一种基于交换机负载的域内负载均衡方法

摘要

本发明公开了一种基于交换机负载的域内负载均衡方法，该方法以固定的时间间隔向域内所有交换机发送统计信息查询请求，保存并记录域内每台交换机在单位时间间隔内处理的包的数目，采用指数平滑法对交换机负载情况进行估计，为跨域流量寻找交换机负载较轻的域内转发路径；当跨域流量请求到达时，将跨域流量引导向负载较轻的交换机。应用该方法可以在转发跨域流量时，优先保证域内流量，合理地调度域间流量，从而实现负载均衡。

主权项

一种基于交换机负载的域内负载均衡方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)计算域内交换机负载的估计值,该步骤包括以下子步骤：(1.1)控制器通过控制信道，向域内的每一个交换机依次发送PORT_STATS_REQUEST消息，查询域内交换机每一个端口的统计信息，所述PORT_STATS_REQUEST消息在OpenFlow协议中定义；(1.2)交换机收到PORT_STATS_REQUEST消息后，通过控制信道向控制器发送PORT_STATS_REPLY消息，所述PORT_STATS_REPLY消息在OpenFlow协议中定义；控制器在t_n时刻收到第i个交换机的消息，第i个交换机共有k个端口，记录交换机历史收到的包总数load_j为第i个交换机第j个端口历史收到的包总数，所述历史为从交换机最近一次清空统计数据开始，直至t_n时刻的时间段；(1.3)将交换机i在时间间隔t内的负载记为所述t为获取统计信息的最小间隔，t_n和t_n‑1为相邻两次获取统计信息的时刻；(1.4)每间隔时间间隔T，计算一次交换机负载的平均值，当前T_m时刻交换机负载平均值为其中T_m和T_m‑1为相邻两次计算平均值的时刻；(1.5)用指数平滑法对交换机负载进行估计，得到交换机T_m时刻负载的估计值为$S_{i,T_m}=\alpha \overline{N_{i,T_m}}+(1-\alpha )S_{i,T_{m-1}},$α为平滑指数，α∈(0,1)；(2)计算域内负载均衡路径,该步骤包括以下子步骤：(2.1)记录域内每一台边界交换机的编号，并记录其连接其他域的端口号以及所连接的域的编号；(2.2)对于域内每一对连接了不同域的端口对，计算以其中一个端口a所连接的域A经过本域C转发到另一端口b所在的交换机，再经该交换机转发到端口b连接的域B的路径中所有交换机的瓶颈负载，具体如下：(2.2.1)将域内所有交换机的瓶颈负载X设为无穷大，即到达该交换机的所有路径的负载的最大值为无穷大，将端口a所属的交换机s的瓶颈负载X_s更新为并将交换机s加入队列，s的在队标记设为TRUE；(2.2.2)当队列不为空时，每次从队首取一个交换机记为p，取出交换机p后将p的在队标记设为FALSE；(2.2.3)比较X_p与并记录其较大值记为x；(2.2.4)对于每一台与交换机p相连的交换机q，如果x＜X_q，则更新X_q为x，并将q的上一跳标记为p；(2.2.5)如果交换机q的在队标记为FALSE且q不是目的端口b所在的交换机，则将交换机q加入队列，并将q的在队标记设为TRUE；(2.2.6)重复步骤(2.2.2)‑(2.2.5)，直到队列为空，得到路径内每个交换机的瓶颈负载；(2.3)对于每一对起始端口相同且目的域相同的端口对，找出到达目的端口瓶颈负载最小的路径，并根据路径上每台交换机记录的上一跳交换机编号记录整条路径，该路径即为域内负载均衡路径；(3)实现跨域流量的调度,该步骤包括以下子步骤：(3.1)监听本域交换机向控制器发送的PACKET_IN消息，所述PACKET_IN消息在OpenFlow协议中定义，如果流量的源地址和目的地址都不是本域，且源地址和目的地址位于不同域，认为这是跨域流量请求，对这条流量进行调度，否则按照域内最短路径为其选路；(3.2)对于跨域流量请求，寻找域内以收到流量请求的端口为起点、有到达目的域的路径的其他端口为终点的域内负载均衡路径；(3.3)对于域内负载均衡路径上每一台交换机，发送增加流表项命令，其匹配域设置为跨域流量的源地址和目的地址，转发动作设为从连接路径下一跳交换机的端口发出；在流表项超时删除前，该源地址和目的地址的跨域流量都按照步骤3.2所述的域内负载均衡路径转发，从而为跨域流量寻找负载较轻的转发路径，在保证域内流量按最短路径转发的同时，实现负载均衡。