CN109361603B - 基于可编程交换芯片动态调整等价路径流量的方法及*** - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了基于可编程交换芯片动态调整等价路径流量的方法及***，方法包括监测并收集每个转发组中各等价路径的带宽信息；根据所述带宽信息，计算各路径的剩余带宽，确定需要迁移的数据流及迁移方式，形成策略路由；根据所述策略路由，将需要迁移的数据流在等价路径间迁移。本发明基于可编程交换芯片，实时检查并分析交换机等价多路径的流量，并根据流量现状动态调整多路径流量，将多路径上的流量均匀分布到各等价路径上，提高了交换机在等价多路径情况下的带宽利用率。

Description

基于可编程交换芯片动态调整等价路径流量的方法及***

技术领域

本发明涉及计算机通信技术领域,具体地说是基于可编程交换芯片动态调整等价路径流量的方法及***。

背景技术

随着云计算，物联网，互联网产业的快速发展，大型数据中心内部流量快速增长。数据中心在近年来引来了快速的发展，很多的大型组织、公司建造了众多的数据中心，把他们的计算，存储，云服务转移到数据中心，从普通应用到科学计算再到网络搜索和社交网络，这些应用需要大量的机柜间的网络带宽，随着数据中心及其应用的大规模扩张，对网络的承载能力造成了巨大的挑战。

云计算的相关应用因上述若干特性使得网络的协议与架构涉及变得困难。1、数据中心的网络负载是突发且难以估量的，可变的应用需求使得原有静态的资源分配变得不能充分满足需求；2、客户需要他们的软件运行在商用***上，当应用的规模急剧增加时，导致数据中心网络规模也必须扩大，同时提高带宽，并且需要保持软件或者协议的兼容性需求；3、数据中心构建在大规模的二层网络上，利用多路径实现大二层网络的扩展，消除生成树，降低流量收敛，提高带宽利用率，面临这数据中心网络资源分配不充分的瓶颈。为此，引入了端到端的等价多链路数目，增大了数据中心网络的冗余度，但同样带来困扰，一条链路的拥塞会迅速恶化整网的性能，提供瓶颈链路的负载均衡已经成为数据中心的难点和研究的重点。

现有的等价多路径协议通常是基于逐流的静态的哈希，交换机在转发数据流时根据固定的算法，在等价多路径中选择一条路径进行转发。通常是根据一种HASH算法，当数据流进行转发时，根据数据流的五元组HASH计算出一条路径，数据流则在该路径进行转发。

这样静态机械的把流量映射到链路中，而不考虑当时网络的利用情况，使得流量过度占用热点链路，从而降低了整网的交换转发效率，可能会存在平均链路利用率相对较小时，数据中心网络依然可能会处于拥塞状态。

发明内容

本发明实施例中提供了一种基于可编程交换芯片动态调整等价路径流量的方法及***，以解决现有技术中数据中心整网的交换转发效率低的问题。

为了解决上述技术问题，本发明实施例公开了如下技术方案：

本发明第一方面提供了基于可编程交换芯片动态调整等价路径流量的方法，所述方法包括：

监测并收集每个转发组中各等价路径的带宽信息；

根据所述带宽信息，计算各路径的剩余带宽，确定需要迁移的数据流及迁移方式，形成策略路由；

根据所述策略路由，将需要迁移的数据流在等价路径间迁移。

结合第一方面，在第一方面第一种可能的实现方式中，所述带宽信息包括各等价路径的总带宽、占用带宽、TOPN数据流组五元组信息和TOPN数据流占用的带宽。

结合第一方面，在第一方面第二种可能的实现方式中，所述确定需要迁移的数据流及迁移方式，形成策略路由的具体过程为：

筛选出剩余带宽最少的路径B和最多的路径A，比较两者剩余带宽的差值，在差值大于阈值时，选取B中的一条数据流迁移到A中；

重复上一步的操作，至最多和最少的两条等价路径剩余带宽差值不大于阈值时，停止数据流的迁移。

结合第一方面，在第一方面第二种可能的实现方式中，所述在差值大于阈值时，选取B中的一条数据流迁移到A中的具体过程为：

根据所述带宽信息，筛选出路径B中TOPN数据流的带宽；

比较TOPN数据流的带宽大小，选取除最大带宽外的一条数据流进行迁移。

本发明第二方面提供了基于可编程交换芯片动态调整等价路径流量的***，所述***包括：

实时监测单元，用于监测交换机等价路径的带宽信息，并将所述带宽信息上报给路径计算控制单元；

路径计算控制单元，用于根据所述带宽信息，计算各路径的剩余带宽，确定需要转移的数据流及迁移方式，形成策略路由并下发至转发控制单元；

转发控制单元，根据五元组HASH算法和策略路由，将需要迁移的数据流在等价路径间迁移。

结合第二方面，在第二方面第一种可能的实现方式中，所述实时监测单元包括N1个等价多路径监测组，每个等价多路径监测组包括N2条监测路径。

结合第二方面，在第二方面第二种可能的实现方式中，所述路径计算控制单元包括

信息获取模块，用于筛选出剩余带宽最少的路径B和最多的路径A；

比较处理模块，用于比较筛选出的两条路径剩余带宽的差值，在差值大于阈值时，选取B中的一条数据流迁移到A中。

结合第二方面，在第二方面第二种可能的实现方式中，，所述比较处理模块还包括

信息处理子模块，根据所述带宽信息，筛选出路径B中TOPN数据流的带宽；

信息比较子模块，用于比较TOPN数据流的带宽大小，并选取除最大带宽外的一条数据流进行迁移。

本发明第二方面所述***能够实现第一方面及第一方面的各实现方式中的方法，并取得相同的效果。

发明内容中提供的效果仅仅是实施例的效果，而不是发明所有的全部效果，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：

1、本发明基于可编程交换芯片，实时检查并分析交换机等价多路径的流量，并根据流量现状动态调整多路径流量，将多路径上的流量均匀分布到各等价路径上，提高了交换机在等价多路径情况下的带宽利用率。

2、通过对收集到的各路经带宽信息进行计算、分析，选出剩余带宽最多和最少的等价路径中数据流进行迁移，且对迁移数据流的选取时，选择除最大带宽外的一条数据流进行迁移，减少数据流的迁移次数，保障数据传输安全。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明所述方法的流程示意图；

图2是本发明所述方法实施例的流程示意图；

图3是本发明所述***的结构示意图；

图4是使用本发明所述方法前带宽及流量的分布示意图；

图5是使用本发明所述方法后带宽及流量的分布示意图。

具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。

如图1所示，本发明基于可编程交换芯片动态调整等价路径流量的方法包括以下步骤：

S1,监测并收集每个转发组中各等价路径的带宽信息；

S2,根据所述带宽信息，计算各路径的剩余带宽，确定需要迁移的数据流及迁移方式，形成策略路由；

S3，根据策略路由，将需要迁移的数据流在等价路径间迁移。

如图2所示，当有报文需要转发时，优先采用固定的五元组HASH算法计算转发路径，同时实时监测交换机各等价路径的带宽信息，单位为mbp。带宽信息包括：{多路径组，路径1：总带宽，占用带宽，TOPN数据流五元组信息及占用的带宽信息；路径2：总带宽，占用带宽，TOPN数据流五元组信息及占用的带宽信息……路径N：总带宽，占用带宽；TOPN数据流五元组信息及占用的带宽信息}。其中TOPN为数据流带宽由大到小的前N个，TOPN自行设定，将较大的数据标识出来即可。

根据带宽信息，将每个等价路径的总带宽减去占用带宽，得到等价路径的剩余带宽；筛选出剩余带宽最少的路径B和最多的路径A，比较两者剩余带宽的差值，在差值大于阈值时，选取B中的一条数据流迁移到A中。选取B中迁移的数据流具体为：筛选出路径B中TOPN数据流的带宽；比较TOPN数据流的带宽大小，选取除最大带宽外的一条数据流进行迁移。重复监测并收集每个转发组中个等价路径的带宽信息并进行数据流的迁移，在剩余宽带最多和最少的两等价路径的差值小于等于阈值时，结束迁移。

如图3所示，本发明基于可编程交换芯片动态调整等价路径流量的***包括实时监测单元1、路径计算控制单元2和转发控制单元3。

实时监测单元1用于监测交换机等价路径的带宽信息，并将所述带宽信息上报给路径计算控制单元；路径计算控制单元2用于根据所述带宽信息，计算各路径的剩余带宽，确定需要转移的数据流及迁移方式，形成策略路由并下发至转发控制单元；转发控制单元3根据五元组HASH算法和策略路由，将需要迁移的数据流在等价路径间迁移。

实时监测单元1包括N1个等价多路径监测组，每个等价多路径监测组包括N2条监测路径。N1取决于选用的可编程交换芯片的规格，比如盛科的8096芯片为512组，Barefoot芯片为1024组。N2取决于实际配置，总数不超过交换芯片的规格，交换芯片规格通常为8，16，32。实时监测单元监测的路径总数为N1*N2，实时监测单元周期性的对等价路径进行监测，并将监测结果上报路径计算控制单元。

路径计算控制单元包括信息获取模块和比较处理模块。信息获取模块用于筛选出剩余带宽最少的路径B和最多的路径A；比较处理模块用于比较筛选出的两条路径剩余带宽的差值，在差值大于阈值时，选取B中的一条数据流迁移到A中。比较处理模块还包括信息处理子模块和信息比较子模块。信息处理子模块根据所述带宽信息，筛选出路径B中TOPN数据流的带宽；信息比较子模块用于比较TOPN数据流的带宽大小，并选取除最大带宽外的一条数据流进行迁移。

如图4、5所示，进一步说明利用本发明的实施效果。

假设路径1、路径2和路径3的总带宽相同，设定的阈值为100M。如图4所示，路径3的带宽占用较多，而路径1、路径2的带宽占用较少。根据本发明的方法，经计算分析，筛选出剩余带宽最多的路径1和剩余带宽最少的路径3，路径3中数据流Flow3的带宽最大为300M，首先选取数据流Flow2 200M迁移到路径1中；此时路径1、路径2和路径3的带宽使用分别为300M、300M和700M，再次进行计算分析，筛选出剩余带宽最多的路径1(路径2)和剩余带宽最少的路径3，路径3中数据流Flow3的带宽最大为300M，选取数据流Flow1 100M迁移到路径1中；此时路径1、路径2和路径3的带宽使用分别为400M、300M和600M，再次进行计算分析，筛选出剩余带宽最多的路径2和剩余带宽最少的路径3，选取数据流Flow4 100M迁移到路径2中。如图5所示，此时路径1、路径2和路径3的带宽使用分别为400M、400M和500M，满足阈值条件，停止迁移。图5中方框内的数据流表示从路径3中迁移的数据流。

以上所述只是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也被视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.基于可编程交换芯片动态调整等价路径流量的方法，其特征是，所述方法包括：

监测并收集每个转发组中各等价路径的带宽信息；

根据所述带宽信息，计算各路径的剩余带宽，确定需要迁移的数据流及迁移方式，形成策略路由；

根据所述策略路由，将需要迁移的数据流在等价路径间迁移；

所述确定需要迁移的数据流及迁移方式，形成策略路由的具体过程为：

筛选出剩余带宽最少的路径B和最多的路径A，比较两者剩余带宽的差值，在差值大于阈值时，选取B中的一条数据流迁移到A中；

重复上一步的操作，至最多和最少的两条等价路径剩余带宽差值不大于阈值时，停止数据流的迁移。

2.根据权利要求1所述的基于可编程交换芯片动态调整等价路径流量的方法，其特征是，所述带宽信息包括各等价路径的总带宽、占用带宽、TOPN数据流组五元组信息和TOPN数据流占用的带宽。

3.根据权利要求1所述的基于可编程交换芯片动态调整等价路径流量的方法，其特征是，所述在差值大于阈值时，选取B中的一条数据流迁移到A中的具体过程为：

根据所述带宽信息，筛选出路径B中TOPN数据流的带宽；

比较TOPN数据流的带宽大小，选取除最大带宽外的一条数据流进行迁移。

4.基于可编程交换芯片动态调整等价路径流量的***，其特征是，所述***包括：

实时监测单元，用于监测交换机等价路径的带宽信息，并将所述带宽信息上报给路径计算控制单元；

路径计算控制单元，用于根据所述带宽信息，计算各路径的剩余带宽，确定需要转移的数据流及迁移方式，形成策略路由并下发至转发控制单元；

转发控制单元，根据五元组HASH算法和策略路由，将需要迁移的数据流在等价路径间迁移；

所述路径计算控制单元包括

信息获取模块，用于筛选出剩余带宽最少的路径B和最多的路径A；

比较处理模块，用于比较筛选出的两条路径剩余带宽的差值，在差值大于阈值时，选取B中的一条数据流迁移到A中。

5.根据权利要求4所述的基于可编程交换芯片动态调整等价路径流量的***，其特征是，所述实时监测单元包括N1个等价多路径监测组，每个等价多路径监测组包括N2条监测路径。

6.根据权利要求4所述的基于可编程交换芯片动态调整等价路径流量的***，其特征是，所述比较处理模块还包括

信息处理子模块，根据所述带宽信息，筛选出路径B中TOPN数据流的带宽；

信息比较子模块，用于比较TOPN数据流的带宽大小，并选取除最大带宽外的一条数据流进行迁移。

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