[发明专利]一种软件定义网络中控制平面的负载均衡方法及系统

说明书

技术领域

本发明属于软件定义网络、数据中心领域技术领域，更具体地，涉及一种软件定义网络中控制平面的负载均衡方法及系统。

背景技术

随着数据中心网络对于动态管理、动态配置、动态扩容的需求与日俱增，传统网络无法满足其需求。在此环境下，软件定义网络应运而生。软件定义网络是一种能够向数据中心运营商提供便捷管理的新型网络构架。它旨在将网络交换设备的控制逻辑与数据转发逻辑分离，通过提供统一的管理接口，使得上层控制层面能够通过简单的抽象调用来控制底层的数据平面，从而使得网络管理者能够以更加程序化的方式初始化、控制及改变数据中心网络。

限于软件定义网络的部署需要集中化的控制，其被更多应用于数据中心网络环境中。针对数据中心网络流量大的特点，仅仅单个控制器无法满足对数据中心网络流量的处理。因此软件定义网络的控制平面往往由多个控制器所组成。相较于传统网络而言，交换设备的转发逻辑不再由分布式协议所确定，转而交付给集中式的控制平面来处理并设置转发流表。因此，相较于传统网络，软件定义网络的部署引入了额外的控制平面处理延时。然而数据中心网络流量在时间和空间上往往呈现出动态变化的特点，使得多个控制器的负载并不均衡，个别控制器成为热点，无法及时响应数据平面的请求。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种软件定义网络中控制平面的负载均衡方法及系统，其目的在于均衡控制平面各个控制器负载，以减小控制平面响应时延。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种软件定义网络中控制平面的负载均衡方法，基于软件定义网络控制平面，包括如下步骤：

(1)根据网络管理者给定的测量参数将流表项下发至软件定义网络数据平面的网络转发设备，配置网络转发设备需要上传至控制平面的数据及频率；

(2)根据从数据平面所收集到的流量监控信息，获取各个网络转发设备对控制平面所产生的负载信息；以给定负载条件下各个控制平面控制器的响应时延最短为准则，确定控制平面和数据平面的最佳连接关系；根据该最佳连接关系来确定各个网络转发设备对应的主控制器。

优选地，上述的负载均衡方法，还包括如下步骤(3)，将上述最佳连接关系通过OpenFlow协议下发给数据平面的各个网络转发设备，由此减小控制平面处理时延。

优选地，上述的负载均衡方法，其测量参数包括监测数据项目和频率；若需测量的是网络转发设备向控制平面的请求数量，则将监测数据项目指定为Packet-In格式；若需测量的是网络转发设备各条流表(Flow Table)的流量，则监测数据项目中还需包括流表项；若需测量的是网络转发设备各组流表(Group Table)的流量，则监测数据项目中还需包括具体的组流表项；若所需测量的表项并不存在于网络转发设备中，则返回错误并反馈错误原因；若能够成功下发表项进行测量，则返回成功的指示信息；其中，Packet-in是OpenFlow协议中的一种数据包格式。

优选地，上述的负载均衡方法，其步骤(2)中，采用M/M/1队列模型来估算在给定的负载条件下，各个控制平面控制器的响应时延；根据稳定匹配理论通过定义数据平面转发设备与控制平面控制器之间的喜好程度关系来确定数据平面与控制平面的初始连接关系；根据合作博弈理论，以控制平面时延最小为目标来对初始连接关系进行优化，确定数据平面与控制平面的最佳连接关系；

其中，M/M/1队列模型是一种简单的单处理器排队理论模型，其请求到达数服从泊松分布，处理时间服从指数分布；稳定匹配理论是用于确定两个不相交的集合中各个元素之间的稳定匹配关系的方法，经典的稳态匹配理论采用Deferred AcceptanceAlgorithm(DAA)算法得到最终匹配关系；合作博弈理论通过定义如何衡量各个参与者的收益，从而确定最终决策达到此博弈的社会最优收益。

优选地，上述的负载均衡方法，其步骤(2)中，根据物理拓扑关系为数据平面的各转发设备配置多个控制器作为备选，据上述最佳连接关系来从备选的控制器确定各个网络转发设备对应的主控制器，由此满足容错的需求。

优选地，上述的负载均衡方法，可通过控制平面各控制器的应用程序接口将存在于数据平面各转发设备的流表表项发送给网络管理者，以便于网络管理者确定所需监测的表项。

优选地，上述的负载均衡方法，其步骤(2)包括如下子步骤：