一种自适应低代价SDN网络链路利用率测量方法及系统技术方案

一种自适应低代价SDN网络链路利用率测量方法及系统，该方法的步骤为：S1：定义SDN网络链路利用率测量相关的参数；S2：初始化参数；S3：侦听FlowRemoved报文；如果侦听到，则计算链路利用率I_T_LinkUtil，跳至S4；如果未侦听到，则基于主动测量的方式计算链路利用率I_T_LinkUtil，跳至骤S5；S4：基于被动测量方式收集数据流的统计信息，侦听FlowRemoved报文；S5：基于主动测量方式收集数据流的统计信息，向交换机发送FlowStatistics‑Request报文；S6：提取数据流统计信息，记录；S7：依次计算各数据流对链路利用率的贡献率，记录；S8：将I_T_F_LinkUtil[]各成员变量相加，计算得到interface接口在周期点对应的链路利用率I_T_LinkUtil，并记录；S9：调整查询周期T。该系统用来执行上述方法。本发明专利技术具有原理简单、适用范围广、测量精度高等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种自适应低代价SDN网络链路利用率测量方法及系统
本专利技术主要涉及到SDN网络
，特指一种自适应低代价SDN网络链路利用率测量方法。
技术介绍
网络链路利用率的测量是网络管理的重要内容，一方面其有助于及时发现链路瓶颈，为路由优化提供数据支撑，不仅可确保应用服务的性能质量，而且可实现运行商运营成本的降低；另一方面其有助于网络链路容量的合理规划，避免出现资源大量浪费或链路瓶颈状况频发等问题。因此，网络链路利用率的及时准确测量对提升网络管理效率具有重要意义。对于SDN网络(如数据中心网络、大规模园区网等)而言，由于采用的是集中式的管理方式，控制器合理的管理决策往往依赖于对网络实际运行状态(包括网络链路利用率视图)细粒度地精准掌握，而且作为SDN的典型应用场景，云数据中心、大规模园区网等环境呈现出更加的复杂的变化：应用业务种类繁多、网络流量高度动态变化，这些都为网络链路利用率的准确实时测量带来了巨大挑战。在SDN网络环境下，如何准确实时地获取网络链路利用率视图、又能有效降低测量成本显得十分重要。当前网络的链路利用率评估与计算方法主要有以下几种：(1)基于SNMP协议的计算方法；利用MIB信息由控制器主动向目标交换机请求端口吞吐量，包括值法、中间值计算法和最大流量计算方法等。对于传统IP网络而言，该方法通过周期性地查询可以较理想地实现对网络链路利用情况的真实反映，但是对于SDN网络，该方法难以实现测量粒度和测量成本间的平衡。(2)基于变长报文VPS的计算方法；探测主机向网络中发送大小不同的数据包，所经路径上的各个节点向源节点返回报文，通过分析探测数据包的发送速率和单向时延变化规律来估计带宽。对于SDN网络而言，通常会承载大量的上层应用，导致网络资源十分有限，而该方法在估算过程中测量开销过大。(3)基于报文对/报文队列PPTD的计算方法；当紧邻的两个数据包经过链路时，两者增大的时间间隔近似为第2个包的大小除以链路的带宽。该方法对网络不会产生过多的负载，但是其准确度完全依赖于整个路径上对此相邻数据包时间间隔的准确测量，这就存在两个不足之处：一是链路利用率的测量不够及时，缺乏灵敏度；二是要求背景干扰少，而SDN网络流量是高度动态变化的，环境不稳定。(4)基于断层扫描的计算方法；根据一定的测量策略获取端到端的测量数据，并通过建立线性数学模型，实现对网络内部链路利用率的推测。该方法与内部网络使用的网络协议无关，在测量过程也不需要内部网络的任何协作，很大程度上减小了测量所花费的开销，但由于其精确度依赖于所建立线性模型的准确度，所以通常测量误差较大。综上所述，上述现有技术中的网络链路利用率评估计算方法存在以下不足：1)依赖主动探测报文，会给网络带来较大的测量负载；2)测量粒度大，不能满足诸如云数据中心、大规模园区网等的性能管理需求；3)测量误差大，由于数据流高度动态变化，基于报文长度变化、报文间隔的方法具有局限性，而断层扫描基于统计学方法本身就存在误差。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本专利技术提供一种原理简单、适用范围广、测量精度高的自适应低代价SDN网络链路利用率测量方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：一种自适应低代价SDN网络链路利用率测量方法，其步骤为：S1：定义SDN网络链路利用率测量相关的参数；S2：根据测量目标，依次初始化参数；假设Flow-Statistics的查询周期点为t；S3：在t周期点的2μ时间窗口内侦听FlowRemoved报文；如果侦听到FlowRemoved报文，则利用FlowRemoved报文基于被动测量的方式计算链路利用率I_T_LinkUtil，跳转至步骤S4；如果未侦听到FlowRemoved报文，则利用FlowStatistics-Request报文基于主动测量的方式计算链路利用率I_T_LinkUtil，跳转至步骤S5；S4：基于被动测量方式收集数据流的统计信息Flow-Statistics，侦听FlowRemoved报文；假设在2μ时间窗口内首次侦听到FlowRemoved报文的时刻为ζ，记录ζ时刻活跃的所有数据流I_T_ActiveFlow，并将其数量记录到I_T_ActiveNum；由Flow-Statistics提取及规则化模块依次侦听各活跃数据流所对应的FlowRemoved报文；S5：基于主动测量方式收集数据流的统计信息Flow-Statistics，向交换机发送FlowStatistics-Request报文；记录周期点t+μ时刻活跃的所有数据流I_T_ActiveFlow，并将其数量记录到I_T_ActiveNum；向交换机发送FlowStatistics-Request报文，交换机响应并返回FlowStatistics-Response报文，并由Flow-Statistics提取及规则化模块侦听此报文；S6：从FlowRemoved报文或FlowStatistics-Response报文中提取数据流统计信息FlowStatistics，记录到I_T_F_Statistics[]；S7：依次计算I_T_F_Statistics[]中各数据流对链路利用率的贡献率，记录到I_T_F_LinkUtil[]，并判断能否计算最终的链路利用率I_T_LinkUtil；S8：将I_T_F_LinkUtil[]各成员变量相加，计算得到interface接口在周期点对应的链路利用率I_T_LinkUtil，并记录到该interface接口对应的链路利用率集合I_LinkUtil[]；S9：计算本次与前一次链路利用率的变化量ΔLinkUtil，并依据I_T_ActiveNum和ΔLinkUtil调整Flow-Statistics的查询周期T。作为本专利技术方法的进一步改进：所述步骤S1包括：1.1数据流信息描述如下：I_T_ActiveFlow＝{interface,time,AF_list}为interface接口time时刻的活跃数据流集合，I_T_F_Statistics[]＝{interface,time,flow,statistics}为interface接口time时刻数据流flow的统计信息，I_T_ActiveNum＝{interface,time,num}为interface接口time时刻活跃数据流的数目；1.2数据流统计信息Flow-Statistics收集时的各参数描述如下，T为Flow-Statistics的查询周期；(t-μ,t+μ)为周期点t侦听FlowRemoved报文的时间窗口；ζ为2μ时间窗口内侦听到FlowRemoved报文的时刻；W为链路利用率计算的最长等待时间；1.3数据流统计信息Flow-Statistics查询周期调整时的各参数描述如下，α为增大Flow-Statistics收集周期的乘参数；β为减小Flow-Statistics收集周期的除参数；NFmax为设定的链路所能承载数据流数目的门限值参数；Δmax为链路利用率变化的上限值参数；Δmin为链路利用率变化的下限值参数；1.4网络链路利用率参数描述如下，I_LinkUtil[]为interface接口对应的链路利用率集合；I本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自适应低代价SDN网络链路利用率测量方法，其特征在于，步骤为：S1：定义SDN网络链路利用率测量相关的参数；S2：根据测量目标，依次初始化参数；假设Flow‑Statistics的查询周期点为t；S3：在t周期点的2μ时间窗口内侦听FlowRemoved报文；如果侦听到FlowRemoved报文，则利用FlowRemoved报文基于被动测量的方式计算链路利用率I_T_LinkUtil，跳转至步骤S4；如果未侦听到FlowRemoved报文，则利用FlowStatistics‑Request报文基于主动测量的方式计算链路利用率I_T_LinkUtil，跳转至步骤S5；S4：基于被动测量方式收集数据流的统计信息Flow‑Statistics，侦听FlowRemoved报文；假设在2μ时间窗口内首次侦听到FlowRemoved报文的时刻为ζ，记录ζ时刻活跃的所有数据流I_T_ActiveFlow，并将其数量记录到I_T_ActiveNum；由Flow‑Statistics提取及规则化模块依次侦听各活跃数据流所对应的FlowRemoved报文；S5：基于主动测量方式收集数据流的统计信息Flow‑Statistics，向交换机发送FlowStatistics‑Request报文；记录周期点t+μ时刻活跃的所有数据流I_T_ActiveFlow，并将其数量记录到I_T_ActiveNum；向交换机发送FlowStatistics‑Request报文，交换机响应并返回FlowStatistics‑Response报文，并由Flow‑Statistics提取及规则化模块侦听此报文；S6：从FlowRemoved报文或FlowStatistics‑Response报文中提取数据流统计信息FlowStatistics，记录到I_T_F_Statistics[]；S7：依次计算I_T_F_Statistics[]中各数据流对链路利用率的贡献率，记录到I_T_F_LinkUtil[]，并判断能否计算最终的链路利用率I_T_LinkUtil；S8：将I_T_F_LinkUtil[]各成员变量相加，计算得到interface接口在周期点对应的链路利用率I_T_LinkUtil，并记录到该interface接口对应的链路利用率集合I_LinkUtil[]；S9：计算本次与前一次链路利用率的变化量ΔLinkUtil，并依据I_T_ActiveNum和ΔLinkUtil调整Flow‑Statistics的查询周期T。...

【技术特征摘要】
1.一种自适应低代价SDN网络链路利用率测量方法，其特征在于，步骤为：S1：定义SDN网络链路利用率测量相关的参数；S2：根据测量目标，依次初始化参数；假设Flow-Statistics的查询周期点为t；S3：在t周期点的2μ时间窗口内侦听FlowRemoved报文；如果侦听到FlowRemoved报文，则利用FlowRemoved报文基于被动测量的方式计算链路利用率I_T_LinkUtil，跳转至步骤S4；如果未侦听到FlowRemoved报文，则利用FlowStatistics-Request报文基于主动测量的方式计算链路利用率I_T_LinkUtil，跳转至步骤S5；S4：基于被动测量方式收集数据流的统计信息Flow-Statistics，侦听FlowRemoved报文；假设在2μ时间窗口内首次侦听到FlowRemoved报文的时刻为ζ，记录ζ时刻活跃的所有数据流I_T_ActiveFlow，并将其数量记录到I_T_ActiveNum；由Flow-Statistics提取及规则化模块依次侦听各活跃数据流所对应的FlowRemoved报文；S5：基于主动测量方式收集数据流的统计信息Flow-Statistics，向交换机发送FlowStatistics-Request报文；记录周期点t+μ时刻活跃的所有数据流I_T_ActiveFlow，并将其数量记录到I_T_ActiveNum；向交换机发送FlowStatistics-Request报文，交换机响应并返回FlowStatistics-Response报文，并由Flow-Statistics提取及规则化模块侦听此报文；S6：从FlowRemoved报文或FlowStatistics-Response报文中提取数据流统计信息FlowStatistics，记录到I_T_F_Statistics[]；S7：依次计算I_T_F_Statistics[]中各数据流对链路利用率的贡献率，记录到I_T_F_LinkUtil[]，并判断能否计算最终的链路利用率I_T_LinkUtil；S8：将I_T_F_LinkUtil[]各成员变量相加，计算得到interface接口在周期点对应的链路利用率I_T_LinkUtil，并记录到该interface接口对应的链路利用率集合I_LinkUtil[]；S9：计算本次与前一次链路利用率的变化量ΔLinkUtil，并依据I_T_ActiveNum和ΔLinkUtil调整Flow-Statistics的查询周期T。2.根据权利要求1所述的自适应低代价SDN网络链路利用率测量方法，其特征在于，所述步骤S1包括：1.1数据流信息描述如下：I_T_ActiveFlow＝{interface,time,AF_list}为interface接口time时刻的活跃数据流集合，I_T_F_Statistics[]＝{interface,time,flow,statistics}为interface接口time时刻数据流flow的统计信息，I_T_ActiveNum＝{interface,time,num}为interface接口time时刻活跃数据流的数目；1.2数据流统计信息Flow-Statistics收集时的各参数描述如下，T为Flow-Statistics的查询周期；(t-μ,t+μ)为周期点t侦听FlowRemoved报文的时间窗口；ζ为2μ时间窗口内侦听到FlowRemoved报文的时刻；W为链路利用率计算的最长等待时间；1.3数据流统计信息Flow-Statistics查询周期调整时的各参数描述如下，α为增大Flow-Statistics收集周期的乘参数；β为减小Flow-Statistics收集周期的除参数；NFmax为设定的链路所能承载数据流数目的门限值参数；Δmax为链路利用率变化的上限值参数；Δmin为链路利用率变化的下限值参数；1.4网络链路利用率参数描述如下，I_LinkUtil[]为interface接口对应的链路利用率集合；I_T_LinkUtil为interface接口time时刻对应的链路利用率；I_T_F_LinkUtil[]为各数据流对链路利用率I_T_LinkUtil的贡献率集合；ΔLinkUtil为链路利用率的变化。3.根据权利要求1所述的自适应低代价SDN网络链路利用率测量方法，其特征在于，所述步骤S4的流程为：S4.1：在周期点的2μ窗口(t-μ,t+μ)内，侦听到FlowRemoved报文，假设具体时刻为ζ；S4.2：查看ζ时刻目标链路活跃的数据流，并初始化I_T_ActiveFlow和I_T_ActiveNum；S4.3：依次侦听所有活跃数据流对应的FlowRemoved报文，并从中解析出数据流的统计信息Flow-Statistics，记录至I_T_F_Statistics[]。4.根据权利要求1所述的自适应低代价SDN网络链路利用率测量方法，其特征在于，所述步骤S5的流程为：S5.1：在周期点的2μ窗口(t-μ,t+μ)内，Flow-Sta...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈琳，王斌峰，廖纯，
申请(专利权)人：湖南省起航嘉泰网络科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43