一种互联网流量调度方法和系统与流程

1.本发明涉及流量调度技术领域，尤其涉及一种互联网流量调度方法和系统。


背景技术：

2.流量，在规定期间内通过一指定点的车辆或行人数量，在网络指在一定时间内打开网站地址的人气访问量，或者是手机移动数据的通俗意思。
3.目前市场上已有的互联网调度操作的过程中，有时会将sdn引入到ip骨干网中，将sdn引入到ip骨干网中，由于sdn自身的特性的原因，容易导致控制器与交换机的交互压力成为性能瓶颈，导致性能较低。
4.为此，我们提出一种互联网流量调度方法和系统。


技术实现要素：

5.本发明主要是解决上述现有技术所存在的技术问题，提供一种互联网流量调度方法和系统。
6.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案，一种互联网流量调度方法，包括以下步骤：
7.第一步：开始准备工作；
8.第二步：数据处理并存储；
9.第三步：判断链路是否堵塞；
10.第四步：流量初次汇聚流聚合；
11.第五步：流量二次聚流调换；
12.第六步：流量调度调整；
13.第七步：流量调度完成。
14.作为优选，所述第一步中从数据库中获取历史汇聚流的路由，即在过去已经有一组全网汇聚流路由方案，记录了汇聚流的范围以及路径；通过汇聚流路径与数据库中记录的所有备选路比对，找到对应的标签tid，将汇聚流表项下发到对应的入口交换机上；同理根据获取骨干网入口表来判断汇聚流表项是否成功安装；当所有交换机的骨干网入口表和骨干网转发表都安装完成，则准备工作完成。
15.作为优选，所述第二步中流量调度应用的任务调度模块周期性执行网络信息获取，通过调用控制器的信息获取模块，由底层设备将统计信息上报给控制器的信息获取模块，并处理完获取数据后，将其上报流量调度应用，写入数据库。
16.作为优选，所述第三步中流量调度模块得到此次链路占用带宽后，通过算法触发功能判断当前网络是否存在拥塞链路，若不存在则执行第四步，否则执行第六步。
17.作为优选，所述第四步中根据最新获得的汇聚流流量需求信息执行汇聚流聚合算法，得到一组聚合表项信息；执行汇聚流拆分算法，若当前交换机的表项容量，能够满足拆分算法增长的表项数量，则得到一组拆分表项信息，完成此次调整，否则执行第五步。
18.作为优选，所述第五步中执行汇聚流调换算法，通过该算法能够减少汇聚流数量，则再次执行汇聚流拆分算法；此次不管表项容量是否满足拆分算法新增的表项，都将汇聚流调换的表项信息转换为下发规则表项，通过控制器的下发规则表项模块完成流表的更新，完成此次汇聚流粒度调整，结束此次周期行动。
19.作为优选，所述第六步中由于当前网络有拥塞路径，则执行流量调度算法，若能够找到一种调度方案，则执行第七步，否则执行第四步。
20.作为优选，所述第七步中将调度方案转换为更新表项，通过控制器的下发规则表项模块完成流表更新，完成此次流量调度，结束此次周期行动。
21.一种互联网流量调度系统，包括互联网流量调度系统，所述互联网流量调度系统包括流量调度应用，北向接口，控制器，南向接口openflow协议和网络基础设施；
22.所述流量调度应用包括任务调度模块，数据库，网络安全标签管理模块，表项粒度调整模块和流量调度算法模块；
23.所述控制器包括拓扑信息发现模块，信息获取模块和表项下发模块。
24.作为优选，所述流量调度应用的输出端与北向接口的输入端电性连接在一起，所述北向接口的输出端与控制器的输入端电性连接在一起，所述控制器的输出端与南向接口openflow协议的输入端电性连接在一起，所述南向接口openflow协议的输出端与网络基础设施的输入端电性连接在一起，所述网络基础设施与流量调度应用相互配合工作；
25.所述任务调度模块的输出端与网络标签管理模块的输入端电性连接在一起，所述任务调度模块的输出端与表项粒度调整模块的输入端电性连接在一起，所述任务调度模块的输出端与流量调度算法模块的输入端电性连接在一起，所述数据库的输出端与网络标签管理模块的输入端电性连接在一起，所述数据库的输出端与表项粒度调整模块的输入端电性连接在一起，所述数据库的输出端与流量调度算法模块的输入端电性连接在一起；
26.所述拓扑信息发现模块的输出端与信息获取模块的输入端电性连接在一起，所述信息获取模块的输出端与表项规则下发模块的输入端电性连接在一起。
27.有益效果
28.本发明提供了一种互联网流量调度方法和系统。具备以下有益效果：
29.(1)、该一种互联网流量调度方法和系统，通过在原sdn交换机匹配表项中，默认每条业务流会存在一个表项完成寻路匹配，这样导致每条新的业务流到达交换机，都需要触发packetin请求控制器进行路由计算。这种按需分配流表的方式不适合大规模的固定ip范围的骨干网，通过将全网ip地址表项信息存放到交换机上，并通过前缀匹配的方式减少表项的数量，这样业务流到达交换机根据前缀掩码表项匹配转发，减少控制器与交换机南向接口之间的信息交互，达到了提高该系统的流量调度性能的效果。
30.(2)、该一种互联网流量调度方法和系统，通过采用openflow协议本身提供的信息获取功能。交换机中表项有counter字段，该字段是指数据包匹配到该表项的总字节数。在交换机中，通过统计一段时间匹配到表项的字节数，再除以统计时间，就可以得到在该段时间匹配到该表项的带宽。
31.(3)、该一种互联网流量调度方法和系统，通过使用一个全局唯一标签表示一条特定的路径，称为路径标识。汇聚流在进入骨干网时添加标签头，在骨干网中以标签进行匹配转发，屏蔽了汇聚流源目的信息，实现以标签表示路由对象进行转发。这样当汇聚流需重路
由时，只需要改变数据包在入口交换机添加标签，即可以实现汇聚流的迁移，在转发节点中已经存在着对应标签的转发行为，不需要改变骨干网中的其他表项。实现只需要改变一个交换机的表项，能够巧妙避开由于交换机位置的不同，同一条路由表项在交换机安装时间不一致的问题。路径标识的匹配表项也是预先下发到底层网络中，与前缀掩码表项的关系是通过前缀掩码匹配到对应表项后，添加设定的路径标识，而路径标识用于后续骨干网转发的匹配项。
32.(4)、该一种互联网流量调度方法和系统，通过以汇聚流为单位来避免业务流过多，导致表项容量不足的情况。在汇聚流信息采集机制中，每个表项表示一条特定汇聚流，汇聚流的源目的p地址范围就是表项匹配的源目的ip地址范围。在分类非重叠表项设计中，表项由两部分组成，一个是骨干网入口表项，由汇聚流数目决定，另一个是骨干网转发表项，由骨干网中路由经过该交换机的数量决定。每个交换机表项数量主要受骨干网入口表项数量的影响，汇聚流的粒度直接影响骨干网入口表项数量，若汇聚流粒度太细，需要更多的汇聚流来表示原汇聚流，则导致表项容量不够，增加流量调度算法的调度对象，增加了其复杂度。同时，由于流量调度是以汇聚流为单位进行，若汇聚流粒度太粗，表现为该汇聚流流量需求过大，容易出现汇聚流无法找到合适路由的问题。
33.(5)、该一种互联网流量调度方法和系统，通过要求流量调度算法的执行效率要高，需要在秒级单位做出决策；拥塞链路上要实现负载均衡，防止由于流量抖动而造成未来的多次拥塞；在线调度流量时，若同时调整大量的汇聚流，会导致控制器与交换机交互的信息急剧增加，并且同时调整大量汇聚流容易造成网络不稳定。通过从提高算法执行效率，减少汇聚流迁移数，提高网络链路负载均衡程度这三个性能进行优化，设计了流量调度算法，具体算法于第四章介绍，对应于架构中的流量调度算法模块。通过设计流量调度，实现当出现链路拥塞，执行流量调度算法，解决链路拥塞，实现链路负载均衡。
附图说明
34.为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见的，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其他的实施附图。
35.本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
36.图1为本发明互联网流量调度方法流程示意图；
37.图2为本发明互联网流量调度系统结构示意图；
38.图3为本发明流量调度应用内部结构示意图；
39.图4为本发明控制器内部结构示意图。
具体实施方式
40.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完
整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
41.实施例：一种互联网流量调度方法，如图1所示，包括以下步骤：
42.第一步：开始准备工作，从数据库中获取历史汇聚流的路由，即在过去已经有一组全网汇聚流路由方案，记录了汇聚流的范围以及路径；通过汇聚流路径与数据库中记录的所有备选路比对，找到对应的标签tid，将汇聚流表项下发到对应的入口交换机上；同理根据获取骨干网入口表来判断汇聚流表项是否成功安装；当所有交换机的骨干网入口表和骨干网转发表都安装完成，则准备工作完成；
43.第二步：数据处理并存储，流量调度应用的任务调度模块周期性执行网络信息获取，通过调用控制器的信息获取模块，由底层设备将统计信息上报给控制器的信息获取模块，并处理完获取数据后，将其上报流量调度应用，写入数据库；
44.第三步：判断链路是否堵塞，流量调度模块得到此次链路占用带宽后，通过算法触发功能判断当前网络是否存在拥塞链路，若不存在则执行第四步，否则执行第六步；
45.第四步：流量初次汇聚流聚合，根据最新获得的汇聚流流量需求信息执行汇聚流聚合算法，得到一组聚合表项信息；执行汇聚流拆分算法，若当前交换机的表项容量，能够满足拆分算法增长的表项数量，则得到一组拆分表项信息，完成此次调整，否则执行第五步；
46.第五步：流量二次聚流调换，执行汇聚流调换算法，通过该算法能够减少汇聚流数量，则再次执行汇聚流拆分算法；此次不管表项容量是否满足拆分算法新增的表项，都将汇聚流调换的表项信息转换为下发规则表项，通过控制器的下发规则表项模块完成流表的更新，完成此次汇聚流粒度调整，结束此次周期行动；
47.第六步：流量调度调整，由于当前网络有拥塞路径，则执行流量调度算法，若能够找到一种调度方案，则执行第七步，否则执行第四步；
48.第七步：流量调度完成，将调度方案转换为更新表项，通过控制器的下发规则表项模块完成流表更新，完成此次流量调度，结束此次周期行动。
49.一种互联网流量调度系统，如图2-图4所示，包括互联网流量调度系统，所述互联网流量调度系统包括流量调度应用，北向接口，控制器，南向接口openflow协议和网络基础设施。
50.所述流量调度应用包括任务调度模块，数据库，网络安全标签管理模块，表项粒度调整模块和流量调度算法模块。
51.所述控制器包括拓扑信息发现模块，信息获取模块和表项下发模块。
52.所述流量调度应用的输出端与北向接口的输入端电性连接在一起，所述北向接口的输出端与控制器的输入端电性连接在一起，所述控制器的输出端与南向接口openflow协议的输入端电性连接在一起，所述南向接口openflow协议的输出端与网络基础设施的输入端电性连接在一起，所述网络基础设施与流量调度应用相互配合工作。
53.所述任务调度模块的输出端与网络标签管理模块的输入端电性连接在一起，所述任务调度模块的输出端与表项粒度调整模块的输入端电性连接在一起，所述任务调度模块的输出端与流量调度算法模块的输入端电性连接在一起，所述数据库的输出端与网络标签
管理模块的输入端电性连接在一起，所述数据库的输出端与表项粒度调整模块的输入端电性连接在一起，所述数据库的输出端与流量调度算法模块的输入端电性连接在一起。
54.所述拓扑信息发现模块的输出端与信息获取模块的输入端电性连接在一起，所述信息获取模块的输出端与表项规则下发模块的输入端电性连接在一起。
55.本发明的工作原理：
56.本发明中，通过在原sdn交换机匹配表项中，默认每条业务流会存在一个表项完成寻路匹配，这样导致每条新的业务流到达交换机，都需要触发packetin请求控制器进行路由计算。这种按需分配流表的方式不适合大规模的固定ip范围的骨干网，通过将全网ip地址表项信息存放到交换机上，并通过前缀匹配的方式减少表项的数量，这样业务流到达交换机根据前缀掩码表项匹配转发，减少控制器与交换机南向接口之间的信息交互，提高该系统的流量调度性能。
57.本发明中，通过采用openflow协议本身提供的信息获取功能。交换机中表项有counter字段，该字段是指数据包匹配到该表项的总字节数。在交换机中，通过统计一段时间匹配到表项的字节数，再除以统计时间，就可以得到在该段时间匹配到该表项的带宽。
58.本发明中，通过使用一个全局唯一标签表示一条特定的路径，称为路径标识。汇聚流在进入骨干网时添加标签头，在骨干网中以标签进行匹配转发，屏蔽了汇聚流源目的信息，实现以标签表示路由对象进行转发。这样当汇聚流需重路由时，只需要改变数据包在入口交换机添加标签，即可以实现汇聚流的迁移，在转发节点中已经存在着对应标签的转发行为，不需要改变骨干网中的其他表项。实现只需要改变一个交换机的表项，能够巧妙避开由于交换机位置的不同，同一条路由表项在交换机安装时间不一致的问题。路径标识的匹配表项也是预先下发到底层网络中，与前缀掩码表项的关系是通过前缀掩码匹配到对应表项后，添加设定的路径标识，而路径标识用于后续骨干网转发的匹配项。
59.本发明中，通过以汇聚流为单位来避免业务流过多，导致表项容量不足的情况。在汇聚流信息采集机制中，每个表项表示一条特定汇聚流，汇聚流的源目的p地址范围就是表项匹配的源目的ip地址范围。在分类非重叠表项设计中，表项由两部分组成，一个是骨干网入口表项，由汇聚流数目决定，另一个是骨干网转发表项，由骨干网中路由经过该交换机的数量决定。每个交换机表项数量主要受骨干网入口表项数量的影响，汇聚流的粒度直接影响骨干网入口表项数量，若汇聚流粒度太细，需要更多的汇聚流来表示原汇聚流，则导致表项容量不够，增加流量调度算法的调度对象，增加了其复杂度。同时，由于流量调度是以汇聚流为单位进行，若汇聚流粒度太粗，表现为该汇聚流流量需求过大，容易出现汇聚流无法找到合适路由的问题。
60.本发明中，通过要求流量调度算法的执行效率要高，需要在秒级单位做出决策；拥塞链路上要实现负载均衡，防止由于流量抖动而造成未来的多次拥塞；在线调度流量时，若同时调整大量的汇聚流，会导致控制器与交换机交互的信息急剧增加，并且同时调整大量汇聚流容易造成网络不稳定。通过从提高算法执行效率，减少汇聚流迁移数，提高网络链路负载均衡程度这三个性能进行优化，设计了流量调度算法，具体算法于第四章介绍，对应于架构中的流量调度算法模块。通过设计流量调度，实现当出现链路拥塞，执行流量调度算法，解决链路拥塞，实现链路负载均衡。
61.以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术
人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。