一种基于多路由配置的数据中心网络故障恢复方法技术

技术编号:14862573 阅读:58 留言:0更新日期:2017-03-19 16:50
本发明专利技术公开了一种基于多路由配置的数据中心网络故障恢复方法,属于数据中心网络领域。该方法结合数据中心网络与快速恢复机制,在数据中心网络中使用多路由配置的方法,建立备份拓扑,并根据网络中数据流的大小,自适应的调整链路权重,实现优化链路负载分布的路由转发策略。包括数据中心网络拓扑构建模型,备份拓扑模块,权重优化模块,负载均衡模块。本发明专利技术可以实现数据流在数据中心间的负载均衡分布,即根据链路上数据流的大小,自适应的调整链路权重,进而调整路由转发路径,从而减小高利用率链路的负载,减小网络发生拥塞的几率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于数据中心网络领域,涉及一种面向数据中心网络架构的故障快速恢复方法,具体涉及一种应用在数据中心网络间数据流的路由的转发策略。
技术介绍
数据中心网络(DatacenterNetwork)是应用于数据中心内的网络,因为数据中心内的流量呈现出典型的交换数据集中、东西流量增多等特征,对数据中心网络提出了进一步的要求:高扩展性、高健壮性、灵活的拓扑和链路容量控制、绿色节能等。数据集中就意味着风险集中、响应集中、复杂度集中,数据中心出现故障的情况几乎不可避免。因此,数据中心解决方案应着重关注如何尽量减小数据中心出现故障后对网络中关键业务造成的影响。数据中心的故障类型众多,但故障所导致的结果却大同小异,即数据中心中的设备、链路或服务器发生故障,无法对外提供正常服务。缓解这些问题最简单的方式就是冗余设计,可以通过对设备、链路、服务器提供备份,从而将故障对用户业务的影响降低到最小。但是,冗余性在带来好处的同时也会带来如下一些缺点:网络复杂度增加,配置和管理难度增加。为了适度降低冗余,提高数据中心设备的使用效率,应当及时对网络进行故障检测、诊断和恢复。如果某个数据中心网络发生故障,它将具有两个明显特征:第一,大量的节点可能同时不可用;第二,数据中心区域内,故障节点造成比较差的连通性。由于数据中心网络的分布特点,使用OSPF算法达到最小的收敛时间是非常困难的。存在路径替代方法—IP快速恢复机制,即当路由器检测到故障时,不立即通知其他路由器,而是计算备份路径进行故障恢复,可以大大减小收敛时间。作为从单一的网络组件(链路或节点)故障快速恢复的多路由配置方法(multipleroutingconfiguration,MRC)也已经被提出。MRC算法的主要思想是:基于网络的原始拓扑生成一组备份拓扑,每个备份拓扑中均包含原始拓扑的所有节点和链路。通过配置不同备份拓扑中的链路权重,使得每个备份拓扑中的某些节点邻接链路因权重值过大而不被选作恢复路径上的链路,从而使得恢复路径不经过故障设备。然而,在传统MRC方法中,备份拓扑中的所有链路权重都被提前赋为固定值,这使得在发生单一组件故障时,替换路径的某条链路负载过高,导致网络拥塞。对此,本专利采用启发式算法来自动分配备份拓扑中的链路权重,尽可能使用链路利用率小的链路进行重路由,并且结合链路费用目标函数来实现较好的负载分布。
技术实现思路
本专利技术为解决上述技术问题,提供一种基于多路由配置的数据中心网络故障恢复的方法,主要解决故障后数据中心网络中负载不均衡问题。为了实现上述目的,本专利技术采取的技术方案如下:一种基于多路由配置的数据中心网络故障恢复方法,步骤一、根据多路由配置的方法和网络拓扑结构,构建备份拓扑,针对备份拓扑的构建满足以下几个特征:a、每个备份拓扑不改变原始的网络拓扑结构,并且都必须包含一个主干网,即从备份配置中移除所有孤立节点、孤立链路和受限链路后,剩余的节点相互连通,备份拓扑中每一个孤立节点可以通过至少一个受限链路连接到主干网;b、孤立节点只与孤立链路和受限链路相连,并且至少连接一个受限链路,在同一个备份拓扑中,受限链路的两端不能同为孤立节点;c、每一条链路和每一个节点都必须至少在一个备份配置中被孤立;步骤二、根据网络拓扑结构和流量矩阵,用最短路径算法计算各个节点对之间的最短路径,当最短路径中某条链路u-v或节点u发生故障,则查找相应的备份拓扑进行重路由;步骤三、在查找过程中,为减少故障后重路由路径负载过高,造成网络拥塞,采用链路花费函数构造负载均衡机制,根据链路最优权值,使故障后所有链路费用和最小;初始时,每条链路的权重设置为,根据链路花费函数计算此时所有链路代价之和,设置迭代次数,每次迭代采用启发式算法在内随机选取链路权重,计算目标函数值,在设定的迭代次数内,若更改一部分链路权值,目标函数值没有明显的改善,则终止迭代,将此时的链路权值作为最优权值。本专利技术所述的备份拓扑的查找转发规则是:假设节点u收到目的节点为d的数据包,下一跳节点和链路分别为v和u-v,具体的转发过程如下。a、如果链路u-v未发生故障,则转发数据包到v,否则执行b;b、如果路由表标记大于0,且数据包之前已被重路由,则丢弃该数据包,否则执行c;c、分别执行以下两步:c-1)如果节点v和目的节点d不同,则选择备份配置中节点v被孤立的备份路由表;c-2)如果节点v和目的节点d相同,并且链路u-v和节点v在同一个备份配置中被孤立,则选择与此相应的备份路由表;如果链路u-v和节点v不在同一个备份配置中被孤立,则选择备份配置中链路u-v被孤立的备份路由表;d、在数据包头部写入所选择的备份路由表标记,根据备份路由表转发数据包。本专利技术所述的链路花费目标函数为。(1)其中,表示链路利用率函数,为通信负载,c(a)表示链路a可承受量的最大流量带宽,链路的利用率为。本专利技术具有以下有效效果:通过使用本专利技术的方法,能在故障后立即进行重路由过程,而不必通知网络中其他路由器,大大减小了故障恢复时间;使用备份配置的方法,实现了物理链路与备份链路的逻辑分离,使得每个备份拓扑中的链路权重可以不同,使链路得到充分利用,减小了数据中心网络重路由后的链路拥塞情况,符合实际要求。附图说明图1为本专利技术的整体流程示意图。图2为本专利技术的网络拓扑结构示意图。图3为本专利技术的数据包转发流程图。图4为本专利技术单链路故障时各条链路的平均利用率。图5为本专利技术单节点故障时各条链路的平均利用率。具体实施方式以下结合附图和技术方案进一步说明本专利技术的具体实施方式。用有向图G(V,E)表示网络拓扑,其中V表示网络中路由器的集合,E表示链路集合。数据包从源点s到目的节点d的路径P由链路组成。c(a)表示链路a可承受量的最大流量带宽,流量矩阵D给出每个OD(Origin-Destination)对(s,d)间要求传输的流量请求。通信负载为,表示经过链路的总的数据流量,链路的利用率为。为计算方便,假设所有链路的容量为1。流量目标函数即对于任意的成立。采用公式(1)中定义的描述链路费用的函数,建立负载均衡机制,优化的目标是最小化所有链路的花费函数。(1)表示链路利用率函数,由公式可知,该函数呈线性递增趋势。随着链路利用率的增加,函数值也不断增加,而且增加的速度不断加快。若链路利用率较高,则对该链路赋予较大的花费函数值,为实现优化目标则应该降低该链路的通信负载。由于本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种基于多路由配置的数据中心网络故障恢复方法,其特征在于:步骤一、根据多路由配置的方法和网络拓扑结构,构建备份拓扑,针对备份拓扑的构建满足以下几个特征:每个备份拓扑不改变原始的网络拓扑结构,并且都必须包含一个主干网,即从备份配置中移除所有孤立节点、孤立链路和受限链路后,剩余的节点相互连通,备份拓扑中每一个孤立节点可以通过至少一个受限链路连接到主干网;孤立节点只与孤立链路和受限链路相连,并且至少连接一个受限链路,在同一个备份拓扑中,受限链路的两端不能同为孤立节点;每一条链路和每一个节点都必须至少在一个备份配置中被孤立;步骤二、根据网络拓扑结构和流量矩阵,用最短路径算法计算各个节点对之间的最短路径,当最短路径中某条链路u‑v或节点u发生故障,则查找相应的备份拓扑进行重路由;步骤三、在查找过程中,采用链路花费函数构造负载均衡机制,根据链路最优权值,使故障后所有链路费用和最小;初始时,每条链路的权重设置为,根据链路花费函数计算此时所有链路代价之和,设置迭代次数,每次迭代采用启发式算法在内随机选取链路权重,计算目标函数值,在设定的迭代次数内,若更改一部分链路权值,目标函数值没有明显的改善,则终止迭代,将此时的链路权值作为最优权值。...

【技术特征摘要】
1.一种基于多路由配置的数据中心网络故障恢复方法,其特征在于:
步骤一、根据多路由配置的方法和网络拓扑结构,构建备份拓扑,针对备份拓扑的构建
满足以下几个特征:
每个备份拓扑不改变原始的网络拓扑结构,并且都必须包含一个主干网,即从备份配
置中移除所有孤立节点、孤立链路和受限链路后,剩余的节点相互连通,备份拓扑中每一个
孤立节点可以通过至少一个受限链路连接到主干网;
孤立节点只与孤立链路和受限链路相连,并且至少连接一个受限链路,在同一个备份
拓扑中,受限链路的两端不能同为孤立节点;
每一条链路和每一个节点都必须至少在一个备份配置中被孤立;
步骤二、根据网络拓扑结构和流量矩阵,用最短路径算法计算各个节点对之间的最短
路径,当最短路径中某条链路u-v或节点u发生故障,则查找相应的备份拓扑进行重路由;
步骤三、在查找过程中,采用链路花费函数构造负载均衡机制,根据链路最优权值,使
故障后所有链路费用和最小;初始时,每条链路的权重设置为,根据链路花费函数计
算此时所有链路代价之和,设置迭代次数,每次迭代采用启发式算法在内
随机选取链路权重,计算目标函数值,在设定的迭代次数内,若更改一部分链路权值,目标
函数值没有明显...

【专利技术属性】
技术研发人员:王辉李哲青李沛谕范志辉周毅张莉敏
申请(专利权)人:河南科技大学
类型:发明
国别省市:河南;41

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