一种数据中心网络更新中数据流的迁移方法技术

本发明专利技术公开了一种数据中心网络更新中数据流的迁移方法，包括为每一条新数据流在网络中搜索出所有的可行最短路径作为候选路径，或者为每一条新数据流在网络中搜索出迁移一条数据流的情况下能够容纳该条数据流的候选路径。由于不需要考虑如何寻找可行的网络状态，也不需要仔细地设计执行一个更新序列。通过本地调度每一个新数据流，为他们分配可行的最短路径。并且仅仅以一条额外的数据流的迁移为代价。同时选择一条经过了所有瓶颈链路的数据流来迁移，提高更新效率，保证这条额外的数据流的数据流量尽可能的少，减小迁移的数据流量。不需要进行全网搜索目的数据流量矩阵，也不需要在网络初始和目的状态之间寻找一系列的转换状态。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及数据中心的网络更新，特别是指一种数据中心网络更新中数据流的迁移方法。
技术介绍
基础设施即服务(IaaS)是一个云计算的模型，它允许租户在数据中心当中多路复用计算，存储和网络资源。随着IaaS的快速增长，服务提供商不得不租用或者建立一个大规模的数据中心。在每个数据中心内部，一个特殊的数据中心网络(DCN)将成千的交换机和成百上千的服务器连接起来。云计算数据中心频繁的发生网络更新事件，例如，网络拓扑更新，由网络操作人员引起的数据流更新，应用程序甚至交换机失效引起的网络更新。举例来说，数据中心操作者周期性的升级网络中的交换机，并且添加更多的交换机来支持更多的服务器；因此，产生了拓扑的改变。对于应用程序，正常的虚拟机迁移和负载均衡的重新配置导致了数据流的更新。对于目前复杂的情况，DCN更新是一个很有挑战性的问题。首先，一个更新过程包含多个阶段，每个阶段都需要认证对待来保证每个数据包和每条数据流在网络配置下的一致性。因此，我们需要提前为每一个阶段指定一个更新计划，来安排所涉及到的数据流究竟需要以何种顺序来更新。其次，更新过程必须要保证任何一个数据包，数据流仅通过旧的网络配置或新的网络配置，而不是而这的结合。最后，在大规模的数据中心网络中执行一次更新需要消耗大量的时间。快速的网络更新有利于实现更高的网络利用率，并且可以加强网络的灵活性。给定一个DCN更新，之前的工作致力于寻找一个从初始网络状态到目的网络状态的一个无损的转换序列。然而，这将需要频繁的进行全网搜索可行的目的网络状态，还需要大量的时间来优化结果。这将会在大规模网络中产生巨大的计算开销和决策延迟。更甚，在每一阶段的更新当中，一些涉及到的数据流需要被重新路由，迁移到其他路径上去。这些需要被迁移的数据 流会产生额外的开销，也可能会影响正在运行的应用程序。也就是说，这些需要被迁移的数据流，会导致另外一些额外的数据流需要被迁移，从而产生不必要的规则需要被安装到交换机上。同时，也会产生链路拥塞和丢包。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提出一种最小化无拥塞网络更新过程中需要迁移的数据流的方法。基于上述目的本专利技术提供的一种数据中心网络更新中数据流的迁移方法，包括:为每一条新数据流在网络中搜索出所有的可行最短路径作为候选路径，根据所述候选路径的长度对所述候选路径进行升序排序，从第一条所述候选路径开始，依次检测所述候选路径是否可以在不迁移现有数据流的前提下容纳所述新数据流，直到检测到能够在不迁移现有数据流的前提下容纳所述新数据流的候选路径，将所述新数据流加入到该条路径上传输；若所有的所述候选路径都不能在不迁移现有数据流的前提下容纳所述新数据流，则从第一条所述候选路径开始，依次检测所述候选路径是否可以在仅迁移一条现有数据流的情况下，将所述新数据流加入到该条候选路径上，直到检测到能够在仅迁移一条现有数据流的前提下容纳所述新数据流的候选路径，迁移该条现有数据流，并将所述新数据流加入到该条路径上传输。进一步的，还包括：若在迁移一条现有数据流的情况下，迁移出数据流的路径仍然不能传输所述新数据流，则所述新数据流在入口交换机出等待一段时间，直到有一些所述候选路径完成数据流的传输或者在迁移一条现有数据流的情况下能够容纳所述新数据流时，将所述新数据流加入到该候选路径进行传输。进一步的，所述可行最短路径为包含最少数量的为完成所述新数据流的传输所经过的瓶颈链路的可行路径。进一步的，所述迁移该条现有数据流为将该条现有数据流迁移到其所对应的并且能够将之容纳的最短路径上去。进一步的，所述依次检测所述候选路径是否可以在仅迁移一条现有数据流的过程包括：找出分配所述新数据流的路径上的所有瓶颈链路；记录下瓶颈链路上所经过的数据流，并且找出经过所有瓶颈链路的数据流；对找出来的数据流按照数据流量大小进行排序，迁移数据流量最小的数据流来满足所述新数据流对于链路带宽的需求。进一步的，所述数据中心网络更新中数据流迁移的方法对应的数学模型为:将网络定义为一个图G＝(V,E)，V和E分别代表交换机和连接这些交换机的链路,D被定义为网络直径，数据流f被定义为f＝(sf,df,v(f)),sf是入口交换机，df是出口交换机，v(f)是数据流f的大小，fnew和fmove分别代表由于更新事件产生的需要新加入的数据流和由于新加入的某条数据流而需要被迁移的现有数据流，v(fi，j)代表数据流f在链路ei，j上的负载，lf代表了数据流f经过的跳数，Gf代表包含f经过的所有交换机和链路的子图，F记录了网络中每条数据流的大小，T代表数据流量分布矩阵，记录着每条链路上的负载大小。进一步的，所述数学模型的优化目标为：数据中心网络更新的过程中迁移最小的数据流量和最小数目的数据流。从上面所述可以看出，本专利技术提供的一种数据中心网络更新中数据流的迁移方法，由于不需要考虑如何寻找可行的网络状态，也不需要仔细地设计执行一个更新序列。通过本地调度每一个新数据流，为他们分配可行的最短路径。并且仅仅以一条额外的数据流的迁移为代价。同时选择一条经过了所有瓶颈链路的数据流来迁移，提高更新效率，保证这条额外的数据流的数据流量尽可能的少，减小迁移的数据流量。不需要进行全网搜索目的数据流量矩阵，也不需要在网络初始和目的状态之间寻找一系列的转换状态，实现了数据流量迁移最少的无拥塞的网络更新。附图说明图1为本专利技术流量迁移方法的一种实施例的流程图；图2a、图2b和图2c为入口交换机上的数据流规则被异步的安装导致的网络拥塞示意图；图3为本专利技术更新方法Lupdate的一个实施例的示意图；图4a为在k为8～28的Fat-Tree数据中心网络评价迁移的数据流的大小的示意图；图4b为链路利用率超过90％的链路的概率示意图；图5a为更新方法Lupdate和最短路径法在任何网络规模下迁移的数据流量示意图；图5b为链路利用率超过90％的链路中传输数据时流量变化示意图；图6a为在k＝20的Fat-Tree网络中流量迁移示意图；图6b为在包含720个交换机的ER随机网络中流量迁移示意图；图7a为在Fat-Tree网络中迁移的数据流量大小随新数据流的变化规律示意图；图7b为在ER随机网络中迁移的数据流量大小随新数据流的变化规律示意图；图8a为在Fat-Tree网络中额外迁移的数据流的数目变化示意图；图8b为在ER随机网络中额外迁移的数据流的数目变化示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。本专利技术提供一种最小化无拥塞网络更新过程中需要迁移的数据流的方法，基本的思想是在本地给每一个新数据流分配可行的最短路径，并且要求这些路径有足够的链路带宽来容纳那条数据流。如果所有的最短路径都不可行，需要在最短路径上迁移最小的和最少数目的已知数据流，以便路径上的链路有足够的带宽。本专利技术提供的方法包括:为每一条新数据流在网络中搜索出所有的可行最短路径作为候选路径，根据所述候选路径的长度对所述候选路径进行升序排序，从第一条所述候选路径开始，依次检测所述候选路径是否可以在不迁移现有数据流的前提下容纳所述新数据流，直到检测到能够在不迁移现有数据流的前提下容纳所述新数据流的候选路径，将所述新数据流加入到该条路径上传本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种数据中心网络更新中数据流的迁移方法，其特征在于，包括:为每一条新数据流在网络中搜索出所有的可行最短路径作为候选路径，根据所述候选路径的长度对所述候选路径进行升序排序，从第一条所述候选路径开始，依次检测所述候选路径是否可以在不迁移现有数据流的前提下容纳所述新数据流，直到检测到能够在不迁移现有数据流的前提下容纳所述新数据流的候选路径，将所述新数据流加入到该条路径上传输；若所有的所述候选路径都不能在不迁移现有数据流的前提下容纳所述新数据流，则从第一条所述候选路径开始，依次检测所述候选路径是否可以在仅迁移一条现有数据流的情况下，将所述新数据流加入到该条候选路径上，直到检测到能够在仅迁移一条现有数据流的前提下容纳所述新数据流的候选路径，迁移该条现有数据流，并将所述新数据流加入到该条路径上传输。

【技术特征摘要】
1.一种数据中心网络更新中数据流的迁移方法，其特征在于，包括:为每一条新数据流在网络中搜索出所有的可行最短路径作为候选路径，根据所述候选路径的长度对所述候选路径进行升序排序，从第一条所述候选路径开始，依次检测所述候选路径是否可以在不迁移现有数据流的前提下容纳所述新数据流，直到检测到能够在不迁移现有数据流的前提下容纳所述新数据流的候选路径，将所述新数据流加入到该条路径上传输；若所有的所述候选路径都不能在不迁移现有数据流的前提下容纳所述新数据流，则从第一条所述候选路径开始，依次检测所述候选路径是否可以在仅迁移一条现有数据流的情况下，将所述新数据流加入到该条候选路径上，直到检测到能够在仅迁移一条现有数据流的前提下容纳所述新数据流的候选路径，迁移该条现有数据流，并将所述新数据流加入到该条路径上传输。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：若在迁移一条现有数据流的情况下，迁移出数据流的路径仍然不能传输所述新数据流，则所述新数据流在入口交换机处等待一段时间，直到有一些所述候选路径完成数据流的传输或者在迁移一条现有数据流的情况下能够容纳所述新数据流时，将所述新数据流加入到该候选路径进行传输。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述可行最短路径为包含最少数量的为完成所述新数据流的传输所经过的瓶颈链路的可行路径。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述迁...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭得科，屈挺，刘云飞，任棒棒，刘忠，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科学技术大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43