一种在软件定义网络中动态调整控制器负载的方法
【专利摘要】本发明涉及一种在软件定义网络中动态调整控制器负载的方法。软件定义网络由多个域与一个负载均衡器组成，所述域由多个交换机与一个控制器组成，该方法包括如下步骤，首先每个控制器响应对应域内交换机的流建立请求，并进行负载更新和流量更新；其次，负载均衡器从所述控制器中获取各个域的负载信息和流量信息，构建全网负载信息和流量信息，并将所述全网负载信息和流量信息作为调整交换机归属域的输入；再而，负载均衡器根据负载信息和流量信息以平衡各个控制器的负载和以减少跨域流为目的的调整交换机归属域；最后，负载均衡器将步骤S3的交换机归属域变更信息发送给相应控制器。本发明不仅可以达到控制器的负载均衡，还可以减少跨域流的产生。
【专利说明】一种在软件定义网络中动态调整控制器负载的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种在软件定义网络中动态调整控制器负载的方法。
【背景技术】
[0002] 随着网络规模的快速扩展，因特网的结构和功能变得越来越复杂。在传统互联网 中，控制逻辑和数据转发紧密地耦合在网络设备中。网络管理逐渐被削弱并缺乏弹性。近年 来，关于控制平面与数据转发平面的分离的研究层出不断，Nick于2008年提出了 OpenFlow 和软件定义网络（SDN)的概念。SDN作为一个提供可编程的逻辑集中接口来部署和扩展网 络的新范式出现在人们眼前。通过对交换硬件转发状态的直接控制，SDN提供给网络管理 员一个动态配置和管理大型网络(如数据中心、云平台、企业网络）的强大能力。SDN已经部 署在谷歌数据中心和一些企业网络。
[0003] 对比传统网络，SDN将控制从硬件底层剥离出来，使硬件底层变简单，根据上层控 制器的指示进行转发。同时使网络的配置与管理变得更加灵敏、方便。但在SDN单一控制 器的原始架构下网络的规模性受到了大大的限制。对于数据中心网络以及广域网等大型网 络，单一控制器架构显然无法胜任。具体原因有二：（1)单一控制器架构下，在大规模的网 络中不可能都可以为控制器找到一个合适的地理位置，使得所有的交换机和控制器之间的 延时都可以接受；（2)单一架构控制器下，根据现在的硬件设备处理能力，控制器无法处理 整个大规模网络中交换机发过来的流请求。
[0004] 针对单一控制器平台架构的限制，最近的研究提出了多控制器与多域的概念。然 而，这种逻辑上集中，物理上分布的控制平台如何进行域的划分以及控制器的放置成为了 一个新的问题。一些研究工作中提出了在多控制器与多域的情况下对域的划分和控制器的 摆放进行动态调整以达到控制器与交换机之间的通讯代价最小。这些研究在对域的划分 仅仅考虑到了控制器与交换机之间的通信代价，并没有考虑跨域流及控制器的负载均衡问 题，本发明正是基于此提出一种在软件定义网络（SDN)中的控制器负载动态调整方法。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于针对软件定义网络（SDN)中控制器负载均衡问题，提供一种在 软件定义网络中动态调整控制器负载的方法。
[0006] 为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种在软件定义网络中动态调整控制器 负载的方法，该软件定义网络由多个域与一个负载均衡器组成，所述域由多个交换机与一 个控制器组成，包括如下步骤， 步骤S1 :每个控制器响应对应域内交换机的流建立请求，并进行负载更新和流量更 新； 步骤S2 :负载均衡器从所述控制器中获取各个域的负载信息和流量信息，构建全网负 载信息和流量信息，并将所述全网负载信息和流量信息作为调整交换机归属域的输入； 步骤S3 :负载均衡器根据负载信息和流量信息以平衡各个控制器的负载和以减少跨 域流为目的的调整交换机归属域； 步骤S4 :负载均衡器将步骤S3的交换机归属域变更信息发送给相应控制器； 步骤S5 :各个控制器根据交换机归属域变更信息进行相应交换机控制权的转移。
[0007] 在本发明实施例中，在所述步骤S1中，所述控制器在响应对应域内交换机的流建 立请求后，将该交换机的权重加1，将新的流经过的每一条链路的权重加1，其中，交换机的 权重代表负载，链路的权重代表流量。
[0008] 在本发明实施例中，在所述步骤S3中，所述调整交换机归属域的方法为： 步骤S31 :通过负载均衡器随机遍历每个交换机，判断是否进行交换机转移； 步骤S32 :若存在一个新归属域，且满足交换机从原归属域转移到新归属域后，负载差 比例保持在3%且跨域流减少幅度最大，则对交换机进行转移；若不满足，则执行步骤S33 ; 步骤S33 :若满足交换机从原归属域转移到新归属域后，两个域的负载差缩小且跨域 流不增加，则交换机进行转移；若不满足，则不进行交换机转移； 其中，跨域流即横跨两个域的流量，域的负载指域内所有交换机的负载总和。
[0009] 在本发明实施例中，所述负载均衡器需要对交换机进行5次的随机遍历处理。
[0010] 在本发明实施例中，在所述步骤S4中，所述交换机归属域变更信息是以列表的形 式来发送。
[0011] 在本发明实施例中，在所述步骤S4中，所述相应控制器指的是释放控制器和接管 控制器，其中，释放控制器指管控交换机原归属域的控制器，接管控制器指管控交换机新归 属域的控制器。
[0012] 在本发明实施例中，在所述步骤S5中，交换机控制权的转移是通过释放控制器与 接管控制器的通信协作来完成的，即利用控制器与交换机之间的通信协议完成交换机控制 器从释放控制器到接管控制器的无缝转移。
[0013] 相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明针对软件定义网络（SDN)中 控制器负载均衡问题，提供一种在软件定义网络（SDN)动态调整控制器负载的方法，该方法 不仅可以达到控制器的负载均衡，还可以减少跨域流的产生。
【专利附图】
【附图说明】
[0014] 图1是本发明软件定义网络体系结构示意图。
【具体实施方式】
[0015] 下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。
[0016] 本发明一种在软件定义网络中动态调整控制器负载的方法，该软件定义网络由多 个域与一个负载均衡器组成，所述域由多个交换机与一个控制器组成，包括如下步骤， 步骤S1 :每个控制器响应对应域内交换机的流建立请求，并进行负载更新和流量更 新； 所述控制器在响应对应域内交换机的流建立请求后，将该交换机的权重加1，将新的流 经过的每一条链路的权重加1，其中，交换机的权重代表负载，链路的权重代表流量； 步骤S2 :负载均衡器从所述控制器中获取各个域的负载信息和流量信息，构建全网负 载信息和流量信息，并将所述全网负载信息和流量信息作为调整交换机归属域的输入； 步骤S3 :负载均衡器根据负载信息和流量信息以平衡各个控制器的负载和以减少跨 域流为目的的调整交换机归属域； 在所述步骤S3中，所述调整交换机归属域的方法为： 步骤S31 :通过负载均衡器随机遍历每个交换机，判断是否进行交换机转移； 步骤S32 :若存在一个新归属域，且满足交换机从原归属域转移到新归属域后，负载差 比例保持在3%且跨域流减少幅度最大，则对交换机进行转移；若不满足，则执行步骤S33 ; 步骤S33 :若满足交换机从原归属域转移到新归属域后，两个域的负载差缩小且跨域 流不增加，则交换机进行转移；若不满足，则不进行交换机转移； 其中，跨域流即横跨两个域的流量，域的负载指域内所有交换机的负载总和，所述负载 均衡器需要对交换机进行5次的随机遍历处理； 步骤S4 :负载均衡器将步骤S3的交换机归属域变更信息发送给相应控制器； 所述交换机归属域变更信息是以列表的形式来发送；所述相应控制器指的是释放控制 器和接管控制器，其中，释放控制器指管控交换机原归属域的控制器，接管控制器指管控交 换机新归属域的控制器； 步骤S5 :各个控制器根据交换机归属域变更信息进行相应交换机控制权的转移； 所述交换机控制权的转移是通过释放控制器与接管控制器的通信协作来完成的，即利 用控制器与交换机之间的通信协议完成交换机控制器从释放控制器到接管控制器的无缝 转移。
[0017] 以下为本发明的具体实施例。
[0018] 图1是软件定义网络的体系结构，它采用分布式分层管理的模型。在该体系结构 中，多个交换机组成一个域，每个域由一个控制器负责管理，全网由多个域组成，由负载均 衡器负责域的划分。
[0019] 分层的角度来说，模型分为三层，所有的交换机组成数据转发层，所有控制器组成 控制层，负载均衡器构成域划分决策层。控制层负责记录数据转发成的负载信息和流量信 息并提供给域划分决策层，域划分决策层负责根据负载信息和流量信息对控制层下发域的 划分微调命令，数据转发层配合控制层完成于的划分微调，完成控制器负载的动态调整。
[0020] 表1、表2、表3分别为本实施例各相关列表，其中，表1为负载信息表，即交换机权 重列表；表2为流量信息表，即链路权重列表；表3为交换机归属域变更信息表，各表具体 如下： 表1资载信息表
【权利要求】
1. 一种在软件定义网络中动态调整控制器负载的方法，该软件定义网络由多个域与一 个负载均衡器组成，所述域由多个交换机与一个控制器组成，其特征在于：包括如下步骤， 步骤S1 :每个控制器响应对应域内交换机的流建立请求，并进行负载更新和流量更 新； 步骤S2 :负载均衡器从所述控制器中获取各个域的负载信息和流量信息，构建全网负 载信息和流量信息，并将所述全网负载信息和流量信息作为调整交换机归属域的输入； 步骤S3 :负载均衡器根据负载信息和流量信息以平衡各个控制器的负载和以减少跨 域流为目的的调整交换机归属域； 步骤S4 :负载均衡器将步骤S3的交换机归属域变更信息发送给相应控制器； 步骤S5 :各个控制器根据交换机归属域变更信息进行相应交换机控制权的转移。
2. 根据权利要求1所述的一种在软件定义网络中动态调整控制器负载的方法，其特征 在于：在所述步骤S1中，所述控制器在响应对应域内交换机的流建立请求后，将该交换机 的权重加1，将新的流经过的每一条链路的权重加1，其中，交换机的权重代表负载，链路的 权重代表流量。
3. 根据权利要求1所述的一种在软件定义网络中动态调整控制器负载的方法，其特征 在于：在所述步骤S3中，所述调整交换机归属域的方法为： 步骤S31 :通过负载均衡器随机遍历每个交换机，判断是否进行交换机转移； 步骤S32 :若存在一个新归属域，且满足交换机从原归属域转移到新归属域后，负载差 比例保持在3%且跨域流减少幅度最大，则对交换机进行转移；若不满足，则执行步骤S33 ; 步骤S33 :若满足交换机从原归属域转移到新归属域后，两个域的负载差缩小且跨域 流不增加，则交换机进行转移；若不满足，则不进行交换机转移； 其中，跨域流即横跨两个域的流量，域的负载指域内所有交换机的负载总和。
4. 根据权利要求3所述的一种在软件定义网络中动态调整控制器负载的方法，其特征 在于：所述负载均衡器需要对交换机进行5次的随机遍历处理。
5. 根据权利要求1所述的一种在软件定义网络中动态调整控制器负载的方法，其特征 在于：在所述步骤S4中，所述交换机归属域变更信息是以列表的形式来发送。
6. 根据权利要求3或4所述的一种在软件定义网络中动态调整控制器负载的方法，其 特征在于：在所述步骤S4中，所述相应控制器指的是释放控制器和接管控制器，其中，释放 控制器指管控交换机原归属域的控制器，接管控制器指管控交换机新归属域的控制器。
7. 根据权利要求6所述的一种在软件定义网络中动态调整控制器负载的方法，其特征 在于：在所述步骤S5中，交换机控制权的转移是通过释放控制器与接管控制器的通信协作 来完成的，即利用控制器与交换机之间的通信协议完成交换机控制器从释放控制器到接管 控制器的无缝转移。
【文档编号】H04L12/803GK104065585SQ201410337578
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年7月16日 优先权日:2014年7月16日
【发明者】张栋, 林清祥, 余春艳, 郭俊杰, 胡奔菲 申请人:福州大学