Mac地址；VLAN；MPLS标签；五元组（源IP+目的IP+四层头协议号+四层头源port+四层头目的端口）。
相应的，“流”根据其占据链路带宽的比重或占据带宽的大小分为“大流”、“小流”两种。所述“小流”的英文全称为“Mice flow”，其占据带宽较小，对网络延迟敏感，基本上都是些控制报文，例如：TCP的控制报文，所述“小流”直接影响TCP的传输性能。所述大流，其英文全称为“Elephant flow”，占据链路的带宽较大，为一些长时间活跃的TCP报文，它不要求网络延迟，仅对带宽有要求。
所述TOR交换机，数据中心中面向主机的接入交换机（Top of rack的缩写），从层次上是位于数据中心机架的顶端。
结合图3所示，server端发送大流报文，例如：TCP对话；进一步的，TOR交换机接收来自于server端发送的大流报文。
所述Server，有软硬之分。从硬件的角度而言，Server是物理上存在的服务器；而从软件的角度上说，Server指的是具备服务器端功能的电脑软件，以及正在运行的服务器端软件。整个网络，是由无数的节点和连接通道共同构建而成。而从“硬”的方面说，是由无数的硬件服务器和其他数字化计算设备终端（比如个人电脑、手机等）以及中间连接设备（比如网线、路由器等等）构建而成的。从“软”的方面说，是由无数运行着的服务器端软件和客户端软件（或者说终端软件）以及它们的相互连接交流而构建成的。
存储模块200用于将所述大流报文保存在TOR交换机的大流hash流表中，同时，配置模块100将所述大流报文转发至中心控制器Controller。
本实施方式中，配置模块100用于将所述大流报文通知给CPU，所述CPU通过其北向接口，将所述大流报文配置下发到中心控制器Controller。相应的，所述CPU可采用OpenFlow技术将所述大流报文配置下发到中心控制器Controller。
进一步的，控制模块300用于接收配置模块100转发的大流报文，根据所述大流报文携带的信息计算其相应的大流报文转发路径。
本实施方式中，由于中心控制器Controller可以获知整个网络的策略，例如：整个网络拓扑状态、大流报文对应的转发端口信息以及对应的转发路径等。控制模块300接收到所述大流报文后，即开始对其进行计算，以得到对应所述大流报文的大流报文转发路径。
所述大流报文转发路径为：所述大流报文转发过程中，TOR交换机对应下一层汇聚交换机的转发路径。
本实施方式中的数据中心采用Spine-leaf的架构，且Spine层和Leaf层间是通过ECMP负载均衡技术连接。所述TOR交换机处于Leaf层，所述汇聚交换机处于Spine层。如此，所述转发路径中包括经由TOR交换机的大流报文对应转发至汇聚交换机的端口号等信息。
进一步的，控制模块300根据所述大流报文携带的信息计算其相应的大流报文转发路径后，将所述大流报文转发路径发送到TOR交换机。
本实施方式中，控制模块300将所述大流报文转发路径通知给CPU，所述CPU将所述大流报文转发路径通过南向出口配置发送到TOR交换机。相应的，所述CPU可采用OpenFlow技术将所述大流报文转发路径配置发送到TOR交换机。
配置模块100还用于接收控制模块转发的大流报文转发路径，并将所述大流报文转发路径一并存储在TOR交换机的大流hash流表中，以备下次大流报文调取。
具体的，配置模块100接收大流报文，并通过判断模块101查询所述TOR交换机的大流hash流表，是否存在与所述大流报文匹配的大流报文转发路径；若是，根据所述大流报文转发路径将所述大流报文转发至对应的汇聚交换机；若否，将所述大流报文转发至中心控制器Controller。
本实施方式中，配置模块100后续接收到大流报文后，判断模块101可以直接查询所述TOR交换机的大流hash流表，根据其存储的与所述大流报文对应的大流报文转发路径进行转发，若未查询到与所述大流报文对应的大流报文转发路径，那么继续重复上述步骤，将所述大流报文转发至控制模块300计算相应的大流报文转发路径，之后控制模块300将所述大流报文转发路径传递到至配置模块100，再通过存储模块200将其存储到所述TOR交换机的大流hash流表后再继续传递，如此，彻底脱离ACL，不必消耗TCAM资源，并且简单易操作，从设计上能降低交换芯片的大小和成本。
进一步的，在本发明的其他实施方式中，还可以同时在中心控制器Controller中增加一大流hash流表，用于存储网络策略。当网络策略发生变化时，TOR交换机会通过CPU通知中心控制器Controller，使其同时更新大流hash流表，以在网络策略发生变化时，进行同步更新，防止错误的策略占用***带宽，保证大流报文的转发速度。
例如：一条大流报文老化时，即，所述大流报文传输即将结束后，所述大流报文逐渐变为小流报文。所述TOR交换机会同时通知CPU ，并通过所述CPU的北向接口通知给中心控制器Controller，所述中心控制器Controller接到该条信息后，即会在其内的大流hash流表中删除对应的大流报文转发路径，并释放带宽，同时通过CPU的南向接口通知给TOR交换机。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的基于SDN的大流负载均衡转发方法及装置通过在大流hash流表中增加大流转发信息，有效的节省ACL的宝贵条目，在使大流报文均衡转发的同时，有效降低了交换芯片的大小和成本。
为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种模块分别描述。当然，在实施本申请时可以把各模块的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。
通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以保存在保存介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，信息推送服务器，或者网络设备等）执行本申请各个实施方式或者实施方式的某些部分所述的方法。
以上所描述的装置实施方式仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施方式方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
本申请可用于众多通用或专用的计算***环境或配置中。例如：个人计算机、信息推送服务器计算机、手持设备或便携式设备、平板型设备、多存储模块***、基于微存储模块的***、置顶盒、可编程的消费电子设备、网络PC、小型计算机、大型计算机、包括以上任何***或设备的分布式计算环境等等。
本申请可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本申请，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括保存设备在内的本地和远程计算机保存介质中。
应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于SDN的大流负载均衡转发方法，其特征在于，所述方法包括：
TOR交换机接收大流报文；
将所述大流报文保存在TOR交换机的大流hash流表中，同时，将所述大流报文转发至中心控制器Controller；
所述中心控制器Controller根据所述大流报文携带的信息计算其相应的大流报文转发路径，并将所述大流报文转发路径发送到TOR交换机，同时，将所述大流报文转发路径一并存储在TOR交换机的大流hash流表中。
2.根据权利要求1所述的基于SDN的大流负载均衡转发方法，其特征在于，所述“TOR交换机接收大流报文；”后，
所述方法还包括：
查询所述TOR交换机的大流hash流表，是否存在与所述大流报文匹配的大流报文转发路径；
若是，根据所述大流报文转发路径将所述大流报文转发至对应的汇聚交换机；
若否，将所述大流报文转发至中心控制器Controller。
3.根据权利要求1所述的基于SDN的大流负载均衡转发方法，其特征在于，所述“同时，将所述大流报文转发至中心控制器Controller；”具体包括：
将所述大流报文通知给CPU，所述CPU通过其北向接口，将所述大流报文配置下发到中心控制器Controller。
4.根据权利要求1所述的基于SDN的大流负载均衡转发方法，其特征在于，
所述“所述中心控制器Controller将所述大流报文转发路径发送到TOR交换机”具体包括：
所述中心控制器Controller将所述大流报文转发路径通知给CPU，所述CPU将所述大流报文转发路径通过南向出口配置发送到TOR交换机。
5.根据权利要求1所述的基于SDN的大流负载均衡转发方法，其特征在于，
所述方法还包括：
在所述中心控制器Controller中设置另一大流hash流表。
6.一种基于SDN的大流负载均衡转发装置，其特征在于，所述装置包括：
TOR交换机、与所述TOR交换机通过网络相互连接的中心控制器Controller以及汇聚交换机；
所述TOR交换机包括：
配置模块，用于接收大流报文，将所述大流报文转发至中心控制器Controller；
存储模块，用于将所述大流报文保存在TOR交换机的大流hash流表中；
所述中心控制器Controller包括：
控制模块，用于接收配置模块转发的大流报文，根据所述大流报文携带的信息计算其相应的大流报文转发路径，并将所述大流报文转发路径发送到配置模块；
其中，所述配置模块还用于：接收控制模块转发的大流报文转发路径，并通过所述存储模块将所述大流报文转发路径一并存储在TOR交换机的大流hash流表中。
7.根据权利要求6所述的基于SDN的大流负载均衡转发装置，其特征在于，所述配置模块中还包括一判断模块；
所述判断模块用于：
在配置模块收大流报文后，查询所述TOR交换机的大流hash流表，是否存在与所述大流报文匹配的大流报文转发路径；
若是，根据所述大流报文转发路径将所述大流报文转发至对应的汇聚交换机；
若否，将所述大流报文转发至中心控制器Controller。
8.根据权利要求6所述的基于SDN的大流负载均衡转发装置，其特征在于，
所述配置模块还用于：将所述大流报文通知给CPU，所述CPU通过其北向接口，将所述大流报文配置下发到中心控制器Controller。
9.根据权利要求6所述的基于SDN的大流负载均衡转发装置，其特征在于，
所述控制模块还用于：将所述大流报文转发路径通知给CPU，所述CPU将所述大流报文转发路径通过南向出口配置发送到TOR交换机。
10.根据权利要求6所述的基于SDN的大流负载均衡转发装置，其特征在于，
在所述中心控制器Controller中设置另一大流hash流表。
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Applications Claiming Priority (1)
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