一种用于全局ip调度的负载均衡方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及SDN网络的负载均衡技术领域，具体涉及一种用于全局ip调度的负载均衡方法，通过蚁群算法时刻检测和计算网络中各个交换机的状态，并通过SDN控制器下发流表给各个交换机，从而控制数据转发路径，提高数据转发效率，以及实现全局网络的负载均衡调控。
【背景技术】
[0002]负载均衡建立在现有网络结构之上，它提供了一种廉价有效透明的方法扩展网络设备和服务器的带宽、增加吞吐量、加强网络数据处理能力、提高网络的灵活性和可用性。负载均衡，英文名称为Load Balance,其意思就是分摊到多个操作单元上进行执行，例如Web服务器、FTP服务器、企业关键应用服务器和其它关键任务服务器等，从而共同完成工作任务。
[0003]在传统网络中，负载均衡算法有以下几种:Static算法、Random算法、Roundrobin算法、Hash算法、CARP算法和Consistent hash算法。其中Hash算法最为普遍，它通过单射不可逆的HASH函数，按照某种规则将网络请求发往集群节点。采取基于数据包源地址的哈希映射可以在一定程度上解决这个问题:将具有相同源地址的数据包发给同一服务器节点，这使得基于高层会话的事务可以以适当的方式运行。相对称的是，基于目的地址的哈希调度算法可以用在Web Cache集群中，指向同一个目标站点的访问请求都被负载平衡器发送到同一个Cache服务节点上，以避免页面缺失而带来的更新Cache问题。
[0004]近年来，SDN网络技术逐渐成为网络领域的研究重点，它要求将数据传输和网络控制功能分离开来，这意味着SDN控制器虽然可以基于服务器活动进行简单的负载均衡决策，但并不能基于数据本身的内容进行决策。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题是:在SDN网络中，本发明的重点是如何实现各个交换机之间负载均衡地转发数据，从而实现整个网络的稳定运行。
[0006]在大型网络中，某一节点交换机到另一节点交换机的路径远远不止一条，这些路径交错复杂，形成了复杂的互联网络。众多冗余的网络路径对于预防单点失效具有积极的作用，事实上，在数据转发过程中，根据现有的路由转发算法，交换机通常会选择最短的路径进行数据转发，如果数据量较少，最短路径的转发能够起到有效的转发效率。然而当数据量较大时，仅仅依据一条路径进行数据转发，数据转发效率会大大下降，而且转发交换机的负载负担会大大增加。如何有效的利用那些冗余路径，提高其他交换机的转发效率，是解决大数据转发过程的重要方法。
[0007]本发明所采用的技术方案为:
一种用于全局ip调度的负载均衡方法，所述方法通过蚁群算法时刻检测和计算网络中各个交换机的状态，并通过SDN控制器下发流表给各个交换机，从而控制数据转发路径，提高数据转发效率，以及实现全局网络的负载均衡调控，其中:
SDN控制器使用了 LLDP (Link Layer Discovery Protocol，链路层发现协议)作为链路发现协议，该协议提供了一种标准的链路发现方式，可以将本端设备的主要能力、管理地址、设备标识、接口标识等信息组织成不同的TLVCType/Length/Value，类型/长度/ 值)，并封装在 LLDI3DU (Link Layer Discovery Protocol Date Unit，链路层发现协议数据单元)中发布于自己直连的邻居，邻居收到这些信息后，将其以标准MIB (ManagementInformat1n Base，管理信息库)的形式保存起来，以供网络管理系统查询机判断链路的通信状况；
当获得全局网络的拓扑结构后，在控制器采用蚁群算法，计算出源交换机到目的交换机的所有有效路径，并且依据概率统计出有效路径的排序；
接着，采用矩阵方式，计算各个有效路径的相同节点的个数，并且保证各个路径之间的相同节点不超过2个，因此，为了使得满足上述的有效路径条数越多，那么就要时刻计算出有效路径的个数；最后根据这些有效路径的概率比例，分配ip数据包的转发数量，以达到负载均衡的目的。
[0008]所述方法操作流程如下:
1)SDN控制器通过广播方式发送LLDP报文给各个交换机，获取整个网络的拓扑结构；
2)SDN控制器计算从源交换机到目标交换机的可用路径；
3)SDN控制器通过蚁群算法，计算出用于负载平衡的所有路径，均衡各个交换机转发数据流量的负担；
4)按照SDN计算的转发路径，下发流表到各个交换机中，那么交换机按照流表进行数据转发即可；如果网络拓扑发生变化，那么在控制器中重新计算新的链路，并形成流表，再下发给各个交换机。
[0009]所述依据概率统计出有效路径的排序方式为:约定概率越大的路径，排序越靠前，最小排序为I。
[0010]本发明的有益效果为:
本发明能够有效利用冗余路径，提高了其他交换机的转发效率，是解决大数据转发过程的重要方法。
【附图说明】
[0011]图1为本发明用于全局ip调度的负载均衡方法流程图；
图2为SDN网络的基本拓扑图。
【具体实施方式】
[0012]下面参照附图所示，通过【具体实施方式】对本发明进一步说明:
实施例1:
一种用于全局ip调度的负载均衡方法，所述方法通过蚁群算法时刻检测和计算网络中各个交换机的状态，并通过SDN控制器下发流表给各个交换机，从而控制数据转发路径，提高数据转发效率，以及实现全局网络的负载均衡调控，其中:
SDN控制器使用了 LLDP (Link Layer Discovery Protocol，链路层发现协议)作为链路发现协议，该协议提供了一种标准的链路发现方式，可以将本端设备的主要能力、管理地址、设备标识、接口标识等信息组织成不同的TLVCType/Length/Value，类型/长度/ 值)，并封装在 LLDI3DU (Link Layer Discovery Protocol Date Unit，链路层发现协议数据单元)中发布于自己直连的邻居，邻居收到这些信息后，将其以标准MIB (ManagementInformat1n Base，管理信息库)的形式保存起来，以供网络管理系统查询机判断链路的通信状况；
当获得全局网络的拓扑结构后，在控制器采用蚁群算法，计算出源交换机到目的交换机的所有有效路径，并且依据概率统计出有效路径的排序；
接着，采用矩阵方式，计算各个有效路径的相同节点的个数，并且保证各个路径之间的相同节点不超过2个，因此，为了使得满足上述的有效路径条数越多，那么就要时刻计算出有效路径的个数；最后根据这些有效路径的概率比例，分配ip数据包的转发数量，以达到负载均衡的目的。
[0013]实施例2:
在实施例1的基础上，本实施例在openflow交换机的网络系统中，控制器全局调控所有的的openflow交换机，如图2所示的网络拓扑场景中，如图1所示，所述方法操作流程如下:
1)SDN控制器通过广播方式发送LLDP报文给各个交换机，获取整个网络的拓扑结构；
2)SDN控制器计算从源交换机到目标交换机的可用路径；
3)SDN控制器通过蚁群算法，计算出用于负载平衡的所有路径，均衡各个交换机转发数据流量的负担；
4)按照SDN计算的转发路径，下发流表到各个交换机中，那么交换机按照流表进行数据转发即可；如果网络拓扑发生变化，那么在控制器中重新计算新的链路，并形成流表，再下发给各个交换机。
[0014]实施例3:
如图1所示，在实施例1或2的基础上，本实施例所述依据概率统计出有效路径的排序方式为:约定概率越大的路径，排序越靠前，最小排序为I。
[0015]以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。
【主权项】
1.一种用于全局ip调度的负载均衡方法，其特征在于:所述方法通过蚁群算法时刻检测和计算网络中各个交换机的状态，并通过SDN控制器下发流表给各个交换机，从而控制数据转发路径，提高数据转发效率，以及实现全局网络的负载均衡调控，其中: SDN控制器使用了 LLDP，将本端设备的主要能力、管理地址、设备标识、接口标识等信息组织成不同的TLV，并封装在LLDroU中发布于自己直连的邻居，邻居收到这些信息后，将其以标准MIB的形式保存起来，以供网络管理系统查询机判断链路的通信状况； 当获得全局网络的拓扑结构后，在控制器采用蚁群算法，计算出源交换机到目的交换机的所有有效路径，并且依据概率统计出有效路径的排序； 接着，采用矩阵方式，计算各个有效路径的相同节点的个数，并且保证各个路径之间的相同节点不超过2个，最后根据这些有效路径的概率比例，分配ip数据包的转发数量，以达到负载均衡的目的。2.根据权利要求1所述的一种用于全局ip调度的负载均衡方法，其特征在于，所述方法操作流程如下: 1)SDN控制器通过广播方式发送LLDP报文给各个交换机，获取整个网络的拓扑结构； 2)SDN控制器计算从源交换机到目标交换机的可用路径； 3)SDN控制器通过蚁群算法，计算出用于负载平衡的所有路径，均衡各个交换机转发数据流量的负担； 4)按照SDN计算的转发路径，下发流表到各个交换机中，那么交换机按照流表进行数据转发即可；如果网络拓扑发生变化，那么在控制器中重新计算新的链路，并形成流表，再下发给各个交换机。3.根据权利要求1或2所述的一种用于全局ip调度的负载均衡方法，其特征在于，所述依据概率统计出有效路径的排序方式为:约定概率越大的路径，排序越靠前，最小排序为1
【专利摘要】本发明公开了一种用于全局ip调度的负载均衡方法，所述方法通过蚁群算法时刻检测和计算网络中各个交换机的状态，并通过SDN控制器下发流表给各个交换机，从而控制数据转发路径，提高数据转发效率，以及实现全局网络的负载均衡调控。本发明能够有效利用冗余路径，提高了其他交换机的转发效率，是解决大数据转发过程的重要方法。
【IPC分类】H04L12/803, H04L29/08
【公开号】CN105007234
【申请号】CN201510425891
【发明人】钟超群, 吴登勇, 陈乃阔
【申请人】山东超越数控电子有限公司
【公开日】2015年10月28日
【申请日】2015年7月20日