[发明专利]一种基于众源的边缘负载均衡方法和系统

说明书

本发明公开了一种基于众源的边缘负载均衡方法，包括：将数据包往返时间转换为对应的路径拥塞值；由中心节点汇聚得到所属leaf交换机下所有主机接收到的每个路径对应的拥塞值；中心节点根据汇聚结果周期性发送探测包主动进行路径探测，获取所属leaf交换机对应的全局拥塞信息；根据获取的全局拥塞信息选取探测情况最优的路径作为下一次路由的路径。本发明既能够部署在端上不需要对网络中交换机进行修改，克服在端上部署能见度有限，所获取的信息有限的局限性；又能应对数据中心网络的动态变化所带来的复杂的网络状态，并对网络进行实时的监控。

技术领域

本发明涉及数据中心网络通信技术领域，具体而言涉及一种基于众源的边缘负载均衡方法和系统。

背景技术

随着网络中应用对流量需求的增加，例如大数据分析、网络服务和云存储.数据中心网络依赖于端点对之间的多条路径来提供大的对分带宽，以实现网络负载均衡。

在数据中心网络中，一个好的负载均衡方案是会在端点对之间的多条路径上合理的分配流量，这对于网络性能的提升至关重要。但是现在数据中心中大多数使用的还是ECMP，根据流的五元组进行hash随机选路。因为ECMP机制简单从而被广泛部署，但是会带来hash冲突和带宽浪费等众所周知的问题。并且现在的数据中心网络中网络状况越来越复杂，例如：

(1)数据中心流量的动态变化。根据以往的研究表明，数据中心的流量时刻发生着动态的变化。当一些高发送速率流开始的时候，拥塞产生，当这些流结束时，拥塞也会随之结束。这说明拥塞的产生不确定，而负载均衡机制必须能应对流量的动态变化。而之前的负载均衡方案如CLOVE-ECN，是被动的应对拥塞，当拥塞已经产生时才对路径权重进行调整。被动应对带来的后果是无法及时的处理拥塞，可能发生拥塞已经结束之后才采取应对措施，无法应对数据中心网络中流量的快速动态的变化。

(2)网络拓扑不对称。产生不对称拓扑的原因有很多，例如链路损坏，异构的交换机(链路带宽不同，端口数目不同)。不对称是在数据中心中常见且不可避免的问题。这就导致端点对之间的多条路径带宽可能不同。在对称拓扑中只需要将流量均匀地分配个各个路径就好了。例如Presto，提出的flowcell，就是将流切分成大小相同的数据块flowcell(64KB)，用轮询的方式均匀的将flowcell分发给各个路径。这种方式在对称拓扑中可以达到不错的效果。但是在不对称拓扑中，由于不同路径之间的带宽可能不同，再一味的均匀分发会导致拥塞和带宽的浪费。Letflow虽然采用的是flowlet不等长的切分单位，但是没有采用积极主动的用对策略，拥塞产生之后被动调整。在不对称拓扑中，会产生反应迟缓，收敛速度慢等问题。

虽然人们提出了很多负载均衡解决方案，但是仍存在很多问题。有些方案需要特定的交换机芯片或者修改交换机，例如letflow，drill，CONGA。而数据中心网络发展的趋势是删减那些不必要的路由/交换功能.利用标准服务器提供网络优化，主机网卡智能化，从而使得主机有能力参与数据中心中的路由建设和负载均衡的决策。为了支撑应用和数据的大规模扩展，下一代数据中心需要一个新的标准化的、简化的网络。将复杂的网络功能转移到网络的边缘，核心网络交换机只留下转发的基本功能，本质上是交换机和代理执行简单的静态路由策略，即一个简单的由智能边控制的网络。

也有部分负载均衡方法部署在端上，例如CLOVE。然而，虽然CLOVE部署在端上，但是对拥塞感知能力有限，对路径的拥塞情况更新慢，不能迅速准确的反应路径的拥塞情况。Hermes通过主动的拥塞探测的策略和谨慎的路由选择方式，可以在较短时间对拥塞做出反应，但是因为每个主机只根据到达当前主机的数据包的信息来选择路径，得到的是局部的路径拥塞信息，拥塞信息范围有限，根据局部路径拥塞信息做出的路由选择具有局限性。也就是说，部署在端上的接收到的路径拥塞信息有限，根据有限的信息做出的负载均衡决策会出现偏差。端上只能获得到达单个主机上的数据包信息，无法获取全局信息，在有限的信息上做出的决定有误差。例如，hermes只根据到达单个主机的数据包的RTT和ECN，和超时重传等事件来判断路径情况，重复发送探测包造成带宽浪费。