CN114039929A - 一种业务流量调度的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及业务流量调度技术领域，且公开了一种业务流量调度的方法和装置，包括以下步骤：第一步：启动控制器；第二步：启动sFlow收集器；第三步：配置sFlow代理；第四步：sFlow收集网络信息；第五步：识别大象流信息；第六步：为大象流计算可行路径；第七步：控制器将路径转化为流表项；第八步：交换机对大象流重路由。本发明中，从大象流的检测到链路利用率的计算，然后控制器调度大象流生成新的流表项，再到最后的重路由是一个完整的控制环。控制器依据测量的反馈不断对大象流进行调度，大象流的重路由又对网络状态造成影响，所以控制器要运行流量调度应用动态的调度流量以提高网络的整体利用率。

Description

一种业务流量调度的方法和装置
技术领域
本发明涉及业务流量调度技术领域，尤其涉及一种业务流量调度的方法和装置。
背景技术
软件定义网络作为新兴的网络范式"，越来越多地被部署到数据中心，其核心思想是解除网络设备的耦合性，实现控制层面和转发层面的分离。控制器作为软件定义网络的核心，负责整个网络的维护、交换机状态的收集、路由的计算和流表项的管理，通过流表项指导交换机转发数据包，实现对网络中数据流的传输进行控制。SDN具有集中控制的特点，使得其具有全局的网络视图，能够获得全局的网络信息。同时其提供了良好的可编程性，通过控制器的应用程序接口(API)可以方便地控制网络行为。
OpenFlow目前已经成为主流的SDN南向接口协议。典型的OpenFlow网络由3个主要部分组成，OpenFlow控制器、OpenFlow交换机和终端主机。交换机连接到控制器上并通过OpenFlow协议和控制器相互通信。交换机中包含一到多个流表用于维护数据包的处理规则。每条规则包含具体的动作用于处理匹配的流量。数据包到达交换机后首先到流表中查找，如果匹配的流表项被找到，则按照流表项中指定的动作(Action)处理数据包；如果没有匹配项，则将数据包通过安全信道转发给控制器，由控制器决定如何处理数据包。
随着互联网的发展，数据中心的规模不断扩大，业务流量不断变化，如何对数据中心网络流量进行有效的控制，提高网络利用率，降低运营成本，成为目前亟需解决的问题。
为此，我们提出一种业务流量调度的方法和装置。
发明内容
本发明主要是解决上述现有技术所存在的技术问题，提供一种业务流量调度的方法和装置。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案，一种业务流量调度的方法，包括以下步骤：
第一步：启动控制器；
第二步：启动sFlow收集器；
第三步：配置sFlow代理；
第四步：sFlow收集网络信息；
第五步：识别大象流信息；
第六步：为大象流计算可行路径；
第七步：控制器将路径转化为流表项；
第八步：交换机对大象流重路由。
作为优选，所述第三步中控制器通过sFlow收集网络信息，计算得出链路的利用率和每条流的带宽大小；
所述第四步中通过使用sFlow-RT作为sFlow分析引擎，由于sFlow的***模型和OpenFlow模型非常相似，都是集中式的中央控制器，因此可以方便地将sFlow收集器安装在OpenFlow控制器上，通过网络的反馈，控制器及时地调整网络流量运行状况，形成一个控制环。
作为优选，所述第五步中在数据中心中80％以上的流量都是由大象流产生，但是大象流的数量只占了全部流的1％；如果每条流的带宽超出了所在链路的10％，就按照大象流处理。
作为优选，所述第六步中控制器通过sFlow收集器不断地监控网络的运行状况，计算得出链路的利用率和网络中大象流的存在情况；然后决定哪些大象流应该被重新调度，同时依据网络的拓扑和链路的利用率计算出新的可行路径；算法充分利用2个服务器之间的多路径，最大可能地分配非冲突的路径给不同的大象流；具体过程如下：
1)初始状态对所有的流使用默认的最短路径路由算法转发；如果流没有能够在交换机的流表项中得到匹配，将会被转发给控制器，控制器负责计算流的具体路由；初始时所有的都使用默认的路由算法，只有当检测出大象流时，才使用调度算法调度；
2)当大象流被检测出后，算法将选择那些有多条大象流相互覆盖的流进行调度；如果原始的路径上没有大象流的覆盖，或者是多条大象流在同一个路径上，但是并没有造成网络拥塞时，大象流将不会被重新调度；那些有多条大象流相互碰撞，形成了网络的瓶颈，造成链路利用率超过了设定的阈值，路径上的大象流将会被重新调度；这里将链路的利用率的阈值设置为60％，阈值如果设置过低，不能充分利用网络的容量，但是如果设置过高，有可能网络已经发生实质上的拥塞，如果再不进行调度，也不利于充分利用网络的路径多样性；
3)根据胖树型拓扑的特点，源主机和目的主机不在同一个Pod中的具有k2/4条等价的路径；此外，每个流的转发都只经过一个核心交换机；因此，为了使得大象流之间互相不冲突，需要在k2/4条不同的路径之间选择最优的路径；
4)如果大象流的源主机和目的主机在同一个Pod中，但是不属于同一个边缘交换机，那么将经过一个聚合交换机而不是核心交换机；因此，只需要搜索k/2个聚合交换机所在的路径即可。
作为优选，所述第七步中控制器负责生成大象流的转发路由，通过拓扑管理模块为每个大象流经过的交换机生成要修改的流表项，通过OpenFlow消息发送给交换机；
所述第八步中交换机依据控制器的指令更新相应的流表项，将大象流转发到修改后的输出端口，从而完成了大象流的重路由。
一种业务流量调度的装置，包括sFlow，所述sFlow的内部设置有sFlow收集器，所述sFlow收集器包括指标，流定义和阈值，所述sFlow的外部设置有openFlow，openFlow的内部设置控制器，所述控制器包括调度策略层，网络状态收集和基础控制层，所述sFlow和openFlow之间设置有网线，通过网线使sFlow和openFlow的内部相互连通。
作为优选，所述sFlow收集器是sFlow流量监控***的一部分，负责接收sFlow代理发送过来的采样报文。
作为优选，所述基础控制层的主要功能是给SDN网络提供基础性的管理控制服务，保证网络的正常运行和为上层服务提供必要的支持；本层主要包括设备管理模块、拓扑管理模块、统计管理模块和核心管理模块等，其中设备管理模块负责对SDN网络中接入的交换机，终端设备进行管理，在控制器上维护交换机的实例和相关状态信息。
作为优选，所述网络状态收集是负责从网络中收集各个交换机和链路的状态信息，计算链路的利用率和流的带宽情况，结合sFlow网络测量技术，因此主要的工作是与sFlow收集器通信，读取相应的状态信息；同时还负责对网络中的流进行分类，识别出不同的流量类型(大象流或者老鼠流)。
作为优选，所述调度策略层中主要包括路由计算模块和调度策略模块；路由计算模块根据每个流的源地址目的地址对，确定端到端的具体信息，使用路由算法计算出流在网络中的最短路径和所有可行的路径。
有益效果
本发明提供了一种业务流量调度的方法和装置。具备以下有益效果：
(1)、该一种业务流量调度的方法和装置，从大象流的检测到链路利用率的计算，然后控制器调度大象流生成新的流表项，再到最后的重路由是一个完整的控制环。控制器依据测量的反馈不断对大象流进行调度，大象流的重路由又对网络状态造成影响，所以控制器要运行流量调度应用动态的调度流量以提高网络的整体利用率。
(2)、该一种业务流量调度的方法和装置，使用sFlow协议进行网络状态的收集，将OpenFlow和sFlow技术相结合对网络进行测量，并将测量结果导出到控制器，主要测量的参数是可用带宽和链路的利用率。
(3)、该一种业务流量调度的方法和装置，利用sFlow技术，因为sFlow技术开销极低并且支持众多的OpenFlow设备，比如OpenvSwitch默认的支持sFlow协议，只需要进行少量的配置就可以直接使用。sFlow代理是嵌入在网络设备中的软件模块，sFlow收集器是可以独立运行的软件。基于sFlow的测量模块，作为控制器上独立的应用在运行，不断收集流的统计信息并且更新相关的计数器。这种方式解除了流表和统计信息之间的耦合性，使得统计信息不再需要依赖流表项。此外，还有效地减少了交换机和控制器之间的通信次数，消除了在大规模网络中控制层潜在的开销过载。
(4)、该一种业务流量调度的方法和装置，通过第六步，可以得到流的多条可行的路径，接下来要解决的问题是如何在这些多条路径中选择合适的路径传送流量，提高网络整体的链路利用率。路由的选择既要考虑转发路径的信息，也要考虑流量的分配策略，满足流量的带宽需求，同时使得网络的传输代价最小。
(5)、该一种业务流量调度的方法和装置，通过路由计算模块根据每个流的源地址目的地址对，确定端到端的具体信息，使用路由算法计算出流在网络中的最短路径和所有可行的路径。在路由的计算中要充分利用网络拓扑的优势，计算出满足条件的多条可行路径。调度决策模块负责在识别出链路中的大象流之后，根据调度策略对大象流进行处理，合理地选择路径，寻找全局最优的流量分布，将大象流重路由到其他的路径上，以避免拥塞和提高网络的利用率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见的，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其他的实施附图。
本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
图1为本发明业务流量调度的方法流程图；
图2为本发明业务流量调度的装置结构示意图。
图例说明：
1、sFlow；2、网线；3、openFlow。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例：一种业务流量调度的方法，如图1所示，包括以下步骤：
第一步：启动控制器；
第二步：启动sFlow收集器；
第三步：配置sFlow代理；
第四步：sFlow收集网络信息，控制器通过sFlow收集网络信息，计算得出链路的利用率和每条流的带宽大小；
通过使用sFlow-RT作为sFlow分析引擎，由于sFlow的***模型和OpenFlow模型非常相似，都是集中式的中央控制器，因此可以方便地将sFlow收集器安装在OpenFlow控制器上，通过网络的反馈，控制器及时地调整网络流量运行状况，形成一个控制环。
第五步：识别大象流信息，在数据中心中80％以上的流量都是由大象流产生，但是大象流的数量只占了全部流的1％。如果每条流的带宽超出了所在链路的10％，就按照大象流处理；
第六步：为大象流计算可行路径，首先，控制器通过sFlow收集器不断地监控网络的运行状况，计算得出链路的利用率和网络中大象流的存在情况。然后决定哪些大象流应该被重新调度，同时依据网络的拓扑和链路的利用率计算出新的可行路径；
算法充分利用2个服务器之间的多路径，最大可能地分配非冲突的路径给不同的大象流。具体过程如下：
1)初始状态对所有的流使用默认的最短路径路由算法转发。如果流没有能够在交换机的流表项中得到匹配，将会被转发给控制器，控制器负责计算流的具体路由。初始时所有的都使用默认的路由算法，只有当检测出大象流时，才使用调度算法调度；
2)当大象流被检测出后，算法将选择那些有多条大象流相互覆盖的流进行调度。如果原始的路径上没有大象流的覆盖，或者是多条大象流在同一个路径上，但是并没有造成网络拥塞时，大象流将不会被重新调度。那些有多条大象流相互碰撞，形成了网络的瓶颈，造成链路利用率超过了设定的阈值，路径上的大象流将会被重新调度。这里将链路的利用率的阈值设置为60％，阈值如果设置过低，不能充分利用网络的容量，但是如果设置过高，有可能网络已经发生实质上的拥塞，如果再不进行调度，也不利于充分利用网络的路径多样性；
3)根据胖树型拓扑的特点，源主机和目的主机不在同一个Pod中的具有k2/4条等价的路径。此外，每个流的转发都只经过一个核心交换机。因此，为了使得大象流之间互相不冲突，需要在k2/4条不同的路径之间选择最优的路径；
4)如果大象流的源主机和目的主机在同一个Pod中，但是不属于同一个边缘交换机，那么将经过一个聚合交换机而不是核心交换机。因此，只需要搜索k/2个聚合交换机所在的路径即可；
第七步：控制器将路径转化为流表项，控制器负责生成大象流的转发路由，通过拓扑管理模块为每个大象流经过的交换机生成要修改的流表项，通过OpenFlow消息发送给交换机；
第八步：交换机对大象流重路由，交换机依据控制器的指令更新相应的流表项，将大象流转发到修改后的输出端口，从而完成了大象流的重路由。
一种业务流量调度的装置，如图2所示，包括sFlow1，所述sFlow1的内部设置有sFlow收集器，所述sFlow收集器包括指标，流定义和阈值，所述sFlow1的外部设置有openFlow2，openFlow2的内部设置控制器，所述控制器包括调度策略层，网络状态收集和基础控制层，所述sFlow1和openFlow2之间设置有网线3，通过网线3使sFlow1和openFlow2的内部相互连通。
所述sFlow收集器是sFlow流量监控***的一部分，负责接收sFlow代理发送过来的采样报文。根据报文的内容分析网络数据，计算相应链路的利用情况，提取网络特征模型，可以很方便地根据统计信息获得网络的运行情况。
所述基础控制层的主要功能是给SDN网络提供基础性的管理控制服务，保证网络的正常运行和为上层服务提供必要的支持。本层主要包括设备管理模块、拓扑管理模块、统计管理模块和核心管理模块等，其中设备管理模块负责对SDN网络中接入的交换机，终端设备进行管理，在控制器上维护交换机的实例和相关状态信息。
所述网络状态收集是负责从网络中收集各个交换机和链路的状态信息，计算链路的利用率和流的带宽情况，结合sFlow网络测量技术，因此主要的工作是与sFlow收集器通信，读取相应的状态信息。同时还负责对网络中的流进行分类，识别出不同的流量类型(大象流或者老鼠流)。
所述调度策略层中主要包括路由计算模块和调度策略模块。路由计算模块根据每个流的源地址目的地址对，确定端到端的具体信息，使用路由算法计算出流在网络中的最短路径和所有可行的路径。在路由的计算中要充分利用网络拓扑的优势，计算出满足条件的多条可行路径。调度决策模块负责在识别出链路中的大象流之后，根据调度策略对大象流进行处理，合理地选择路径，寻找全局最优的流量分布，将大象流重路由到其他的路径上，以避免拥塞和提高网络的利用率。
本发明的工作原理：
本发明中，从大象流的检测到链路利用率的计算，然后控制器调度大象流生成新的流表项，再到最后的重路由是一个完整的控制环。控制器依据测量的反馈不断对大象流进行调度，大象流的重路由又对网络状态造成影响，所以控制器要运行流量调度应用动态的调度流量以提高网络的整体利用率。
本发明中，使用sFlow协议进行网络状态的收集，将OpenFlow和sFlow技术相结合对网络进行测量，并将测量结果导出到控制器，主要测量的参数是可用带宽和链路的利用率。
本发明中，利用sFlow技术，因为sFlow技术开销极低并且支持众多的OpenFlow设备，比如OpenvSwitch默认的支持sFlow协议，只需要进行少量的配置就可以直接使用。sFlow代理是嵌入在网络设备中的软件模块，sFlow收集器是可以独立运行的软件。基于sFlow的测量模块，作为控制器上独立的应用在运行，不断收集流的统计信息并且更新相关的计数器。这种方式解除了流表和统计信息之间的耦合性，使得统计信息不再需要依赖流表项。此外，还有效地减少了交换机和控制器之间的通信次数，消除了在大规模网络中控制层潜在的开销过载。
本发明中，通过第六步，可以得到流的多条可行的路径，接下来要解决的问题是如何在这些多条路径中选择合适的路径传送流量，提高网络整体的链路利用率。路由的选择既要考虑转发路径的信息，也要考虑流量的分配策略，满足流量的带宽需求，同时使得网络的传输代价最小。
本发明中，通过路由计算模块根据每个流的源地址目的地址对，确定端到端的具体信息，使用路由算法计算出流在网络中的最短路径和所有可行的路径。在路由的计算中要充分利用网络拓扑的优势，计算出满足条件的多条可行路径。调度决策模块负责在识别出链路中的大象流之后，根据调度策略对大象流进行处理，合理地选择路径，寻找全局最优的流量分布，将大象流重路由到其他的路径上，以避免拥塞和提高网络的利用率。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种业务流量调度的方法，其特征在于：包括以下步骤：
第一步：启动控制器；
第二步：启动sFlow收集器；
第三步：配置sFlow代理；
第四步：sFlow收集网络信息；
第五步：识别大象流信息；
第六步：为大象流计算可行路径；
第七步：控制器将路径转化为流表项；
第八步：交换机对大象流重路由。
2.根据权利要求1所述的一种业务流量调度的方法，其特征在于：所述第三步中控制器通过sFlow收集网络信息，计算得出链路的利用率和每条流的带宽大小；
所述第四步中通过使用sFlow-RT作为sFlow分析引擎，由于sFlow的***模型和OpenFlow模型非常相似，都是集中式的中央控制器，因此可以方便地将sFlow收集器安装在OpenFlow控制器上，通过网络的反馈，控制器及时地调整网络流量运行状况，形成一个控制环。
3.根据权利要求1所述的一种业务流量调度的方法，其特征在于：所述第五步中在数据中心中80％以上的流量都是由大象流产生，但是大象流的数量只占了全部流的1％；如果每条流的带宽超出了所在链路的10％，就按照大象流处理。
4.根据权利要求1所述的一种业务流量调度的方法，其特征在于：所述第六步中控制器通过sFlow收集器不断地监控网络的运行状况，计算得出链路的利用率和网络中大象流的存在情况；然后决定哪些大象流应该被重新调度，同时依据网络的拓扑和链路的利用率计算出新的可行路径；算法充分利用2个服务器之间的多路径，最大可能地分配非冲突的路径给不同的大象流；具体过程如下：
1)初始状态对所有的流使用默认的最短路径路由算法转发；如果流没有能够在交换机的流表项中得到匹配，将会被转发给控制器，控制器负责计算流的具体路由；初始时所有的都使用默认的路由算法，只有当检测出大象流时，才使用调度算法调度；
2)当大象流被检测出后，算法将选择那些有多条大象流相互覆盖的流进行调度；如果原始的路径上没有大象流的覆盖，或者是多条大象流在同一个路径上，但是并没有造成网络拥塞时，大象流将不会被重新调度；那些有多条大象流相互碰撞，形成了网络的瓶颈，造成链路利用率超过了设定的阈值，路径上的大象流将会被重新调度；这里将链路的利用率的阈值设置为60％，阈值如果设置过低，不能充分利用网络的容量，但是如果设置过高，有可能网络已经发生实质上的拥塞，如果再不进行调度，也不利于充分利用网络的路径多样性；
3)根据胖树型拓扑的特点，源主机和目的主机不在同一个Pod中的具有k2/4条等价的路径；此外，每个流的转发都只经过一个核心交换机；因此，为了使得大象流之间互相不冲突，需要在k2/4条不同的路径之间选择最优的路径；
4)如果大象流的源主机和目的主机在同一个Pod中，但是不属于同一个边缘交换机，那么将经过一个聚合交换机而不是核心交换机；因此，只需要搜索k/2个聚合交换机所在的路径即可。
5.根据权利要求1所述的一种业务流量调度的方法，其特征在于：所述第七步中控制器负责生成大象流的转发路由，通过拓扑管理模块为每个大象流经过的交换机生成要修改的流表项，通过OpenFlow消息发送给交换机；
所述第八步中交换机依据控制器的指令更新相应的流表项，将大象流转发到修改后的输出端口，从而完成了大象流的重路由。
6.一种业务流量调度的装置，包括sFlow(1)，其特征在于：所述sFlow(1)的内部设置有sFlow收集器，所述sFlow收集器包括指标，流定义和阈值，所述sFlow(1)的外部设置有openFlow(2)，openFlow(2)的内部设置控制器，所述控制器包括调度策略层，网络状态收集和基础控制层，所述sFlow(1)和openFlow(2)之间设置有网线(3)，通过网线(3)使sFlow(1)和openFlow(2)的内部相互连通。
7.根据权利要求6所述的一种业务流量调度的装置，其特征在于：所述sFlow收集器是sFlow流量监控***的一部分，负责接收sFlow代理发送过来的采样报文。
8.根据权利要求6所述的一种业务流量调度的装置，其特征在于：所述基础控制层的主要功能是给SDN网络提供基础性的管理控制服务，保证网络的正常运行和为上层服务提供必要的支持；本层主要包括设备管理模块、拓扑管理模块、统计管理模块和核心管理模块等，其中设备管理模块负责对SDN网络中接入的交换机，终端设备进行管理，在控制器上维护交换机的实例和相关状态信息。
9.根据权利要求6所述的一种业务流量调度的装置，其特征在于：所述网络状态收集是负责从网络中收集各个交换机和链路的状态信息，计算链路的利用率和流的带宽情况，结合sFlow网络测量技术，因此主要的工作是与sFlow收集器通信，读取相应的状态信息；同时还负责对网络中的流进行分类，识别出不同的流量类型(大象流或者老鼠流)。
10.根据权利要求6所述的一种业务流量调度的装置，其特征在于：所述调度策略层中主要包括路由计算模块和调度策略模块；路由计算模块根据每个流的源地址目的地址对，确定端到端的具体信息，使用路由算法计算出流在网络中的最短路径和所有可行的路径。
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