一种基于SDN的数据中心业务服务质量保障方法技术

本发明专利技术请求保护一种基于SDN的数据中心业务服务质量保障方法，适用于数据中心的分离时延敏感型应用和带宽敏感型应用的传输网络的方法。该方法将核心层交换机和汇聚层交换机或仅仅核心层交换机(视网络拓扑结构而定)分为两部分，每部分各自处理时延敏感型应用或带宽敏感型应用，实现此两种类型应用的流量的隔离传输。与现有技术相比，一方面，本发明专利技术使不同类型的应用获得更加理想的服务质量并互不产生干扰；另一方面，本发明专利技术采用灵活的多路径转发策略提高了网络资源的利用率；此外，本发明专利技术利用SDN的优点，给用户提供了一个自定义适用于本数据中心的保障业务服务质量策略的平台，便于打造高效的数据中心，更加轻松地管理和控制网络，既能减少网络的建设成本又能降低后续的运营维护成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及数据中心网络
，具体涉及一种数据中心内部保障业务质量的方法。
技术介绍
作为云计算的核心基础设施，数据中心在近年来得到了学术界和工业界的广泛关注。而数据中心也经历了从早期的大型机、小型机、服务器、企业数据中心到云数据中心、虚拟化数据中心的演进。根据思科2015年发布的全球云指数报告，全球数据中心流量已稳稳地进入泽字节时代。而且根据它的预测，全球数据中心IP流量将会由2014年的3.4泽字节增长到2019年的10.4泽字节，平均每年25％的复合增长率。由于成本的原因，现代数据中心基于商用交换机和服务器构建，并采用Google文件系统(GFS)或Hadoop文件系统(HDFS)这样的分布式文件系统。以太网成为云数据中心网络中使用最广泛的数据传输协议，主要原因是以太网可以在服务器与交换机之间提供极具成本效益的高带宽链路。当局域网出现后，通过网络访问块存储就成为一种极具吸引力的想法。通过在标准网络(例如TCP/IP和以太网)上传输存储协议可以实现低成本的解决方案，这有时也被称作网络融合。其中，存储通信和数据通信共享同一网络。传统的企业数据中心可能有一个专用SAN(Storage Area Network，存储区域网络)，它在物理上与数据网络隔离，然而对于规模巨大的大型云数据中心而言，这是不可行的。为了应对这样的规模，数据中心管理员更倾向于部署基础性的统一构建模块，这样就很容易按容量需求的增长进行扩展。此外，由于成本的限制，他们还希望保留单个融合性数据中心网络来支持存储通信和数据通信。数据中心网络中，同时存在着大流和小流：80％的流大小不超过10KB，不到1％的流却包含了超过90％的数据流量。通常来讲，小流(如搜索引擎的查询请求等)包含的数据量小，带宽需求也相对较小，然而，其对网络延迟较为敏感。与之相反，大流(如文件备份、传输等)通常包含较大的数据量，并且对网络带宽有较大的需求。有些大流对时延不敏感，比如文件备份；而有些大流对时延的要求也较高，只是相对于时延敏感型应用稍微低些，比如文件传输。可以把数据中心内的应用划分为时延敏感型应用和带宽敏感型应用。时延敏感型应用经常由网络协议产生或者是一些交互应答应用，它们的流量一般都很小，只是几个KB；而带宽敏感型应用一般由文件存储、MapReduce、虚拟机迁移或科学计算产生，数据量多达几个GB。此两种流量的混合需要数据中心网络给带宽敏感型应用提供高的可用带宽，并且不能使时延敏感型应用的时延增加。拥塞通常是由于多个通信源竞争网络中相同的资源(即出口链路或出口队列)而引起的。当网络发生拥塞的时候，所有的数据流都有可能被丢弃。为满足用户对不同应用不同服务质量的要求，就需要网络能根据用户的要求分配和调度资源，对不同的数据流提供不同的服务质量：对实时性强且重要的数据报文优先处理；对实时性不强的普通数据报文，提供较低的处理优先级，网络拥塞时甚至丢弃。QoS(Quality of Service，服务质量)应运而生，它利用IP数据包中的服务类型(ToS，Type of Service)字段，能够提供传输品质服务：针对某种类别的数据流，可以为它赋予某个级别的传输优先级，来标识它的相对重要性，并使用设备所提供的各种优先级转发策略、拥塞避免等机制为这些数据流提供特殊的传输服务。ToS字段的值通常由应用指定，而且现在也鼓励这种结合应用的特性设定ToS的方法。然而在目前，几乎所有的网络都无视这些字段。这不仅仅是因为在符合质量要求的情况下按其要求发送本身的功能实现起来十分困难，还因为若不符合质量要求就可能会产生不公平的现象。因此，实现ToS控制变得极其复杂，这也导致ToS在整个互联网中几乎就没有被投入使用。当前数据中心网络依然广泛采用TCP/IP协议，但是由于TCP/IP协议固有的缺陷和数据中心应用的特殊性，为数据中心网络制定专用的传输协议成为近年来的研究热点。其中包括DCTCP(Data Center Transmission Control Protocol，数据中心传输控制协议)和DCB(Data Center Bridging，数据中心桥接)等等。DCTCP是TCP的变体，它通过增加一个阈值，使ECN(Explicit Congestion Notification，显式拥塞通知)更加有效，这在一定程度上改善了网络的拥塞情况。但是，它的本质并没有变，TCP在拥塞管理方面的缺陷依然存在。传统的以太网交换机设计是在高拥塞期间丢弃数据包，并假设这些数据包会在TCP层上重传。但是某些通信类型，例如视频通信，无法容忍超时重传带来的延迟变化。为解决这个问题，DCB利用QCN(Quantized Congestion Notification，量化拥塞通知)、PFC(Priority-based Flow control，基于优先级的流量控制)和ETS(Enhanced Transmission Selection，增强传输选择)，把交换机上的内存分区针对特定类别的通信进行分配，这样就保证了其他没有拥塞的通信不会被暂停，因而确保了相互不受影响。但是，DCB依然存在很多的不足之处：一方面，因为QCN高度依赖于拥塞点的反应时间、通过网络发送QCN帧的时间和反应点队列调节时间等因素，所以QCN只适用于长生命周期的数据流，而这可能并不符合真实数据中心网络的通信条件；另一方面，由于划分了多个内存分区和多个通信类别，实现的复杂性增加，并且大流的可用带宽减小。然而业界已经开始引入SDN(Software-Defined Networking，软件定义网络)，将其作为一种协调中央控制器的方式管理网络，这也包括确定穿过网络的转发路径。因此，它使人们不再需要像DCTCP和DCB这样的协议。集中控制策略需要网络的全局信息。在大规模的数据中心中，网络流的数目巨大，且大部分为持续时间极短的小流，集中调度的方法将需要频繁地对流进行调度。此外，集中控制策略要在控制器中执行一定的路由算法，并给交换机下发流表，因此会带来一定的额外延迟，这对时延敏感型应用是不适合的。普遍认为，大流是引起网络局部拥塞的主要原因。一种可行的方法是仅对大流进行调度，代表性的有Hedera和Mahout。Hedera利用集中控制器检测网络中出现的大流，同时评估其带宽需求，并将大流重新调度到满足其带宽需求的低负载链路。然而，由于Hedera这种反应式的(Reactive)工作方式，在控制器重新调度大流之前网络拥塞可能已经发生。Mahout给服务器操作系统上插入一个垫片层，在主机端检测大流。当垫片层检测到大流时，给这个流的每一个包打一个标签。交换机把每一个带有这类标签的包转发给控制器，由控制器来实现管理和调度。但是，Mahout需要升级现有服务器，这在服务器数量上万甚至超过十万的大规模数据中心中难以实行。以上所述的方法都是时延敏感型应用和带宽敏感型应用混合的处理方案。但是，此两种应用对网络的性能需求在混合的处理方案中都无法得到满足。一方面，时延敏感型应用经常因为前方出口队列中有大数据量的传输流量而产生较大的时延，在共享内存式交换机中甚至会发生小流丢失(即使大流的出端口和小流的出端口不相同)。另一方面，带宽敏感型应用在混合的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于SDN的数据中心业务服务质量保障方法，其特征在于，包括以下步骤：101、建立改进的扑拓结构，所述改进的扑拓结构将核心层交换机和汇聚层交换机或仅仅核心层交换机分为两部分，分成的两部分各自处理时延敏感型应用或带宽敏感型应用，实现此两种类型应用的流量的隔离传输；102、接入层交换机收到一个数据包之后，首先在此检测该数据包的目的主机是否是本交换机直连的端主机；若为直连的端主机则直接进行交付，否则继续检测该数据包是属于时延敏感型应用还是带宽敏感型应用；103、若为时延敏感型应用，则向上转发给汇聚层的时延敏感型交换机，由时延敏感型交换机进行转发或/和调度处理；若为带宽敏感型应用，则向上转发给汇聚层的带宽敏感型交换机，由带宽敏感型交换机做转发或/和调度处理。

【技术特征摘要】
1.一种基于SDN的数据中心业务服务质量保障方法，其特征在于，包括以下步骤：101、建立改进的扑拓结构，所述改进的扑拓结构将核心层交换机和汇聚层交换机或仅仅核心层交换机分为两部分，分成的两部分各自处理时延敏感型应用或带宽敏感型应用，实现此两种类型应用的流量的隔离传输；102、接入层交换机收到一个数据包之后，首先在此检测该数据包的目的主机是否是本交换机直连的端主机；若为直连的端主机则直接进行交付，否则继续检测该数据包是属于时延敏感型应用还是带宽敏感型应用；103、若为时延敏感型应用，则向上转发给汇聚层的时延敏感型交换机，由时延敏感型交换机进行转发或/和调度处理；若为带宽敏感型应用，则向上转发给汇聚层的带宽敏感型交换机，由带宽敏感型交换机做转发或/和调度处理。2.根据权利要求1所述的基于SDN的数据中心业务服务质量保障方法，其特征在于，所述的数据中心可以为任意类型的数据中心，包括大学数据...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐宏，黄马驰，刘远航，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50