跨协议负载均衡方法及系统技术方案

本发明专利技术提供跨协议负载均衡方法及系统，属于通信设备技术领域，在不发送主动探测探针的情况下，收集网络中每一个节点的状态信息；对状态信息进行针对跨协议负载均衡的强化学习算法运算，并将得到的结果映射为负载均衡决策，发送给网络控制器；将负载均衡决策从网络控制器对应的发送给每一个可编程路由节点；可编程路由节点作为数据平面节点对负载均衡决策进行处理，判断是否需要跨协议操作。本发明专利技术在同种网络层协议节点负载较低时将流量按比例分配至同种网络层协议节点，避免了跨协议均衡的操作，减少了跨协议处理的开销；在负载高时，将流量引入非同种网络协议的节点下，从而充分地利用异构网络下每一种网络协议的交换节点，使网络运行更加高效稳定。使网络运行更加高效稳定。使网络运行更加高效稳定。

【技术实现步骤摘要】
跨协议负载均衡方法及系统


[0001]本专利技术涉及通信设备
，具体涉及一种基于异构核心网的跨协议负载均衡方法及系统。

技术介绍

[0002]随着网络技术的不断发展，用户对网络业务的需求也变得更加多样，对于网络流量的需求也变得越来越大。巨大的网络需求带动网络基础设施的发展，新技术、新网络产品、新组网模式不断涌现，使得网络类型、服务种类和设备来源更加复杂化。传统的网络业务模式中网络服务与硬件设备耦合与其静态僵化的缺点不断涌现。
[0003]在这种背景下，基于前期“标识网络”、“智慧标识网络”研究，北京交通大学下一代互联网国家工程实验室提出“智融标识网络”体系及其关键机制。其中多路径跨协议的“智融标识网络”体系通过全网多空间、多维度资源的智慧融合，实现个性化服务的按需供给与灵活化组网的有效支撑，为不同行业与用户提供高效的差异化、定制化通信网络服务，以普遍适用于各类迥异应用情景。
[0004]而随着时下大数据、人工智能、云计算等概念的不断涌现，网络中的数据流量呈现爆炸式的增长，许多网络中其内部的通信带宽已经无法满足流量的传输需求，因此这些网络采用具有分层的多根网络拓扑的胖树结构，它能够为网络拓扑提供多条等价路径，并结合ECMP(Equal Cost Multi
‑
Path)等价多路径负载均衡算法，进而提高带宽。而在多路径跨协议的“智融标识网络”体系中，也存在着类似的问题，而目前常见负载均衡算法，如ECMP算法以随机的哈希方式选择路径，没有考虑到跨协议网络体系的特点，只适用于单协议网络体系下，若适用于跨协议网络体系之中，无法充分利用网络中每一个交换节点的转发资源，造成资源浪费，并且存在着诸如哈希冲突，非对称性等缺点。
[0005]目前SDN软件定义网络和P4数据平面可编程技术的不断演进和推广，为这方面提供了新的前景，2014年推出的高级数据平面编程语言P4遵循了定义可编程网络设备的数据包处理功能的主要目标。作为SDN网络的未来，P4与硬件和协议无关，用户可以直接使用该语言编写网络应用，之后经编译对底层设备进行配置使其完成用户的功能需求。P4让数据包的解析和转发流程也能通过编程控制，使得网络及设备自上而下地、真正地向用户开放。因此，P4绕过了硬件供应商的限制，在数据平面实现定义额外的头信息和设定边缘节点和转发节点中的新功能，能够克服传统网络状态监控的缺点，来进行网络资源的实时收集，目前常用的技术为基于P4的带内遥测技术(In
‑
band network telemetry)。且INT克服了传统网络监控的如约束性性强，速度慢等缺陷，使搜集网络数据的过程如今可以直接在实际流量中完成，给予了可以在虚拟或者物理的端到端网络中实时地发现和搜集网络状态的能力。
[0006]现有的一种控制网络数据传输的方法，接收客户端发送的第一应用数据请求，第一应用数据请求支持第一网络协议；判断服务端是否存在支持第一网络协议的应用服务；若否，则判断服务端是否存在支持预设的第二网络协议的应用服务；若服务端存在支持预
设的第二网络协议的应用服务，则对第一应用数据请求进行协议转换，以使第一应用数据请求支持第二网络协议；根据转换后的第一应用数据请求建立客户端与支持第二网络协议的应用服务之间的负载均衡连接。
[0007]但是，上述方法在使用上并不能进行网络层及链路层的跨协议负载均衡，不能进行网络层及链路层的跨协议负载均衡，其主要针对应用层进行负载均衡，而在网络层协议中默认单协议场景，无法进行跨协议操作，而且其使用传统网络架构思想，控制平面与数据平面耦合，可编程性以及复用性较差，不够灵活。
[0008]现有的另一种高效多链路数据传输实现方法，首先进行网络连接的建立，然后传输过程中的失效切换和传输过程中的负载均衡。该方法虽然可以建立多条链路，同时支持TCP/IP和FC协议，传输过程中的失效切换和负载均衡过程中可以利用TCP/IP和FC两个连接链表中的任意一个连接进行收发，并可以利用跨协议传输收发两个连续发送请求。但是，该方法在使用上有以下不足之处：
[0009](1)虽然为跨协议负载均衡功能的系统，但是协议指传输控制协议/网际协议TCP/IP和光纤通道FC协议。所以在针对一个传输控制协议/网际协议TCP/IP族中的不同网络层协议共存的异构环境，是无法进行网络层协议及IPv4、IPv6、Sinet等协议之间的跨协议负载均衡的。
[0010](2)在进行负载均衡时，有两种负载均衡模式，参数超过阈值时，采用静态负载均衡；未超过阈值时，采用动态负载均衡。其中静态负载均衡，是指始终将数据发向第一个链接，直到达到所述阈值为止，然后再按顺序采用下一个链接。而动态负载均衡，是指数据发送初始阶段就循环利用链表中的各链路，当单一链路达到所述阈值时，网络总体负荷也趋向于饱和。而这两种负载均衡都只是单纯的换路，并没有考虑其他的链路状况。实际上，网络中各条路径的带宽、时延和可靠性等不一样，如果不考虑链路的实时状态，就进行轮询换路，不能充分的利用带宽，且负载均衡的效果也不够理想。
[0011]总之，现有的当前负载均衡方案只针对单一网络层协议而进行局部的单协议负载均衡，而并未考虑异构网络下多种网络层协议如IPv4、IPv6、标识网络共存的情景，从而导致流量只能均衡至同种网络层协议设备上，而无法跨协议均衡至不同种网络层协议设备上，导致网络设备未被充分利用。

技术实现思路

[0012]本专利技术的目的在于提供一种基于异构核心网的跨协议负载均衡方法及系统，以解决上述
技术介绍
中存在的至少一项技术问题。
[0013]为了实现上述目的，本专利技术采取了如下技术方案：
[0014]一方面，本专利技术提供一种跨协议负载均衡方法，包括：
[0015]在不发送主动探测探针的情况下，收集网络中每一个节点的状态信息；
[0016]对收集的状态信息进行针对跨协议负载均衡的强化学习算法运算，并将算法得到的结果映射为负载均衡决策，并发送给网络控制器；
[0017]将负载均衡决策从网络控制器对应的发送给每一个可编程路由节点；其中，可编程路由节点作为数据平面节点对负载均衡决策进行处理，判断是否需要跨协议操作，根据判断的结果，对应的生成节点转发策略，完成跨协议的负载均衡。
[0018]可选的，所述状态信息包括转发节点标号、出端口标号、节点处理时延、节点入包时队列长度、节点出包时队列长度。
[0019]可选的，基于时序差分强化学习的跨协议负载均衡算法进行转发动作价值矩阵的收敛及计算，根据得到的转发动作价值矩阵，并依照价值量的大小选出价值量最大的一个或多个候选均衡路径，并将候选路径及其价值量比例生成负载均衡决策。
[0020]可选的，根据价值矩阵选取最优均衡路径，包括：
[0021]从INT数据库中获取交换设备的协议栈信息、负载信息；
[0022]初始化价值矩阵为数据包随机选取所处交换机位置，并随机选取下一跳位置进行发包；
[0023]每隔一定时间调用时序差分强化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种跨协议负载均衡方法，其特征在于，包括：在不发送主动探测探针的情况下，收集网络中每一个节点的状态信息；对收集的状态信息进行针对跨协议负载均衡的强化学习算法运算，并将算法得到的结果映射为负载均衡决策，并发送给网络控制器；将负载均衡决策从网络控制器对应的发送给每一个可编程路由节点；其中，可编程路由节点作为数据平面节点对负载均衡决策进行处理，判断是否需要跨协议操作，根据判断的结果，对应的生成节点转发策略，完成跨协议的负载均衡。2.根据权利要求1所述的跨协议负载均衡方法，其特征在于，所述状态信息包括转发节点标号、出端口标号、节点处理时延、节点入包时队列长度、节点出包时队列长度。3.根据权利要求1所述的跨协议负载均衡方法，其特征在于，基于时序差分强化学习的跨协议负载均衡算法进行转发动作价值矩阵的收敛及计算，根据得到的转发动作价值矩阵，并依照价值量的大小选出价值量最大的一个或多个候选均衡路径，并将候选路径及其价值量比例生成负载均衡决策。4.根据权利要求3所述的跨协议负载均衡方法，其特征在于，根据价值矩阵选取最优均衡路径，包括：从INT数据库中获取交换设备的协议栈信息、负载信息；初始化价值矩阵为数据包随机选取所处交换机位置，并随机选取下一跳位置进行发包；每隔一定时间调用时序差分强化学习算法，比较转发设备协议栈与数据包网络协议是否兼容，并结合INT节点状态根据奖励函数更新奖励矩阵；其中，在时序差分强化学习算法中随机选择数据包位置，进行多次离线学习，完善价值矩阵；根据价值矩阵，依照Noisy
‑
Greedy策略，选择若干个最优转发路径进行轮询发包，在到达目的终端的途中，根据实时的负载值，更新奖励矩阵，并更新价值矩阵，直至价值矩阵收敛，即可根据价值矩阵选取最优均衡路径。5.根据权利要求4所述的跨协议负载均衡方法，其特征在于，所述奖励函数为：其中，a表示转发设备协议栈与数据包协议匹配程度对于奖励函数的影响程度；b表示转发设备协议栈与数据包协议负载程度对于奖励函数的影响程度；c
ij
表示转发设备协议栈与数据包网络层协议的比较值，相同为0，不同为1；t
i
表示转发后所处节点的处理时延；t
min
表示人为设置的节点处理时延最小值；t
max
表示人为设置的节点处理时延最大值；l
i
表示转发后所处节点的队列长度；l
min
表示人为设置的节点队列长度最小值；l
max
表示...

【专利技术属性】
技术研发人员：权伟，高德云，张诚睿，张雪，刘明远，刘康，徐子恒，邓君，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：