基于软件定义网络的高性能负载均衡系统与方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于软件定义网络的高性能负载均衡系统，主要解决现有数据中心网络核心层中负载不均、链路拥塞的问题。其包括Fat‑Tree底层网络和SDN控制器，该Fat‑Tree底层网络部署有流量抽样检测模块，DCTCP流量控制模块和基于FEC的编码传输模块，分别完成实时感知流量并区分鼠流象流，根据链路时延调整端口流量速率大小和添加冗余包降低鼠流时延的功能。该SDN控制器中增设有拓扑信息模块和象流调度模块，用于完成存储底层网络的拓扑信息，并将象流调度到具有最小路径成本的路径。本发明专利技术降低了因丢包而引起的重传延迟，解决了鼠流首尾阻塞问题，提高了象流吞吐量，可用于Fat‑Tree数据中心网络拓扑。

High Performance Load Balancing System and Method Based on Software Definition Network

【技术实现步骤摘要】
基于软件定义网络的高性能负载均衡系统与方法
本专利技术属于通信网络
，具体涉及一种高性能负载均衡系统与方法，可用于Fat-Tree数据中心网络拓扑，以实时区分鼠流与象流，实现流量负载均衡。
技术介绍
随着互联网在线业务用户量和大众接入带宽的快速增长，数据中心网络流量呈现迅速增长的态势。互联网业务对数据中心提出了越来越高的传输质量要求，包括大带宽、低时延、安全保障、灵活调度等。在这样的趋势下，出现了各种各样的解决方案，以OpenFlow协议为代表的软件定义网络SDN技术便是应运而生的一种新型网络交换模型，它完全颠覆了原有控制和数据转发使用同一平面的做法，采用控制平面和转发平面的分离的模式极大地简化了网络转发设备，使依据全局网络状态、灵活地制定数据转发行为成为可能，并为网络创新提供了良好的平台。随着云计算等技术的发展，大量的计算任务需要多台服务器间进行交互式工作，这促使数据中心网络内部服务器间的横向流量大大增加。同时，由于数据中心业务类型的不同，服务器节点产生的流量存在明显的大小特征差异，数据中心网络内部混合了大量的鼠流和象流。其中，鼠流是指包含数据量小，对网络时延要求较高的数据流本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于软件定义网络的高性能负载均衡系统，包括：Fat‑Tree拓扑结构(1)，包括有多个Tor交换机，用于满足数据中心扩展的需求，并根据SDN控制器下发的流表项确定转发端口，实现流量调度；SDN控制器(2)，用于获取整个网络的拓扑信息，负责所有交换机的统一集中控制，实现链路发现、拓扑管理、策略定制和表项下发操作；其特征在于：每一个Tor交换机上均部署有流量抽样检测模块(11)，在数据包发送端与接收端均部署有DCTCP流量控制模块(12)与基于FEC的编码传输模块(13)；SDN控制器(2)中设有拓扑信息模块(21)、象流调度模块(22)、OF协议模块(23)、拓扑发现模块(24)和RES...

【技术特征摘要】
1.一种基于软件定义网络的高性能负载均衡系统，包括：Fat-Tree拓扑结构(1)，包括有多个Tor交换机，用于满足数据中心扩展的需求，并根据SDN控制器下发的流表项确定转发端口，实现流量调度；SDN控制器(2)，用于获取整个网络的拓扑信息，负责所有交换机的统一集中控制，实现链路发现、拓扑管理、策略定制和表项下发操作；其特征在于：每一个Tor交换机上均部署有流量抽样检测模块(11)，在数据包发送端与接收端均部署有DCTCP流量控制模块(12)与基于FEC的编码传输模块(13)；SDN控制器(2)中设有拓扑信息模块(21)、象流调度模块(22)、OF协议模块(23)、拓扑发现模块(24)和RESTAPI模块(25)；所述流量抽样检测模块(11)，用于实时感知交换机各个端口的流量速率，并根据流量速率的大小判别流量为鼠流或象流：如果流量判别为鼠流，则运行DCTCP流量控制模块(12)与基于FEC的编码传输模块(13)；如果流量判别为象流，则运行象流调度模块(13)；所述DCTCP流量控制模块(12)，用于根据链路拥塞程度动态调整端口速率限制；所述基于FEC的编码传输模块(13)，用于当链路时延超出预定值时，在编码过程中添加冗余包使丢包率下降；所述拓扑信息模块(21)，用于存储底层网络的拓扑信息；所述象流调度模块(22)，用于根据不同路径的拥塞状态，将象流调度到具有最小路径成本的路径以提高其吞吐量；所述OF协议模块(23)，用于处理来自交换机的数据包，生成流表项，处理网络事件，汇总状态信息；所述拓扑发现模块(24)，用于发送并解析LLDP报文感知拓扑状态；所述RESTAPI模块(25)，用于提供与OpenFlow的相关接口，能够查看交换机信息，添加、修改流表。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述Fat-Tree拓扑结构(1)，分为三个层次，分别为边缘层、汇聚层和核心层，该边缘层和汇聚层均设有8个Tor交换机，且边缘层的每个Tor交换机都与汇聚层的8个Tor交换机形成链路，形成一个交叉的链路网路，这种链路网络构成一个pod结构，同时每个边缘层的Tor交换机连接8个终端，构成总pod数为16的Fat-Tree数据中心网络拓扑。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述流量抽样检测模块(11)根据流量速率的大小判别流量为鼠流或象流：是根据部署于Tor交换机的网络流量采样模块对数据包每100KB进行一次采样的次数进行判别：若在500us内检测到两次或两次以上采样操作，则判定为象流，否则，判定为鼠流。4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：DCTCP流量控制模块(12)根据链路拥塞率动态调整端口速率限制，是用重传时延大的ACK包数量和接收到的ACK包之比计算出链路拥塞率，当链路拥塞率小于预定值0.6且流量判别为鼠流时，此时链路拥塞但未发生数据包丢失，交换机端口感知拥塞，并降低流量传输速率。5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：象流调度模块(22)根据不同路径的拥塞状态，将象流调度到具有最小路径成...

【专利技术属性】
技术研发人员：岳驰，顾华玺，秦梓烈，余晓杉，刘勇，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61