CN104683254A - 路由控制方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用以平衡网络中多个连结的负载的路由控制方法与装置。通过网络上一或多个交换器，对每一连结周期性地测量负载率。依据触发信号，选择经过这些连结中一超载连结的一封包流，并依据这些连结的负载率、该封包流的起点地址和终点地址，决定该封包流所需经过的这些连结中至少一替代连结。选择性地设定替代连结上至少一替代交换器的封包处理表，使该封包流经过替代连结。替代交换器为这些交换器其中之一。

Description

路由控制方法与装置

技术领域

本发明关于网络路由（routing），特别关于软件定义网络（software-definednetwork，简称SDN）上的路由控制方法与装置。

背景技术

在一网络中如何平衡各连结（link）的负载而极大化封包总通量一向是电脑网络技术的重要议题，尤其在网络位相（topology）益形复杂、数据量与日俱增的趋势下，传统等成本多路径（equal-cost multi-path，简称ECMP）盲目均分流量的做法已不合时宜。

发明内容

鉴于上述问题，本发明旨在利用软件定义网络中切分交换器（switch）的数据面（data plane）与控制面（control plane）而得以集中管理路由的特性，提供一种独立运作不影响其他应用程序的路由控制方法与装置。

本发明提供一种用以平衡网络中多个连结的负载的路由控制方法，包含：通过网络上一或多个交换器，对每一连结周期性地测量负载率；依据触发信号，选择经过这些连结中一超载连结的一封包流（flow）；依据这些连结的负载率、该封包流的起点地址和终点地址，决定该封包流所需经过的这些连结中至少一替代连结；以及选择性地设定替代连结上至少一替代交换器的封包处理表，使该封包流经过替代连结。替代交换器为这些交换器其中之一。

上述的路由控制方法，其中该触发信号指示该超载连结对应的该负载率大于一上限。

上述的路由控制方法，其中该触发信号更指示该超载连结对应的该负载率大于该上限超过一预设时间。

上述的路由控制方法，其中选择性地设定该替代交换器的该封包处理表的步骤包含：判断当该封包流经过该替代连结时，该替代连结对应的该负载率是否大于该上限；其中当该替代连结对应的该负载率不大于该上限时，于该封包处理表加入高优先性的一处理规则，且该处理规则具有一适用时限。

上述的路由控制方法，其中该起点地址为这些交换器其中之一的一媒体存取控制地址，该终点地址为这些交换器其中之一的另一媒体存取控制地址。

本发明提供一种路由控制装置，用以平衡网络中多个连结的负载，包含通讯模块、处理模块与路由计算模块。通讯模块用以通过网络上一或多个交换器，对每一连结周期性地测量负载率，且用以产生触发信号。处理模块耦接通讯模块，用以依据触发信号，选择经过这些连结中一超载连结的一封包流，且用以选择性地设定这些连结中至少一替代连结上至少一替代交换器的封包处理表，使该封包流经过替代连结。替代交换器为这些交换器其中之一。路由计算模块耦接处理模块，用以依据这些连结的负载率、该封包流的起点地址和终点地址，决定该封包流所需经过的替代连结。

上述的路由控制装置，其中该触发信号指示该超载连结对应的该负载率大于一上限。

上述的路由控制装置，其中该触发信号更指示该超载连结对应的该负载率大于该上限超过一预设时间。

上述的路由控制装置，其中该处理模块选择性地设定该替代交换器的该封包处理表包含判断当该封包流经过该替代连结时，该替代连结对应的该负载率是否大于该上限，且当该替代连结对应的该负载率不大于该上限时，该处理模块于该封包处理表加入高优先性的一处理规则，且该处理规则具有一适用时限。

上述的路由控制装置，其中该起点地址为这些交换器其中之一的一媒体存取控制地址，该终点地址为这些交换器其中之一的另一媒体存取控制地址。

综上所述，本发明提供的路由控制方法与装置可以软件定义网络的控制器（controller）实作，当触发信号指示某连结超载时，设定替代交换器，重新导向超载连结上的某个封包流；此流程可被重复执行，直到该连结的负载不再那么吃紧。

以上关于本发明内容及以下关于实施方式的说明用以示范与阐明本发明的精神与原理，并提供对本发明的申请专利范围更进一步的解释。

附图说明

图1为依据本发明一实施例路由控制装置的高阶方块图；

图2为依据本发明一实施例路由控制方法的流程图；

图3为一网络的高阶方块图。

其中，附图标记：

1路由控制装置     10处理模块

12通讯模块        16路由计算模块

2网络             21－27连结

30、32终端主机    40－46交换器

具体实施方式

以下在实施方式中叙述本发明的详细特征，其内容足以使任何本领域技术人员了解本发明的技术内容并据以实施，且依据本说明书所揭露的内容、权利要求书及附图，任何本领域技术人员可轻易地理解本发明相关的目的及优点。以下实施例进一步说明本发明，但非限制本发明的范畴。

请参见图1。图1依据本发明一实施例路由控制装置的高阶方块图。如图1所示，路由控制装置1可以是软件定义网络的控制器，包含处理模块10、通讯模块12与路由计算模块16。处理模块10分别耦接通讯模块12和路由计算模块16。软件定义网络可以OpenFlow协定实作，例如交换器开放控制面而能与控制器以信息沟通。路由控制装置1以通讯模块12所包含的网络界面卡（networkinterface card，简称NIC）通过连结耦接网络上的一或多台交换器，如交换器40。

请参见图2。图2依据本发明一实施例路由控制方法的流程图。如图2所示，于步骤S11中，通讯模块12通过各交换器，对每一连结周期性地测量负载率。实务上，交换器需被开启sFlow或NetFlow等网络测量功能，并将包括可见连结（如交换器的实体接线）的负载率的所得资讯回报给具监视功能的通讯模块12。交换器可以实时地（real-time）也可以较低的频率测量或回报。

通讯模块12可设定有触发条件，并于其发生时产生触发信号。举例而言，触发条件可以是“一连结的负载大于其频宽的90%”，则触发信号指示此连结超载。在其他实施例中，触发条件中连结负载率可以有不同的上限。在一实施例中，触发条件更可以考量超载是否为持续性的，如通讯模块12在“一连结的负载率大于90%超过4秒”才产生触发信号。

于步骤S13中，处理模块10依据触发信号，选择经过超载连结的一个封包流。将任何封包流移出超载连结显然有助于减轻此连结的负载。实务上，处理模块10可向关联于超载连结的交换器取得所有经过此连结的封包流的列表，并选择流量最可观的封包流以利步骤S15的执行。于步骤S15中，路由计算模块16依据选择出的封包流的起点地址和终点地址，重新规划递送此封包流的最短路径，着眼于避开前述超载连结。规划时可以以步骤S11中周期性测量的各连结的负载率为连结成本；重新规划出的路径会使此封包流经过相异于超载连结的至少一替代连结和其上至少一替代交换器。

在一实施例中，处理模块10于步骤S17中判断若将选择出的封包流导向至替代连结，是否反而造成替代连结超载。显然若此封包流会造成替代连结超载，则通讯模块12会于步骤S13中对替代连结产生触发信号，路由计算模块16又需执行步骤S15搬动封包流，形成无限循环。在一实施例中，若处理模块10于步骤S17中判断替代连结不可行，则路由控制装置1回到步骤S15重新对此封包流规划路径。在另一实施例中，路由控制装置1可回到步骤S13，选择原超载连结上其他的（如流量次大的）的封包流并执行步骤S15，或放弃并等待网络满载的情况稍解再行路由控制。

若处理模块10于步骤S17中判断承担选择出的封包流不会使替代连结超载时，则可于步骤S19中设定替代交换器的封包处理表，使替代交换器接收此封包流的封包后能将的导向至替代连结。封包处理表可以是但不限于OpenFlow所定义的流表（flow table）。具体而言，于步骤S19中，处理模块10于替代交换器的封包处理表中加入针对此封包流（如以其起点地址和终点地址辨识）的一条处理规则。这条处理规则用于平衡负载，因此具紧迫性，应用上应比其他来源的处理规则优先。又这条处理规则具临时性，当原超载连结恢复正常或此封包流结束后即不再适用，因此处理模块10亦可在其中设定一适用时限。

请配合图1和图2参见图3。图3为一网络的高阶方块图。如图3所示，在网络2上有终端主机（host）30和32，以及交换器40、42、44与46。终端主机30以连结21耦接交换器40，并通过交换器40和网络2上其他可能存在的终端主机沟通。终端主机32以连结27耦接交换器46。交换器40和46因耦接终端主机而常被称为缘（edge）交换器，位于网络2内部的交换器42和44则是核（core）交换器。交换器40以连结22耦接交换器42。交换器40以连结23耦接交换器44。交换器42以连结24耦接交换器46。交换器42以连结25耦接交换器44。交换器44以连结26耦接交换器46。概念上未绘于图3中的路由控制装置1分别耦接交换器40、42、44与46，但实际上路由控制装置1可以与网络2中某交换器整合，或是作为终端主机呈现的服务器。

假设于步骤S11和S13中连结22超载，而处理模块10选择重新导向自终端主机30至终端主机32的一个封包流；此封包流现在的路径是连结21、22、24和27，亦即依序经过交换器40、42和46。复假设于步骤S15和S17中路由控制装置1决定此封包流的一条可用的替代路径是连结21、23、26和27（连结23与26是替代连结），因此处理模块10于步骤S19中在交换器40的封包处理表中加入“将此自终端主机30至终端主机32的封包流送往连结23”的规则，并设定交换器44“将此自终端主机30至终端主机32的封包流送往连结26”，以此类推。

一般而言，步骤S15中引用的起点和终点地址，如图3中用以辨识终端主机30和32者，指的是媒体存取控制（media access control，简称MAC）地址。值得一提的是，本发明的路由控制方法亦适用于网络基础建设的一般性维护。具体而言，在一实施例的步骤S11中，交换器可以实时测量网络中所有连结的负载率，但同时以较低频率并行对网络内部连结（如连结22至26）的另一种测量。对内部连结而言，通讯模块12仍在触发条件符合时产生触发信号，唯此触发条件可能略为宽松，如“负载率大于80%”，相较于实时测量所有连结时的90%上限。路由计算模块16于步骤S15中可舍封包流两终端主机而取两缘交换器（如交换器40和46）对网络内部的媒体存取控制地址来规划替代路径。举例而言，当连结24超载时，任何封包流仍能沿连结25和26从交换器42被递送到交换器46（以及任何后续的目的地）。处理模块10于步骤S19中设定的针对内部连结的处理规则将不会与终端主机的地址有关。在一实施例中，这种规则的优先性低于实时测量、触发造成者（但仍高于非出自本发明的处理规则），但适用时限较长。

综上所述，本发明提供的路由控制方法与装置可以软件定义网络的控制器实作，借修改替代交换器的封包处理表，重新导向超载连结上的某个封包流；此流程可被重复执行，直到该连结的负载不再那么吃紧。在一实施例中，只有重新导向的封包流不会使替代连结超载时处理模块才设定替代交换器，且新增的处理规则具高优先性和适用时限。在一实施例中，触发信号指示超载连结的负载率大于某上限超过某预设时间。在一实施例中，网络基础建设的一般性维护可与实时测量并行。

Claims (10)

1.一种路由控制方法，其特征在于，用以平衡一网络中多个连结的负载，该路由控制方法包含：

通过该网络上一或多个交换器，周期性地测量这些连结的多个负载率，每一该连结分别对应这些负载率其中之一；

依据测量时产生的一触发信号，选择一封包流，该封包流经过这些连结中一超载连结；

依据这些连结的这些负载率、该封包流的一起点地址和该封包流的一终点地址，决定该封包流所需经过的这些连结中至少一替代连结；以及

选择性地设定该替代连结上至少一替代交换器的一封包处理表，使该封包流经过该替代连结，该替代交换器为这些交换器其中之一。

2.如权利要求1所述的路由控制方法，其特征在于，该触发信号指示该超载连结对应的该负载率大于一上限。

3.如权利要求2所述的路由控制方法，其特征在于，该触发信号更指示该超载连结对应的该负载率大于该上限超过一预设时间。

4.如权利要求2所述的路由控制方法，其特征在于，选择性地设定该替代交换器的该封包处理表的步骤包含：

判断当该封包流经过该替代连结时，该替代连结对应的该负载率是否大于该上限；

其中当该替代连结对应的该负载率不大于该上限时，于该封包处理表加入高优先性的一处理规则，且该处理规则具有一适用时限。

5.如权利要求4所述的路由控制方法，其特征在于，该起点地址为这些交换器其中之一的一媒体存取控制地址，该终点地址为这些交换器其中之一的另一媒体存取控制地址。

6.一种路由控制装置，其特征在于，用以平衡一网络中多个连结的负载，该路由控制装置包含：

一通讯模块，用以通过该网络上一或多个交换器，周期性地测量这些连结的多个负载率，每一该连结对应这些负载率其中之一，且测量时用以产生一触发信号；

一处理模块，耦接该通讯模块，用以依据该触发信号，选择一封包流，该封包流经过这些连结中一超载连结，且用以选择性地设定这些连结中至少一替代连结上至少一替代交换器的一封包处理表，使该封包流经过该替代连结，该替代交换器为这些交换器其中之一；以及

一路由计算模块，耦接该处理模块，用以依据这些负载率、该封包流的一起点地址和该封包流的一终点地址，决定该封包流所需经过的该替代连结。

7.如权利要求6所述的路由控制装置，其特征在于，该触发信号指示该超载连结对应的该负载率大于一上限。

8.如权利要求7所述的路由控制装置，其特征在于，该触发信号更指示该超载连结对应的该负载率大于该上限超过一预设时间。

9.如权利要求7所述的路由控制装置，其特征在于，该处理模块选择性地设定该替代交换器的该封包处理表包含判断当该封包流经过该替代连结时，该替代连结对应的该负载率是否大于该上限，且当该替代连结对应的该负载率不大于该上限时，该处理模块于该封包处理表加入高优先性的一处理规则，且该处理规则具有一适用时限。

10.如权利要求9所述的路由控制装置，其特征在于，该起点地址为这些交换器其中之一的一媒体存取控制地址，该终点地址为这些交换器其中之一的另一媒体存取控制地址。