CN115883469A - 一种数据流负载平衡方法、装置、网络拓扑及数据中心 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种数据流负载平衡方法、装置、网络拓扑及数据中心，方法包括：获取待调整数据流交换设备；将待调整数据流交换设备的层级设为第N层级，并获取待调整数据流交换设备的第一哈希种子值、第N层级的第一哈希种子值集合；获取第N‑1层级和/或第N+1层级的所有数据流交换设备的第二哈希种子值集合；判断第一哈希种子值、第二哈希种子值集合是否存在相同数值；若存在、且第N层级数据流交换设备数量大于1时，则从第一哈希种子值集合中随机选择一个调节值，用于更新第一哈希种子值。通过上述技术方案，可解决目前网络拓扑中多个数据流路径中数据流负载不平衡、易出现哈希极化现象的问题。
Description
技术领域
本发明涉及数据流技术领域，尤其是指一种数据流负载平衡方法、装置、网络拓扑及数据中心。
背景技术
如图1所示，目前数据中心的网络拓扑采用的结构中，主机之间通常存在多条路径；为满足吞吐量的需求，数据中心会提供大量的带宽资源，对于网络设备的可靠性、资源利用率需求也日益升高，其中，将数据流分布到不同路径上进行数据传输，可避免拥塞、提高数据中心内的资源利用率。
常见技术是使用ECMP（即等价多路径路由技术），其优点主要为可提高网络冗余性和可靠性，同时也提高了网络资源利用率。当路由器发现同一目的地址出现多个最优路径时，会更新路由表，为此目的地址添加多条规则，对应于多个下一跳。
可同时利用这些路径转发数据、增加带宽。其中，哈希运算是ECMP（即等价多路径路由技术）的路径选择策略，可根据哈希因子计算出下一跳转发路由；常见的哈希运算因子可分为以下两种：
1）五元组：源地址(sip)、目标地址(dip)、源端口(sport)、目标端口(dport)、以及IP协议号(protocol)。
2）哈希种子值：除上述传统的五元组外，可增添扰动因子。
在跨设备的多次Hash场景（即哈希运算路径选择场景）中，常见流量经过2次或2次以上Hash（即哈希运算路径选择）后出现的负载分担不均匀的现象，称为Hash极化（即哈希极化），也被称为Hash不均（即哈希不均）；其中，当数据中心特定的设备需要更换时，也容易出现哈希极化现象。
常见的解决方法是通过人工调整设备上的哈希种子值（即哈希种子值）来解决极化的问题。但是，此调整方式不仅会造成过度依赖网管人员的配置能力，甚至会有配置错误的可能性发生，提高了错误的风险，使得大量的人力成本被消耗。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种数据流负载平衡方法、装置、网络拓扑及数据中心，所述平衡方法用于解决目前网络拓扑中多个数据流路径中数据流负载不平衡、易出现哈希极化现象的问题。
为实现上述目的，本发明提供一种数据流负载平衡方法，用于对网络拓扑架构中的多个数据流路径进行数据流负载平衡调节，所述网络拓扑架构通过哈希运算路径选择策略为每个数据流路径分配数据流；所述平衡方法包括：
获取所述网络拓扑架构中需要调整负载的待调整数据流交换设备，用于通过调节哈希种子值来调整负载；
将所述待调整数据流交换设备在所述网络拓扑架构中的层级设为第N层级，并获取所述待调整数据流交换设备当前时刻的第一哈希种子值、以及所述第N层级中所有数据流交换设备的第一哈希种子值集合；其中，N为自然数；
获取所述网络拓扑架构中第N-1层级和/或第N+1层级的所有数据流交换设备的第二哈希种子值集合；
判断所述第一哈希种子值、所述第二哈希种子值集合是否存在相同数值；
若存在相同数值、且所述第N层级的数据流交换设备数量大于1时，则从所述第一哈希种子值集合中随机选择一个调节值，用于更新所述第一哈希种子值；其中，所述调节值、所述第一哈希种子值不相同。
进一步的，在将所述待调整数据流交换设备在所述网络拓扑架构中的层级设为第N层级之前，所述平衡方法还包括：
通过带内遥测探测报文进入所述第N层级中所有数据流交换设备、并获取所有数据流交换设备的所有哈希种子值，用于将所有哈希种子值发送给采集器。
进一步的，通过带内遥测探测报文进入所述第N层级中所有数据流交换设备、并获取所有数据流交换设备的所有哈希种子值，具体包括：
通过所述带内遥测探测报文依次进入所述第N层级中所有数据流交换设备，获取所有数据流交换设备的所有哈希种子值、并存储于带内遥测元数据中。
进一步的，获取所述网络拓扑架构中需要调整负载的待调整数据流交换设备，具体包括：
从所述网络拓扑架构中靠近核心网络的层级中获取所述第N层级，用于获取所述第N层级中的所述待调整数据流交换设备。
进一步的，所述平衡方法还包括：
若所述第一哈希种子值、所述第二哈希种子值集合不存在相同数值，则按照层级递减顺序，从所述第N层级开始、依次对所有层级中的高负载数据流交换设备进行数据流负载平衡调节。
进一步的，所述平衡方法还包括：
若存在相同数值、且所述第N层级的数据流交换设备数量为1时，则从所述第二哈希种子值集合中随机选择一个调节值，用于更新所述第一哈希种子值；其中，所述调节值、所述第一哈希种子值不相同。
进一步的，所述平衡方法还包括：
判断同一层级中各个数据流交换设备的哈希种子值是否为相同数值、和/或不同层级中各个数据流交换设备的哈希种子值是否为不同数值，用于作为依序调节数据流负载平衡的依据。
进一步的，从所述网络拓扑架构中靠近核心网络的层级中获取所述第N层级，具体包括：
从所述网络拓扑架构中靠近核心网络的层级中获取所述第N层级，并从所述第N层级中获取预设类型设备作为所述待调整数据流交换设备。
进一步的，获取所述网络拓扑架构中需要调整负载的待调整数据流交换设备，具体包括：
从叶脊网络拓扑架构中靠近所述核心网络的层级中获取所述第N层级，用于获取所述第N层级中的所述待调整数据流交换设备。
进一步的，获取所有数据流交换设备的所有哈希种子值、并存储于带内遥测元数据中，具体包括：
获取所述第N层级中所有数据流交换设备的所有哈希种子值与所有设备ID、并存储于所述带内遥测元数据中。
进一步的，所述平衡方法还包括：
通过所述采集器统一获取所有层级的所有哈希种子值，用于判断网络运行情况以及检查故障点。
进一步的，所述平衡方法还包括：
获取各个数据流交换设备的***性能数据，并按预设格式进行打包操作，用于从指定端口发出；
通过所述采集器接收并解码打包数据，并进行数据分析以及数据可视化显示。
进一步的，所述平衡方法还包括：
获取所述网络拓扑架构中各个数据流交换设备的当前真实流量信息；
根据所述当前真实流量信息、所述第一哈希种子值对所述待调整数据流交换设备进行数据流负载平衡调节。
进一步的，所述平衡方法还包括：
对所述第一哈希种子值设置扰动因子、并生成第一哈希运算因子，用于通过哈希运算进行数据流负载平衡调节。
本发明还提供一种数据流负载平衡装置，用于对网络拓扑架构中的多个数据流路径进行数据流负载平衡调节，所述网络拓扑架构通过哈希运算路径选择策略为每个数据流路径分配数据流；所述平衡装置包括待调整数据流交换设备获取单元、第一哈希种子值计算更新单元；
所述待调整数据流交换设备获取单元用于获取所述网络拓扑架构中需要调整负载的待调整数据流交换设备，用于通过调节哈希种子值来调整负载；
所述第一哈希种子值计算更新单元，用于：
将所述待调整数据流交换设备在所述网络拓扑架构中的层级设为第N层级，并获取所述待调整数据流交换设备当前时刻的第一哈希种子值、以及所述第N层级中所有数据流交换设备的第一哈希种子值集合；其中，N为自然数；
获取所述网络拓扑架构中第N-1层级和/或第N+1层级的所有数据流交换设备的第二哈希种子值集合；
判断所述第一哈希种子值、所述第二哈希种子值集合是否存在相同数值；
若存在相同数值、且所述第N层级的数据流交换设备数量大于1时，则从所述第一哈希种子值集合中随机选择一个调节值，用于更新所述第一哈希种子值；其中，所述调节值、所述第一哈希种子值不相同。
进一步的，所述平衡装置还包括带内遥测技术管理单元，其用于：
通过带内遥测探测报文进入所述第N层级中所有数据流交换设备、并获取所有数据流交换设备的所有哈希种子值，用于将所有哈希种子值发送给采集器。
本发明又提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及计算机程序，所述计算机程序存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：
获取所述网络拓扑架构中需要调整负载的待调整数据流交换设备，用于通过调节哈希种子值来调整负载；
将所述待调整数据流交换设备在所述网络拓扑架构中的层级设为第N层级，并获取所述待调整数据流交换设备当前时刻的第一哈希种子值、以及所述第N层级中所有数据流交换设备的第一哈希种子值集合；其中，N为自然数；
获取所述网络拓扑架构中第N-1层级和/或第N+1层级的所有数据流交换设备的第二哈希种子值集合；
判断所述第一哈希种子值、所述第二哈希种子值集合是否存在相同数值；
若存在相同数值、且所述第N层级的数据流交换设备数量大于1时，则从所述第一哈希种子值集合中随机选择一个调节值，用于更新所述第一哈希种子值；其中，所述调节值、所述第一哈希种子值不相同。
本发明再提供一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
获取所述网络拓扑架构中需要调整负载的待调整数据流交换设备，用于通过调节哈希种子值来调整负载；
将所述待调整数据流交换设备在所述网络拓扑架构中的层级设为第N层级，并获取所述待调整数据流交换设备当前时刻的第一哈希种子值、以及所述第N层级中所有数据流交换设备的第一哈希种子值集合；其中，N为自然数；
获取所述网络拓扑架构中第N-1层级和/或第N+1层级的所有数据流交换设备的第二哈希种子值集合；
判断所述第一哈希种子值、所述第二哈希种子值集合是否存在相同数值；
若存在相同数值、且所述第N层级的数据流交换设备数量大于1时，则从所述第一哈希种子值集合中随机选择一个调节值，用于更新所述第一哈希种子值；其中，所述调节值、所述第一哈希种子值不相同。
本发明的上述技术方案，相比现有技术具有以下技术效果：
本发明中，数据流负载平衡方法包括获取待调整数据流交换设备过程、调整待调整数据流交换设备的哈希种子值的过程；
其中，先获取网络拓扑架构中需要调整负载的待调整数据流交换设备，用于通过调节哈希种子值来调整负载；
接着，获取待调整数据流交换设备的更新值或调节值，具体包括：
先将待调整数据流交换设备在网络拓扑架构中的层级设为第N层级，并获取待调整数据流交换设备当前时刻的第一哈希种子值、以及第N层级中所有数据流交换设备的第一哈希种子值集合；其中，N为自然数；
再获取网络拓扑架构中第N-1层级和/或第N+1层级的所有数据流交换设备的第二哈希种子值集合；
然后判断第一哈希种子值、第二哈希种子值集合是否存在相同数值；
若存在相同数值、且第N层级的数据流交换设备数量大于1时，则从第一哈希种子值集合中随机选择一个调节值，用于更新第一哈希种子值；其中，调节值、第一哈希种子值不相同；
由此，按照上述负载平衡调整规则，找出需要调整哈希种子值的设备、并计算出需调整的哈希种子值，用于更新待调整数据流交换设备的哈希种子值，从而对待调整数据流交换设备实现数据流负载平衡调节；
即，针对现今数据中心的网络拓扑采用的结构中、主机之间通常存在多条路径的情况，上述平衡方法可解决由于多次Hash场景（即哈希运算路径选择场景）可能导致的负载分担不均匀现象；
同时，可以减少过多的人力成本消耗、以及网管人员配置错误的风险。
由此，上述平衡方法可避免网络环境中哈希极化发生，将数据流分布到不同路径上进行数据传输，避免拥塞、提高数据中心内的资源利用率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是现有技术中网络拓扑中数据流负载平衡示意图；
图2是现有技术中网络拓扑中数据流经过设备A时的流向分配示意图；
图3是现有技术中网络拓扑中更改设备C的哈希种子值后的数据流流向示意图；
图4是本发明实施例一中数据流负载平衡方法的流程示意图；
图5是本发明实际实施例中带内遥测探测报文获取所有哈希种子值的示意图；
图6是本发明实际应用中当前网络环境架构示意图；
图7是本发明实际应用中网络中设备的哈希种子值状态示意图；
图8是本发明实施例二中数据流负载平衡装置的结构框图；
图9为本发明实施例二中计算机设备的内部结构图。
具体实施方式
如图2所示，现有技术中，经过设备A的流量会根据哈希运算的结果将流量分成两边，以达到负载平衡的结果；但是在设备C中的哈希运算结果与A相同，使得经过设备C的流量只会往设备E，从而浪费设备C通往设备F的路径。
如图3所示，常见的解决方法是通过人工调整设备上的哈希种子值（Hash Seed）来解决极化的问题，比如更改设备C的哈希种子值。
但是，此调整方式不仅会造成过度依赖网管人员的配置能力，甚至会有配置错误的可能性发生，提高了错误的风险，使得大量的人力成本被消耗。
为此，本发明提供一种数据流负载平衡方法、装置、网络拓扑及数据中心，来解决上述问题。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，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它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
如图4所示，本发明实施例提供一种数据流负载平衡方法，用于对网络拓扑架构中的多个数据流路径进行数据流负载平衡调节，网络拓扑架构通过哈希运算路径选择策略为每个数据流路径分配数据流；平衡方法包括：
S2获取网络拓扑架构中需要调整负载的待调整数据流交换设备，用于通过调节哈希种子值来调整负载；
S31将待调整数据流交换设备在网络拓扑架构中的层级设为第N层级，并获取待调整数据流交换设备当前时刻的第一哈希种子值、以及第N层级中所有数据流交换设备的第一哈希种子值集合；其中，N为自然数；
S32获取网络拓扑架构中第N-1层级和/或第N+1层级的所有数据流交换设备的第二哈希种子值集合；
S33判断第一哈希种子值、第二哈希种子值集合是否存在相同数值；
S331若存在相同数值、且第N层级的数据流交换设备数量大于1时，则从第一哈希种子值集合中随机选择一个调节值，用于更新第一哈希种子值；其中，调节值、第一哈希种子值不相同。
在具体实施例中，数据流负载平衡方法包括获取待调整数据流交换设备过程、调整待调整数据流交换设备的哈希种子值的过程；
其中，先获取网络拓扑架构中需要调整负载的待调整数据流交换设备，用于通过调节哈希种子值来调整负载；
接着，获取待调整数据流交换设备的更新值或调节值，具体包括：
先将待调整数据流交换设备在网络拓扑架构中的层级设为第N层级，并获取待调整数据流交换设备当前时刻的第一哈希种子值、以及第N层级中所有数据流交换设备的第一哈希种子值集合；其中，N为自然数；
再获取网络拓扑架构中第N-1层级和/或第N+1层级的所有数据流交换设备的第二哈希种子值集合；
然后判断第一哈希种子值、第二哈希种子值集合是否存在相同数值；
若存在相同数值、且第N层级的数据流交换设备数量大于1时，则从第一哈希种子值集合中随机选择一个调节值，用于更新第一哈希种子值；其中，调节值、第一哈希种子值不相同；
由此，按照上述负载平衡调整规则，找出需要调整哈希种子值的设备、并计算出需调整的哈希种子值，用于更新待调整数据流交换设备的哈希种子值，从而对待调整数据流交换设备实现数据流负载平衡调节；
即，针对现今数据中心的网络拓扑采用的结构中、主机之间通常存在多条路径的情况，上述平衡方法可解决由于多次Hash场景（即哈希运算路径选择场景）可能导致的负载分担不均匀现象；
同时，可以减少过多的人力成本消耗、以及网管人员配置错误的风险。
由此，上述平衡方法可避免网络环境中哈希极化发生，将数据流分布到不同路径上进行数据传输，避免拥塞、提高数据中心内的资源利用率。
在实际中，ECMP，即Equal-cost multi-path routing，代表等价多路径路由；INT，即In-band Network Telemetry，代表带内遥测；SIP，即Source IP address，代表源地址；DIP，即Destination IP address，代表目标地址；SPORT，即Source Port，代表源端口；DPORT，即Destination Port，代表目标端口。
在一个优选的实施方式中，S2具体包括：
从Spine/Leaf叶脊网络拓扑架构中靠近Core核心网络的层级中获取第N层级，用于获取第N层级中的待调整数据流交换设备。
在实际实施例中，采集器根据上述负载平衡调整规则，找出需要调整哈希种子值的设备、以及计算出需调整的哈希种子值：具体过程如下：
步骤1）在Spine/Leaf的拓扑架构中，从Core核心网络Layer N（即第N层级）开始、依序比较哈希种子值；N为自然数；
步骤2）比较前后Layer的哈希种子值集合，即Layer N-1（即第N-1层级）、Layer N+1（即第N+1层级）的哈希种子值集合；
步骤3）根据步骤2）结果，若Layer N有重复出现的哈希种子值，包括以下两种可能情况：
a)若Layer N有其他设备，则根据Layer N的哈希种子值集合随机选择一个值，调整其哈希种子值；
b)若Layer N无其他设备，则根据Layer N-1、Layer N+1的哈希种子值集合，随机选择一个不重复的值，调整其哈希种子值；
步骤4）根据步骤2）结果，若Layer N无重复出现的哈希种子值，则回到步骤1）、依序判断Layer N-1。
在一个优选的实施方式中，在S31之前，平衡方法还包括：
S1通过INT带内遥测探测报文进入第N层级中所有数据流交换设备、并获取所有数据流交换设备的所有哈希种子值，用于将所有哈希种子值发送给采集器。
在一个优选的实施方式中，S1具体包括：
S11通过INT带内遥测探测报文依次进入第N层级中所有数据流交换设备，获取所有数据流交换设备的所有哈希种子值、并存储于INT带内遥测元数据中。
在具体实施例中，INT探测报文（即带内遥测探测报文）进入交换机，将其交换机的哈希种子值放置在INT Metadata数据（即INT元数据）中，使得采集器能获取所有设备的哈希种子值。
如图5所示，在实际实施例中，首先INT报文（即带内遥测探测报文）进入某交换机、将其哈希种子值放置在INT Metadata数据（即INT元数据）中；最终，INT报文会经过所有交换机设备，使得采集器能获取所有设备的哈希种子值。
在一个优选的实施方式中，S2具体包括：
S21从网络拓扑架构中靠近Core核心网络的层级中获取第N层级，用于获取第N层级中的待调整数据流交换设备。
在实际实施例中，在Spine/Leaf的拓扑架构（即叶脊网络拓扑架构）中，采集器可根据上述负载平衡调整规则，对越靠近Core核心网络设备优先更改哈希种子值，使得更改设备的配置时保证当前网络影响最小化。
在一个优选的实施方式中，平衡方法还包括：
S34若第一哈希种子值、第二哈希种子值集合不存在相同数值，则按照层级递减顺序，从第N层级开始、依次对所有层级中的高负载数据流交换设备进行数据流负载平衡调节。
在实际实施例中，若Layer N无重复出现的哈希种子值，则回到最开始、依序判断Layer N-1，以逐层级进行负载平衡调整。
在一个优选的实施方式中，平衡方法还包括：
S332若存在相同数值、且第N层级的数据流交换设备数量为1时，则从第二哈希种子值集合中随机选择一个调节值，用于更新第一哈希种子值；其中，调节值、第一哈希种子值不相同。
在实际实施例中，若Layer N无其他设备，则根据Layer N-1、Layer N+1的哈希种子值集合，随机选择一个不重复的值，调整其哈希种子值。
在一个优选的实施方式中，平衡方法还包括：
判断同一层级中各个数据流交换设备的哈希种子值是否为相同数值、和/或不同层级中各个数据流交换设备的哈希种子值是否为不同数值，用于作为依序调节数据流负载平衡的依据。
在实际实施例中，最终调整后，同层级的设备之间哈希种子值可以相同，不同层级的哈希种子值不重复，使得尽可能避免哈希极化的发生。
在一个优选的实施方式中，S21具体包括：
S211从网络拓扑架构中靠近Core核心网络的层级中获取第N层级，并从第N层级中获取预设类型设备作为所述待调整数据流交换设备。
另外，从最靠近core网络开始挑选，其中每次挑选只挑选特定设备进行调整，使得对整体网络环境影响最小化。
在一个优选的实施方式中，S11具体包括：
获取第N层级中所有数据流交换设备的所有哈希种子值与所有设备ID、并存储于INT带内遥测元数据中。
在实际实施例中，INT Metadata至少包含以下内容：
1）交换机ID
2）哈希种子值
在一个优选的实施方式中，平衡方法还包括：
通过采集器统一获取所有层级的所有哈希种子值，用于判断网络运行情况以及检查故障点。
现有技术中，现行数据中心的网络拓扑规模越来越大，网管人员已经很难用传统的方式去查找数据中心的网络问题。
本发明的实际实施例中，在新式网络状态监测方式中，INT（即带内遥测技术）通过一台中心化的采集器去搜集各个交换机或路由器回传的网络信息，并依此判断网络运行的情况、检查是否有故障点或壅塞。
在一个优选的实施方式中，平衡方法还包括：
获取各个数据流交换设备的***性能数据，并按预设格式进行打包操作，用于从指定端口发出；
通过采集器接收并解码打包数据，并进行数据分析以及数据可视化显示。
在实际实施例中，Telemetry（即遥测技术）是远程从物理设备或虚拟设备上高速采集数据的技术；其将***性能管理模块收集到的***性能数据按特定的格式打包、编码、串行化以后，从特定的端口发送出去；采集器后端***接收、解码数据，并对数据进行分析、可视化显示。
在一个优选的实施方式中，平衡方法还包括：
获取网络拓扑架构中各个数据流交换设备的当前真实流量信息；
根据当前真实流量信息、第一哈希种子值对待调整数据流交换设备进行数据流负载平衡调节。
在实际中，上述平衡方法运用在交换机软体平台SONiC上，通过探测封包夹交换机的哈希种子值并且封装后送给采集器，最后采集器根据本案提出的计算规则来选择特定设备进行调整；
上述平衡方法中，还可以将真实流量信息、以及更加详细且有帮助的信息传给采集器，不仅可以调整哈希种子值，甚至可以调整哈希算法，从而使得网络环境负载更加均匀、并且利用率最大化。
在一个优选的实施方式中，平衡方法还包括：
对第一哈希种子值设置扰动因子、并生成第一哈希运算因子，用于通过哈希运算进行数据流负载平衡调节。
在实际实施例中，在网络拓扑架构中的多个数据流路径中，哈希运算是ECMP（即等价多路径路由技术）的路径选择策略，可根据哈希因子计算出下一跳转发路由；常见的哈希运算因子可分为以下两种：
1）五元组：源地址(sip)、目标地址(dip)、源端口(sport)、目标端口(dport)、以及IP协议号(protocol)。
2）哈希种子值：除上述传统的五元组外，可增添扰动因子。
在实际实施例中，上述数据流负载平衡方法的具体流程如下：
(1)如图5所示，首先INT报文（即带内遥测探测报文）进入某交换机、将其哈希种子值放置在INT Metadata数据（即INT元数据）中；
最终，INT报文会经过所有交换机设备，使得采集器能获取所有设备的哈希种子值。
其中，INT Metadata包含以下内容：
1）交换机ID
2）哈希种子值
（2)采集器根据以下负载平衡调整规则，找出需要调整哈希种子值（即哈希种子值）的设备、以及计算出需调整的哈希种子值：
步骤1）在Spine/Leaf的拓扑架构中，从Core核心网络Layer N（即第N层级）开始、依序比较哈希种子值；
步骤2）比较前后Layer的哈希种子值集合，即Layer N-1（即第N-1层级）、Layer N+1（即第N+1层级）的哈希种子值集合；
步骤3）根据步骤2）结果，若Layer N有重复出现的哈希种子值，包括以下两种可能情况：
a)若Layer N有其他设备，则根据Layer N的哈希种子值集合随机选择一个值，调整其哈希种子值；
b)若Layer N无其他设备，则根据Layer N-1、Layer N+1的哈希种子值集合，随机选择一个不重复的值，调整其哈希种子值；
步骤4）根据步骤2）结果，若Layer N无重复出现的哈希种子值，则回到步骤1）、依序判断Layer N-1。
在实际应用场景中，举例如下：
如图6为当前网络环境架构示意图，图7为网络中设备的哈希种子值状态示意图。各层级的哈希值集合如下表所示：
步骤1：
从Layer 2开始，获取到与Layer 2相邻的上下Layer的哈希值集合为{3,4,7}，Layer 2需调整设备G的哈希种子值为3；为避免哈希极化现象，按照上述负载平衡调整规则，从Layer 2中选择哈希种子值。此时，可将设备G的哈希种子值调整为5，详见下表：
步骤2：
为Layer 1获取到Layer 2、Layer 0的哈希值集合为{3,5,2}，Layer 1需调整设备D的哈希种子值为3；为避免哈希极化现象，按照上述负载平衡调整规则，将设备D的哈希种子值调整为4。
最终调整结果详见下表，同层级的设备之间哈希种子值可以相同，不同层级的哈希种子值不重复，使得尽可能避免哈希极化的发生；
另外，从最靠近core网络开始挑选，其中每次挑选只挑选特定设备进行调整，使得对整体网络环境影响最小化。
综上，本发明实施例提供的数据流负载平衡方法，基于INT的负载平衡哈希种子算法，通过INT（即带内遥测技术）实现如下功能：
不需消耗过多的人力成本，采集器搜集各个交换机或路由器回传的哈希种子信息，并依此判断是否需更改特定交换机的哈希种子值；
具体功能如下：
1）INT探测报文（即带内遥测探测报文）进入交换机，将其交换机的哈希种子值放置在INT Metadata数据（即INT元数据）中，使得采集器能获取所有设备的哈希种子值。
2）在Spine/Leaf的拓扑架构（即叶脊网络拓扑架构）中，采集器根据本案提出的规则，对越靠近Core核心网络设备优先更改哈希种子值，使得更改设备的配置时保证当前网络影响最小化。
3）避免网络环境中哈希极化发生，将数据流分布到不同路径上进行数据传输，避免拥塞、提高数据中心内的资源利用率。
上述数据流负载平衡方法的主要优点如下：
1）解决哈希极化的问题，同时可节省不必要的人力成本开销、以及避免不必要的配置错误风险。
2）挑选特定设备调整哈希种子值，使得当前网络影响最小化。
3）不需额外升级网络基础设备，不受限于设备能力影响。
需要注意的是，虽然流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，流程图中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
实施例二：
如图8所示，本发明实施例还提供一种数据流负载平衡装置，用于对网络拓扑架构中的多个数据流路径进行数据流负载平衡调节，网络拓扑架构通过哈希运算路径选择策略为每个数据流路径分配数据流；平衡装置包括待调整数据流交换设备获取单元、第一哈希种子值计算更新单元；
待调整数据流交换设备获取单元用于获取网络拓扑架构中需要调整负载的待调整数据流交换设备，用于通过调节哈希种子值来调整负载；
第一哈希种子值计算更新单元，用于：
将待调整数据流交换设备在网络拓扑架构中的层级设为第N层级，并获取待调整数据流交换设备当前时刻的第一哈希种子值、以及第N层级中所有数据流交换设备的第一哈希种子值集合；其中，N为自然数；
获取网络拓扑架构中第N-1层级和/或第N+1层级的所有数据流交换设备的第二哈希种子值集合；
判断第一哈希种子值、第二哈希种子值集合是否存在相同数值；
若存在相同数值、且第N层级的数据流交换设备数量大于1时，则从第一哈希种子值集合中随机选择一个调节值，用于更新第一哈希种子值；其中，调节值、第一哈希种子值不相同。
在一个优选的实施方式中，平衡装置还包括INT带内遥测技术管理单元，其用于：
通过INT带内遥测探测报文进入第N层级中所有数据流交换设备、并获取所有数据流交换设备的所有哈希种子值，用于将所有哈希种子值发送给采集器。
关于上述装置的具体限定，可以参见上文中对于方法的限定，在此不再赘述。
上述装置中的各个模块，可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以以硬件形式内嵌于、或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
其中，如图9所示，上述计算机设备可以是终端，其包括通过***总线连接的处理器、存储器、网络接口、显示屏和输入装置。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作***和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作***和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。
可以理解的是，上述图中示出的结构，仅仅是与本发明方案相关的部分结构的框图，并不构成对本发明方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
上述实施例方法中的全部或部分流程的实现，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。
其中，本发明所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器（ROM）、可编程ROM（PROM）、电可编程ROM（EPROM）、电可擦除可编程ROM（EEPROM）或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器（RAM）或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM（SRAM）、动态RAM（DRAM）、同步DRAM（SDRAM）、双数据率SDRAM（DDRSDRAM）、增强型SDRAM（ESDRAM）、同步链路（Synchlink）DRAM（SLDRAM）、存储器总线（Rambus）直接RAM（RDRAM）、直接存储器总线动态RAM（DRDRAM）、以及存储器总线动态RAM（RDRAM）等。
需要注意的是，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其它等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (20)
1.一种数据流负载平衡方法，其特征在于，用于对网络拓扑架构中的多个数据流路径进行数据流负载平衡调节，所述网络拓扑架构通过哈希运算路径选择策略为每个数据流路径分配数据流；所述平衡方法包括：
获取所述网络拓扑架构中需要调整负载的待调整数据流交换设备，用于通过调节哈希种子值来调整负载；
将所述待调整数据流交换设备在所述网络拓扑架构中的层级设为第N层级，并获取所述待调整数据流交换设备当前时刻的第一哈希种子值、以及所述第N层级中所有数据流交换设备的第一哈希种子值集合；其中，N为自然数；
获取所述网络拓扑架构中第N-1层级和/或第N+1层级的所有数据流交换设备的第二哈希种子值集合；
判断所述第一哈希种子值、所述第二哈希种子值集合是否存在相同数值；
若存在相同数值、且所述第N层级的数据流交换设备数量大于1时，则从所述第一哈希种子值集合中随机选择一个调节值，用于更新所述第一哈希种子值；其中，所述调节值、所述第一哈希种子值不相同。
2.根据权利要求1所述的数据流负载平衡方法，其特征在于，在将所述待调整数据流交换设备在所述网络拓扑架构中的层级设为第N层级之前，所述平衡方法还包括：
通过带内遥测探测报文进入所述第N层级中所有数据流交换设备、并获取所有数据流交换设备的所有哈希种子值，用于将所有哈希种子值发送给采集器。
3.根据权利要求2所述的数据流负载平衡方法，其特征在于，通过带内遥测探测报文进入所述第N层级中所有数据流交换设备、并获取所有数据流交换设备的所有哈希种子值，具体包括：
通过所述带内遥测探测报文依次进入所述第N层级中所有数据流交换设备，获取所有数据流交换设备的所有哈希种子值、并存储于带内遥测元数据中。
4.根据权利要求1所述的数据流负载平衡方法，其特征在于，获取所述网络拓扑架构中需要调整负载的待调整数据流交换设备，具体包括：
从所述网络拓扑架构中靠近核心网络的层级中获取所述第N层级，用于获取所述第N层级中的所述待调整数据流交换设备。
5.根据权利要求4所述的数据流负载平衡方法，其特征在于，所述平衡方法还包括：
若所述第一哈希种子值、所述第二哈希种子值集合不存在相同数值，则按照层级递减顺序，从所述第N层级开始、依次对所有层级中的高负载数据流交换设备进行数据流负载平衡调节。
6.根据权利要求5所述的数据流负载平衡方法，其特征在于，所述平衡方法还包括：
若存在相同数值、且所述第N层级的数据流交换设备数量为1时，则从所述第二哈希种子值集合中随机选择一个调节值，用于更新所述第一哈希种子值；其中，所述调节值、所述第一哈希种子值不相同。
7.根据权利要求6所述的数据流负载平衡方法，其特征在于，所述平衡方法还包括：
判断同一层级中各个数据流交换设备的哈希种子值是否为相同数值、和/或不同层级中各个数据流交换设备的哈希种子值是否为不同数值，用于作为依序调节数据流负载平衡的依据。
8.根据权利要求6所述的数据流负载平衡方法，其特征在于，从所述网络拓扑架构中靠近核心网络的层级中获取所述第N层级，具体包括：
从所述网络拓扑架构中靠近核心网络的层级中获取所述第N层级，并从所述第N层级中获取预设类型设备作为所述待调整数据流交换设备。
9.根据权利要求4-8任一项所述的数据流负载平衡方法，其特征在于，获取所述网络拓扑架构中需要调整负载的待调整数据流交换设备，具体包括：
从叶脊网络拓扑架构中靠近所述核心网络的层级中获取所述第N层级，用于获取所述第N层级中的所述待调整数据流交换设备。
10.根据权利要求3所述的数据流负载平衡方法，其特征在于，获取所有数据流交换设备的所有哈希种子值、并存储于带内遥测元数据中，具体包括：
获取所述第N层级中所有数据流交换设备的所有哈希种子值与所有设备ID、并存储于所述带内遥测元数据中。
11.根据权利要求2所述的数据流负载平衡方法，其特征在于，所述平衡方法还包括：
通过所述采集器统一获取所有层级的所有哈希种子值，用于判断网络运行情况以及检查故障点。
12.根据权利要求11所述的数据流负载平衡方法，其特征在于，所述平衡方法还包括：
获取各个数据流交换设备的***性能数据，并按预设格式进行打包操作，用于从指定端口发出；
通过所述采集器接收并解码打包数据，并进行数据分析以及数据可视化显示。
13.根据权利要求2所述的数据流负载平衡方法，其特征在于，所述平衡方法还包括：
获取所述网络拓扑架构中各个数据流交换设备的当前真实流量信息；
根据所述当前真实流量信息、所述第一哈希种子值对所述待调整数据流交换设备进行数据流负载平衡调节。
14.根据权利要求13所述的数据流负载平衡方法，其特征在于，所述平衡方法还包括：
对所述第一哈希种子值设置扰动因子、并生成第一哈希运算因子，用于通过哈希运算进行数据流负载平衡调节。
15.一种数据流负载平衡装置，其特征在于，用于对网络拓扑架构中的多个数据流路径进行数据流负载平衡调节，所述网络拓扑架构通过哈希运算路径选择策略为每个数据流路径分配数据流；所述平衡装置包括待调整数据流交换设备获取单元、第一哈希种子值计算更新单元；
所述待调整数据流交换设备获取单元用于获取所述网络拓扑架构中需要调整负载的待调整数据流交换设备，用于通过调节哈希种子值来调整负载；
所述第一哈希种子值计算更新单元，用于：
将所述待调整数据流交换设备在所述网络拓扑架构中的层级设为第N层级，并获取所述待调整数据流交换设备当前时刻的第一哈希种子值、以及所述第N层级中所有数据流交换设备的第一哈希种子值集合；其中，N为自然数；
获取所述网络拓扑架构中第N-1层级和/或第N+1层级的所有数据流交换设备的第二哈希种子值集合；
判断所述第一哈希种子值、所述第二哈希种子值集合是否存在相同数值；
若存在相同数值、且所述第N层级的数据流交换设备数量大于1时，则从所述第一哈希种子值集合中随机选择一个调节值，用于更新所述第一哈希种子值；其中，所述调节值、所述第一哈希种子值不相同。
16.根据权利要求15所述的数据流负载平衡装置，其特征在于，所述平衡装置还包括带内遥测技术管理单元，其用于：
通过带内遥测探测报文进入所述第N层级中所有数据流交换设备、并获取所有数据流交换设备的所有哈希种子值，用于将所有哈希种子值发送给采集器。
17.一种计算机设备，包括存储器、处理器及计算机程序，所述计算机程序存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-14中任一项所述的数据流负载平衡方法的步骤。
18.一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-14中任一项所述的数据流负载平衡方法的步骤。
19.一种网络拓扑，其特征在于，包括多个数据流路径、多个数据流交换设备、以及数据流负载平衡模块，所述数据流负载平衡模块用于通过如权利要求1-14任一项所述的数据流负载平衡方法来对所述多个数据流路径中的数据流交换设备进行数据流负载平衡调节。
20.一种数据中心，其特征在于，包括网络拓扑、多个数据流路径、多个数据流交换设备、以及数据流负载平衡模块，所述数据流负载平衡模块用于通过如权利要求1-14任一项所述的数据流负载平衡方法来对所述多个数据流路径中的数据流交换设备进行数据流负载平衡调节。
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