[发明专利]一种软件交换机的负载均衡方法及软件交换机

说明书

本发明公开了一种软件交换机的负载均衡方法，包括如下步骤：(1)设置网络端口绑定；(2)获取网络绑定中网络端口速率；(3)根据网络端口速率以及在一定周期内数据发送量计算排序参数；(4)按照排序参数对可用网络端口进行排序；(5)处理排序结果，判断是否触发负载迁移；(6)若触发负载迁移，则根据负载的类型，选取需要迁移的负载；(7)迁移负载，更改被迁移负载所使用的网络端口。本发明还公开了一种执行上述方法的软件交换机，利用上述方法，将网络端口速率纳入到负载均衡过程中，获取网络端口速率信息并判断负载类型，同时具备迁移前负载选择机制，能够合理地进行负载均衡。

技术领域

本发明属于计算系统虚拟化网络技术领域，具体涉及一种软件交换机的负载均衡方法及软件交换机，适用于多虚拟机互联的虚拟化网络环境。

背景技术

虚拟化技术作为云计算技术的组件，应用规模不断扩大，虚拟机之间的网络规模更大，结构更加复杂，导致虚拟机网络配置越来越复杂，配置网络需要更长的时间、更加复杂的操作。虚拟机需要更加自动化、更加灵活的网络接入方式，虚拟机的网络需要可编程的控制接口，以实现网络的自动化配置，并支持访问控制、流量控制以及负载均衡等高级功能。

虚拟机网络接入可以使用内核网桥、MacVTap网桥以及软件交换机等方式。其中，内核网桥不支持可编程配置接口，功能简单，仅支持基本的二层交换功能，不适用于日益复杂的虚拟网络环境，因此使用较少。MacVTap网桥支持将虚拟机之间的流量卸载到外部交换机中，可以让各种流量统一使用现有的网络设备，实现各种流量的统一管理，但其实现流量转发的网络设备是基于硬件的，更新迭代速度缓慢，升级成本高，无法快速支持新的网络特性，也无法快速修补安全漏洞。

软件交换机可以根据需求快速迭代升级，升级成本低，有利于新技术的快速部署，可以使用OpenFlow协议进行动态配置，可以为虚拟化管理软件提供可干预的I/O模型，使虚拟化管理软件更好地控制虚拟机的网络连接，可以实现访问控制、流量控制以及负载均衡等高级网络功能，故而广泛应用于虚拟化场景以及云计算场景中。

软件交换机可以分为内核态软件交换机和用户态软件交换机两种；内核态软件交换机的转发组件运行在内核态，可以利用内核态已经实现的TCP/IP协议栈，并利用网络设备的内核态驱动从DMA区域中读取数据包，进行I/O操作。用户态软件交换机使用用户态网卡驱动程序和用户态的自定义网络协议栈，目的是减少内核态和用户态之间的数据包拷贝开销，提升数据包转发性能。

现有的软件交换机通常将至少两个物理网络端口绑定在一起，形成一个绑定(bond)，以灵活高效地利用网卡资源。网络端口绑定有多种模式，其中热备份模式(activebackup)主要使用一个网络端口，其他网络端口作为热备份，当监测到主要使用的网络端口失效时，它立即切换到热备份的网络端口，保证了连接的可用性；流量均衡模式(loadbalance)在绑定的多个网络端口之间动态分配流量防止网络端口之间流量不均，可以充分利用网卡资源。此外，部分软件交换机还支持基于IEEE 802.3ad标准的链路层汇聚协议(Link Aggregation Control Protocol，LACP)，该协议支持交换机之间动态协商汇聚的端口，可以实现更高的可用性以及负载均衡功能，其缺点主要在于该协议要求链路两端的交换机均支持LACP功能，对于虚拟化网络环境而言，虚拟机往往跨局域网部署，不同局域网之间网络设备不同，难以保证连接的每一段都开启LACP协议，因此其应用受到了限制。

由于半导体技术的不断发展，网络处理芯片的数据包处理能力越来越强，网卡的规格越来越多，不同规格的网卡具有不同的发送速率，例如100Gbps网卡、40Gbps网卡、10Gbps网卡以及1Gbps网卡等，每张网卡可能具备单端口、双端口以及四端口等。为提升性能和可靠性，一台服务器上可能存在多张相同规格或不同规格的网卡。