WO2015109803A1 - 一种负荷均衡的方法及系统 - Google Patents

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    • H04L45/74—Address processing for routing
    • H04L45/745—Address table lookup; Address filtering

Definitions

  • NFV Network Function Virtualization
  • IT Information Technology
  • the Network Management and Orchestration Platform is responsible for the creation and management of the network virtualization operating environment, including the Network Function Virtualization Infrastructure (NF VI) domain and network function virtualization services.
  • NF VI Network Function Virtualization Infrastructure
  • NVFS Network Function Virtualization Service
  • NFVO Network Function Virtualization Orchestration
  • VNFM Virtual Network Function Management
  • NFVO Mainly responsible for network-wide business scheduling and network resource management.
  • VNFM is mainly responsible for virtual network functions (VNF). Resource management;
  • CMS Cloud Management System
  • Transport Network Management System (TNMS), the main function of the management and monitoring of the transmission IP layer network;
  • Hypervisor Program Management
  • VMM Virtual Machine Management
  • the Operational Support System (OSS)/Element Management System (EMS) is the back-end management system of the operator. It is responsible for managing and monitoring the virtual network element business logic.
  • VNF virtual network function
  • traffic is first aggregated to the LB, and the LB is offloaded according to the load balancing policy.
  • the VNF may be expanded indefinitely, which may cause the LB to become a bottleneck of the network.
  • the forwarding surface data also passes through the LB.
  • LB can use a layered approach, which will increase the network topology. Complexity also increases network investment costs.
  • the technical problem to be solved by the embodiments of the present invention is to provide a method and system for load balancing to reduce the load of load balancing.
  • a method of load balancing including:
  • the packet identification information of the load balancing packet is the packet identification information of the load balancing packet.
  • the load information of the collection load balancing object includes:
  • the load information of each load balancing group is separately collected; the load information of all load balancing groups is summarized, and the load weight information of each load balancing group is determined.
  • the load information of the collection load balancing object includes:
  • Packet identification Packet identification, packet identification information, sub-branch object load weight information, sub-packet object exchange egress port.
  • the above method can also have the following features:
  • the branch object load weight information is represented by a bearer space value, and each branch object in the load balancing group routing table is arranged in a descending order of a bearer space value, and the load ratio corresponding to the branch object is equal to its corresponding bearer space.
  • the value is subtracted from the value of the bearer space corresponding to a branch object, and then divided by the maximum branch bearer space value in the packet.
  • the above method can also have the following features:
  • the forwarding of the data packet according to the load balancing group routing table includes:
  • the foregoing method may further have the following features: determining, according to the user identifier, a bearer space value to which the data packet belongs, including:
  • the load balancing module is configured to: collect load information of the load balancing object, and generate a load balancing group table according to the load information;
  • the network controller is configured to: generate a load balancing group routing table according to the information of the load balancing group table, and send the load balancing routing table to the switching module;
  • the network switching module is configured to: forward the data packet according to the load balancing group routing table.
  • the system has the following features:
  • the load information collected by the load balancing module includes at least:
  • the above system may also have the following features:
  • the load balancing module includes a plurality of first load balancing modules and a second load balancing module, and the first load balancing module is separately configured.
  • the load information of each load balancing group is collected, and the collected load information is reported to the second load balancing module;
  • the second load balancing module is configured to: summarize load information of all load balancing packets, and determine load weight information of each load balancing group.
  • the system may also have the following features:
  • the load balancing module includes: a first load balancing module, configured to: collect virtual network elements set by the network function virtualization orchestrator Load information
  • the network switching module is configured to: obtain a user identifier of the data packet; determine, according to the user identifier, a bearer space value to which the data packet belongs; and the load balancing routing table according to the bearer space value Selecting a corresponding grouping sub-branch object to forward the data message.
  • the network switching module is configured to determine, according to the user identifier, a bearer space value to which the data packet belongs according to the user identifier: performing a hash operation on the user identifier, and taking the same position as the bearer space value at the specified location
  • the hash value of the number is compared with each bearer space value in the corresponding group.
  • Embodiments of the present invention also provide a computer program including program instructions that, when executed by a load balancing system, cause the load balancing system to perform the above method.
  • Embodiments of the present invention also provide a carrier carrying the above computer program.
  • the method and system for load balancing introduces the idea of forwarding and control separation, and the data flow bypasses the LB.
  • the LB is responsible for collecting the performance data of the VNF, and dynamically changing the switch through the northbound interface of the network controller. Data flow weights, which in turn reduce LB load, prevent LB from becoming a network bottleneck.
  • FIG. 3 is a schematic diagram of a basic architecture of a load balancing system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a flowchart of a method for load balancing according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a flowchart of creating a load balancing packet routing table corresponding to the architecture model of FIG. 3 according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 9 is a flowchart of creating a load balancing packet routing table corresponding to the architecture model of FIG. 5 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a flowchart of creating a load balancing packet routing table corresponding to the architecture model of FIG. 6 according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 11 is a flow chart of routing according to an LB packet routing table according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 12 is a flow diagram of routing according to an LB packet routing table in accordance with another embodiment of the present invention. Preferred embodiment of the invention
  • FIG. 3 is a schematic diagram of a basic architecture of a load balancing system according to an embodiment of the present invention.
  • the embodiment of the present invention utilizes a forwarding control separation idea to enable a data flow bypass load balancing module LB to be introduced into a network controller (Controller). To reduce the load.
  • the load balancing system of this embodiment includes: a load balancing module, a network controller, and a network switching module.
  • the load balancing module includes: a data collecting unit, a load balancing group table generating unit, and a load balancing group table modifying unit, where
  • a data collection unit configured to collect load information of the load balancing object
  • a network controller configured to generate a load balancing group routing table according to the received load balancing group table information, and send the load balancing group routing table to the switching module;
  • the network switching module is configured to forward the data packet according to the load balancing group routing table.
  • the load information collected by the collecting unit includes, but is not limited to:
  • the load balancing group branches the number of objects
  • the number of packets of the load balancing packet and/or
  • the load balancing group routing table information includes: a packet identifier, packet identification information, and/or packet execution information, where the packet execution information may include: a target address of the grouping sub-branch object, a sub-branch object load weight information, and a sub-branch object Branch object load balancing policy, and/or sub-packet object exchange egress port.
  • the load balancing module may include a plurality of first load balancing modules and a second load balancing module, where the first load balancing module is separately configured to collect each load. The load information of the packet is balanced, and the collected load information is reported to the second load balancing module;
  • the second load balancing module is configured to summarize load information of all load balancing packets, and determine load weight information of each load balancing group.
  • FIG. 5 is a schematic diagram of a layered architecture model according to an embodiment of the present invention.
  • the load balancing module in the architecture is divided into two layers, a layer layer network layer load balancing module (Net-LB), and a layer network element layer load.
  • the equalization module (Vnf-LB) which is responsible for load balancing operations on virtual network elements, and Vnf-LB is responsible for load balancing operations on virtual machine VMs in virtual network elements.
  • Vnf-LB is responsible for collecting virtual machine load information inside VNF.
  • Net-LB is responsible for collecting VNF overall load information (such as the average load of virtual machines in VNF).
  • Vnf-LB can reduce the load sharing of Net-LB
  • Vnf-LB can shield the virtual machine network topology in the VNF
  • virtual machine load in a single VNF Adjustments will not affect other Vnf-LBs.
  • the load balancing module includes: a first load balancing module, configured to receive load balancing load information between virtual network elements set by the network function virtualization orchestrator, where The load information includes at least: a number of network packets, a number of virtualized network element functions included in each packet, and capability information or load weight information of each virtual network element;
  • the second load balancing module is configured to receive load balancing load information between virtual machines in the virtual network element set by the virtual network element function manager, where the load information includes at least: a number of packets in the virtual network element function, and each group includes The number of virtual machines, and the capability information or load weight information of each virtual machine.
  • FIG. 6 is a schematic diagram of a network virtualization architecture model according to an embodiment of the present invention, as shown in FIG.
  • Net-LB is connected to Network Function Virtualization Orchestrator (NFVO)
  • Vnf-LB is connected to Virtual Network Element Manager (VNFM)
  • NFVO is responsible for setting load balancing between VNFs to Net-LB
  • VNFM is responsible for setting VNF to Vnf-LB. Load balancing between virtual machines.
  • FIG. 7 is a flowchart of a method for load balancing according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 7, the method in this embodiment includes:
  • Step 11 Collect load information of the load balancing object, and generate a load balancing group table according to the load information;
  • Step 12 Generate a load balancing group routing table according to the information of the load balancing group table. Step 13. Forward the data packet according to the load balancing group routing table.
  • Embodiments of the present invention also provide a computer program including program instructions that, when executed by a load balancing system, cause the load balancing system to perform the above method.
  • Embodiments of the present invention also provide a carrier carrying the above computer program.
  • FIG. 8 is a flowchart of creating a load balancing packet routing table corresponding to the architecture model of FIG. 3, as shown in FIG.
  • Step 701 The load balancing module (LB) collects load information, where the load information may include:
  • required balanced VNF address information such as IP address, MAC address, etc.
  • packet identification information which is mainly used by the switching module to receive the data packet and determine the LB packet to which the packet belongs according to the packet identification information, and the packet identification information may be set as the destination IP address field or the destination MAC according to the service type served. (Media Access Control, Media Access Control) Address or the like, the group identification information can be set by the network operation and maintenance manager through the network management background.
  • Step 702 The load balancing module (LB) constructs a load balancing group table according to the load information collected by the data collecting unit, where the group table includes: a group identifier, a packet identification information, a packet branch selection policy, and address information of the group branch object (including an IP address) And MAC address information), weight information of the branching branch, each branch weight information may include a bearer space value.
  • the bearer space value may be composed of one or more digits, and the bearer space of each branch in the packet is arranged in an increasing order. For example, a packet has n branches, wherein the i-th branch bearer space value is L, Representing the range of space to L, the spatial extent of the first branch refers to the spatial range of 0 to L.
  • the weight information of the embodiment of the present invention may be embodied in a bearer space, and may be used in a percentage format.
  • a manner of carrying a space is selected in the subsequent document;
  • the LB group table generating unit requests the network controller Controller to create an LB packet routing table, where the request carries the load balancing group table information.
  • the load balancing packet routing table may include: group identification information, a group branch selection policy, LB group table group identification information, and/or an LB group table execution exit information.
  • the LB group identification information may include: an original destination MAC address, an original destination IP address, and/or an ingress port, etc., and the information is mainly used by the switch to identify the packet; the LB packet execution exit information includes: a branch target IP address, a target MAC address. Address, branch egress port, and weight information, where the weight information is based on the load space.
  • the branch destination IP address and MAC address are used to select the branch destination IP address and MAC address when the switch selects the branch to forward data packets according to the load balancing policy.
  • the IP address and MAC address replace the destination IP address and destination MAC address in the original packet.
  • each packet may correspond to one or more packet identification information, and the same group may correspond to multiple branch records.
  • the controller sends the LB packet routing table to the target switch.
  • Step 705 The Controller returns to the LB that the LB packet routing table is created.
  • Step 801 The network element level load balancing module (Vnf-LB) is configured to collect LB load information of each virtual machine in the VNF network element, and the content included in step 701 is as follows: Vnf-LB is responsible for generating an LB group table in the VNF network element. The information contained in the table is described with reference to step 702;
  • Vnf-LB only collects the LB load information collected from Net-LB.
  • Step 802 The Net-LB receives the information reported by the sub-level Vnf-LB, summarizes the same type of packets, and re-allocates the weights. For example, the load sharing relationship between VNF1 and VNF2 is performed, and the Net-LB places VNF1 and VNF2. Groups with the same function are merged to generate a larger packet.
  • Steps 803 - 806 are the same as steps 702 - 705.
  • Step 807 The Net-LB returns the LB packet setting to the Vnf-LB.
  • FIG. 10 is a flowchart of creating a load balancing packet routing table corresponding to the architecture model of FIG. 6 according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 10, the method includes the following steps:
  • Step 901 The NFVO sets the load balancing load information of the VNF to the Net-LB, and includes the VNF packet.
  • Each load information includes: VNF information, capability information supported by each VNF (such as the maximum number of supported instances, the maximum number of access sessions, etc.) And the address information presented by the VNF, etc.;
  • Step 902 - step 905 is the same as step 702 - step 705;
  • Step 906 The Net-LB returns the LB setting completion information to the NFVO.
  • Step 907 The VNFM sets the load balancing load information of each virtual machine VM in the VNF to the Vnf-LB, where the information includes: group information of the VM, VM information included in each group, capability information supported by each VM, and address information of each VM. Wait;
  • Step 908b-a-step 908b-b, Vnf-Net may forward the LB packet routing table to the Controller request through Net-LB forwarding;
  • Step 909 - step 910 is the same as step 703 - step 704;
  • Step 91 The Controller returns to the Vnf-LB to complete the creation of the LB packet routing table.
  • the step 911b-a-step 911b-b the Controller returns to the Net-LB to complete the creation of the LB packet routing table, and then the Net-LB returns to the Vnf-LB.
  • the LB packet routing table is created.
  • FIG. 11 is a flowchart of routing according to the LB packet routing table according to the embodiment of the present invention.
  • the switch here corresponds to the switching module of FIG. 4, as shown in FIG. 11, and includes the following steps:
  • Step 1000 The Switch receives the data file to trigger the LB process.
  • Step 1001 The switch receives the data packet, first determines the packet to which the current data packet belongs according to the packet identification information in the LB packet routing table, and if the corresponding packet is not found, returns, and exits the LB processing flow;
  • the packet identification information includes a key segment to be detected, such as determining according to the target address information, or matching the key field value in the data packet with the packet identification information in the LB packet routing table according to the information such as the target port. , to determine whether there is a group that belongs to it.
  • the destination address information is optional. It can be replaced in special scenarios.
  • FIG. 12 is a flowchart of routing according to an LB packet routing table according to another embodiment of the present invention.
  • a route is determined based on a bearer space load balancing algorithm, and the algorithm can be used in a switching module to ensure that multiple messages of the same user are from the same.
  • the switching module receives the data packet, obtains the identifier of the user in the data packet, and calculates the bearer space to which the user belongs, according to the identifier, and the forwarding module is configured according to the The switch egress port of the bearer space selection packet branch object forwards the data packet.
  • the identifier of the distinguishable user may be composed of a source IP address, a destination IP address, or a packet payload feature location data segment in the data packet.
  • a load balancing group there are three branch objects, and the load ratios are 20%, 30%, and 50%, respectively, and the load space values of the three branch objects are: 20, 50, and 100, respectively.
  • Determining the bearer space value to which the data packet belongs includes: performing a hash operation on the user identifier, taking the same number of bits at the end of the hash value and the bearer space, and comparing with each bearer space value in the corresponding group Determining, if the hash end value of the user identifier is smaller than the bearer space value of the i-branch object and larger than the bearer space value LBSw of the i-1 branch object, determining that the bearer space value to which the data packet belongs is an i-branch object.
  • Step 1100 - step 1101 is the same as step 1000 - step 1001;
  • Step 1102 The switch selects a packet branch according to a bearer space algorithm.
  • Step 1103 The switch obtains the source IP address information in the data packet, and performs hash modulo, where the length of the modulo is equal to the length of the bearer space.
  • the method and system for load balancing provided by the embodiment of the present invention introduces the idea of forwarding and control separation, and the data flow bypasses the LB.
  • the LB is responsible for collecting the performance data of the VNF, and dynamically changing the data flow weight in the switch through the northbound interface of the network controller. , in turn, reduce the LB load, and avoid LB becoming a network bottleneck.

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Abstract

本发明实施例提供一种负荷均衡的方法及系统，该方法包括收集负荷均衡对象的负荷信息，根据负荷信息生成负荷均衡组表；根据所述负荷均衡组表的信息生成负荷均衡组路由表；根据所述负荷均衡组路由表转发数据报文。

Description

一种负荷均衡的方法及系统 技术领域
本发明涉及通讯领域， 尤其是涉及一种通讯网元虚拟化负荷均衡控制方 法。
背景技术
电信运营商的网络中有大量以及还在密集增长的各种专有的硬件设备， 推出一个新的网络服务往往还需要增加更多的新的专属硬件设备， 而放置这 些设备的空间以及为它们进行供电变得越来越困难， 相伴的困难同时还有能 源成本的加剧上升， 资本投资的挑战以及必要设计技能的缺乏， 集成和操作 变得日益复杂的硬件设备。 此外， 硬件设备的生命周期很短， 这就需要大量 的釆购-设计-集成-部署进行几乎对收入无益的重复。 更糟糕的是， 硬件的生 命周期开始变短， 而服务的创新速度加快， 这就抑制了从网络服务创新获得 新增收入， 且约束了日益网络化连接的世界的创新。
网络功能虚拟化 ( Network Function Virtualization, 简称 NFV ) 的目的是 利用 IT ( Information Technology, 信息技术）标准化的虚拟化技术， 来将许 多网络设备类型统一到能放置在数据中心、 网络节点以及终端处的工业标准 的大容量服务器、 交换机和存储中来解决以上问题。
图 1是相关技术中得到大多数研究者与研究机构认同的一种网络虚拟化 架构示意图， 其中：
网络管理和编排平台（ Management & Orchestration Platform, 简称 MOP ) 负责网络虚拟化运行环境的创建和管理， 包括对网络功能虚拟化基础设施 ( Network Function Virtualization Infrastructure , 简称 NF VI )域和网络功能虚 拟化业务 ( Network Function Virtualization Service, 简称 NVFS )域的协调管 理； 它包括网络功能虚拟化编排器 （ Network Function Virtualization Orchestration,简称 NFVO ) ,及虚拟网络功能管理器（ Virtual Network Function Management, 简称 VNFM )， 其中 NFVO主要负责全网业务编排， 及网络资 源管理， VNFM主要负责虚拟网络功能（ Virtual Network Function,简称 VNF ) 资源管理；
云管理系统（ Cloud Management System , 简称 CMS ) , 主要功能是实现 云的管理和监控；
传输网络管理系统（ Transport Network Management System,简称 TNMS ), 主要功能对传输 IP层网络管理和监控；
Hypervisor (程序管理） /虚拟机管理（ Virtual Machine Management, 简称 VMM )主要功能是实现虚拟化能力， 将硬件资源虚拟为多个虚拟机（Virtual Machine, 简称 VM );
运营支撑系统 （Operate Support System , 简称 OSS ) /网元管理系统 ( Element Management System, 简称 EMS )为运营商网元管理后台， 负责对 虚拟网元业务逻辑进行管理和监控；
虚拟网元功能（ Virtual Network Function, 简称 VNF ), 通过虚拟机加载 相应网元软件版本， 虚拟运营商网络中物理网元。
其中， 操作管理单元 ( Operator Management Unit, 简称 OMU )是网元运 维管理单元， 在虚拟化部署场景下， OMU需要增加和网管系统 /OSS的接口， 实现对所属的虚拟网元的虚拟机进行监控管理；
虚拟网元子功能组件（ Virtual Network Sub Function, 简称 VNSF )为虚 拟网元的软件子功能模块， 一个网元可以分解为多个子功能组件， 每个功能 组件完成一个功能， 同类组件可以根据处理能力要求映射为一到多个 VM; 服务器， 存储设备以及传输网络设备为网络虚拟化基础设施， 主要为网 络虚拟化提供硬件资源池。
在网元虚拟化场景， 为了提高 VNF性能及可靠性， 通常需要釆用多个 VNF或者 VNF内多个 VNFC并发处理方式， 负荷均衡（ Load Balance, 简称 LB )解决问题的关键， 相关技术的 LB机制， 基本架构如图 2所示。
相关技术的架构中， 流量基本先汇总到 LB, 由 LB根据负荷均衡策略进 行分流， 在未来云化网络模型中， VNF可能无限扩容， 这样会导致 LB成为 网络的瓶颈。 尤其后期 4G移动网络转发面设备也进行虚拟化时， 转发面数 据也要经过 LB。 当然 LB可以釆用分层的方式， 这一方面会增加网络拓朴的 复杂度， 另外也增加网络投资成本。
发明内容
本发明实施例要解决的技术问题是提供一种负荷均衡的方法及系统， 以 降低负荷均衡的负荷。
一种负荷均衡的方法， 包括：
收集负荷均衡对象的负荷信息， 根据负荷信息生成负荷均衡组表； 根据所述负荷均衡组表的信息生成负荷均衡组路由表；
根据所述负荷均衡组路由表转发数据报文。
较佳地， 上述方法还可具有下面特点： 所述负荷信息至少包括： 负荷均衡分组分支对象的处理能力信息或负荷权重信息；
负荷均衡分组分支对象数量；
负荷均衡分组分支对象的地址信息；
负荷均衡分组的数目；
负荷均衡分组的分组识别信息。
较佳地， 上述方法还可具有下面特点： 所述收集负荷均衡对象的负荷信 息包括：
在分层组织架构模型下， 分别收集各负荷均衡分组的负荷信息； 再汇总所有负荷均衡分组的负荷信息， 并确定各负荷均衡分组的负荷权 重信息。
较佳地， 上述方法还可具有下面特点： 所述收集负荷均衡对象的负荷信 息包括：
在虚拟网络功能架构模型下， 收集网络功能虚拟化编排器设置的虚拟网 元间的负荷信息；
收集虚拟网元管理器设置的虚拟网元内各虚拟机间的负荷信息。
较佳地， 上述方法还可具有下面特点： 所述负荷均衡组路由表中的信息 至少包括：
分组标识、 分组识别信息、 子分支对象负载权重信息、 子分组对象交换 出口端口。
较佳地， 上述方法还可具有下面特点：
所述分支对象负载权重信息由承载空间值表示， 所述负荷均衡组路由表 中的各分支对象按承载空间值从小至大的顺序排列， 所述分支对象对应的负 荷比例等于其对应的承载空间值减上一个分支对象对应的承载空间值， 然后 除以分组中最大的分支承载空间值。
较佳地， 上述方法还可具有下面特点：
所述根据所述负荷均衡组路由表转发数据报文， 包括：
获取所述数据报文的用户标识；
根据所述用户标识确定所述数据报文所属的承载空间值；
根据所述承载空间值从所述负荷均衡路由表中选择对应的分组子分支对 象转发所述数据报文。
较佳地， 上述方法还可具有下面特点： 所述根据所述用户标识确定所述 数据报文所属的承载空间值， 包括：
对所述用户标识进行哈希运算， 取指定位置处与所述承载空间值相同位 数的哈希值， 并与所对应分组中各承载空间值进行比较， 当所述哈希值小于 第 i分支对象的承载空间值， 而大于第 i-1分支对象的承载空间值， 则确定所 述数据报文所属的承载空间值为第 i分支对象的承载空间值， i为正整数， i=l 时， 第 0分支对象的承载空间值为 0。
一种负荷均衡的系统， 包括负荷均衡模块， 网络控制器以及网络交换模 块， 其中：
负荷均衡模块设置为： 收集负荷均衡对象的负荷信息 , 根据负荷信息生 成负荷均衡组表；
网络控制器设置为： 根据所述负荷均衡组表的信息生成负荷均衡组路由 表， 将所述负荷均衡路由表下发给交换模块； 以及 网络交换模块设置为： 根据所述负荷均衡组路由表转发数据报文。 较佳地， 上述系统还可具有下面特点： 所述负荷均衡模块收集的负荷信 息至少包括：
负荷均衡分组分支对象的处理能力信息或负荷权重信息；
负荷均衡分组分支对象数量；
负荷均衡分组分支对象的地址信息；
负荷均衡分组的数目； 和 /或 负荷均衡分组的分组识别信息。
较佳地， 上述系统还可具有下面特点： 在在分层组织架构模型下， 所述 负荷均衡模块包括多个第一负荷均衡模块和第二负载均衡模块， 所述第一负荷均衡模块分别设置为： 收集各负荷均衡分组的负荷信息， 将收集到的负荷信息上报给第二负荷均衡模块；
所述第二负荷均衡模块设置为： 汇总所有负荷均衡分组的负荷信息， 并 确定各负荷均衡分组的负荷权重信息。
较佳地， 上述系统还可具有下面特点： 在虚拟网络功能架构模型下， 所 述负荷均衡模块包括： 第一负荷均衡模块， 设置为： 收集网络功能虚拟化编排器设置的虚拟网 元间的负荷信息；
第二负荷均衡模块， 设置为： 收集虚拟网元管理器设置的虚拟网元内各 虚拟机间的负荷信息。 较佳地， 上述系统还可具有下面特点： 所述控制模块生成负荷均衡组路 由表中的信息至少包括： 分组标识、 分组识别信息、 子分支对象负载权重信息和子分组对象交换 出口端口， 其中， 所述分支对象负载权重信息由承载空间值表示， 所述负荷均衡组路由表 中的各分支对象按承载空间值从小至大的顺序排列， 所述分支对象对应的负 荷比例等于其对应的承载空间值减去上一个分支对象对应的承载空间值， 然 后除以分组中最大的分支承载空间值。
较佳地， 上述系统还可具有下面特点：
所述网络交换模块， 是设置为： 获取所述数据报文的用户标识； 根据所 述用户标识确定所述数据报文所属的承载空间值； 根据所述承载空间值从所 述负荷均衡路由表中选择对应的分组子分支对象转发所述数据报文。
较佳地， 上述系统还可具有下面特点：
所述网络交换模块是设置为以如下方式根据所述用户标识确定所述数据 报文所属的承载空间值： 对所述用户标识进行哈希运算， 取指定位置处与所 述承载空间值相同位数的哈希值，并与所对应分组中各承载空间值进行比较， 当所述哈希值小于第 i分支对象的承载空间值， 而大于第 i-1分支对象的承载 空间值， 则确定所述数据报文所属的承载空间值为第 i分支对象的承载空间 值， i为正整数， i=l时， 第 0分支对象的承载空间值为 0。
本发明实施例还提供一种计算机程序， 包括程序指令， 当该程序指令被 负荷均衡系统执行时， 使得该负荷均衡系统可执行上述方法。
本发明实施例还提供一种载有上述计算机程序的载体。
综上， 本发明实施例提供的一种负荷均衡的方法及系统， 引入转发和控 制分离思想， 数据流旁路 LB, LB负责收集 VNF的性能数据， 并通过网络控 制器北向接口动态更改交换机中数据流权重， 进而降低 LB负荷， 避免 LB成 为网络瓶颈进。 附图概述
图 1是相关技术的网络虚拟化架构示意图；
图 2是相关技术的负荷均衡系统的基本架构图；
图 3是本发明实施例的负荷均衡系统的基本架构的示意图；
图 4是本发明实施例的负荷均衡系统的示意图；
图 5是本发明实施例的分层架构模型的示意图； 图 6是本发明实施例的网络虚拟化架构模型的示意图；
图 7为本发明实施例的负荷均衡的方法的流程图；
图 8为本发明实施例的对应图 3架构模型下的创建负荷均衡分组路由表 的流程图；
图 9为本发明实施例的对应图 5架构模型下的创建负荷均衡分组路由表 的流程图；
图 10为本发明实施例的对应图 6架构模型下的创建负荷均衡分组路由表 的流程图；
图 11是本发明一实施例的根据 LB分组路由表路由的流程图；
图 12是本发明另一实施例的根据 LB分组路由表路由的流程图。 本发明的较佳实施方式
下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。 需要说明的是， 在 不冲突的情况下， 本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
图 3是本发明实施例的负荷均衡系统的基本架构的示意图， 对比相关技 术图 2, 本发明实施例利用转发控制分离思想， 使数据流旁路负荷均衡模块 LB, 引入网络控制器（Controller ) ， 以降低负荷。
图 4是本发明实施例的负荷均衡系统的示意图， 如图 4所示， 本实施例 的负荷均衡系统包括： 负荷均衡模块、 网络控制器、 及网络交换模块。 其中： 负荷均衡模块包括： 数据收集单元、 负荷均衡组组表生成单元以及负荷 均衡组表修改单元， 其中，
数据收集单元， 设置为收集负荷均衡对象的负荷信息；
负荷均衡组表生成单元， 设置为根据负荷信息生成所述负荷均衡组表， 负荷均衡组表中包含： 负荷均衡对象地址信息、 权重信息及分组识别信息。
网络控制器， 设置为根据收到的所述负荷均衡组表信息生成负荷均衡组 路由表， 并把所述负荷均衡组路由表下发至所述交换模块；
网络交换模块， 设置为根据所述负荷均衡组路由表转发数据报文。 其中， 所述收集单元所搜集的负荷信息包括， 但不限于：
所述负荷均衡分组分支对象的最大和最小处理能力信息；
所述负荷均衡分组分支对象数量；
所述负荷均衡分组分支对象的地址信息
所述负荷均衡分组的分组数目； 和 /或
所述负荷均衡分组识别信息。
其中， 所述负荷均衡组路由表信息包括： 分组标识， 分组识别信息， 和 / 或分组执行信息， 所述分组执行信息可以包括： 分组子分支对象的目标地址、 子分支对象负载权重信息、 子分支对象负载均衡策略、 和 /或子分组对象交换 出口端口。 在一优选实施例中， 在分层组织架构模型下， 负荷均衡模块可以包括多 个第一负荷均衡模块和一第二负荷均衡模块， 其中， 所述第一负荷均衡模块分别设置为收集各负荷均衡分组的负荷信息， 将 收集到的负荷信息上报给第二负荷均衡模块；
所述第二负荷均衡模块， 设置为汇总所有负荷均衡分组的负荷信息， 并 确定各负荷均衡分组的负荷权重信息。
图 5是本发明实施例的分层架构模型的示意图， 如图 5所示， 架构中负 荷均衡模块分为两层， 一层网络层负荷均衡模块（Net-LB ) , —层网元层负 荷均衡模块（Vnf-LB ) ， Net-LB 主要负责对虚拟网元进行负荷均衡操作， Vnf-LB负责对虚拟网元内虚拟机 VM的负荷均衡操作。 Vnf-LB负责对 VNF 内部的虚拟机负荷信息收集， Net-LB负责对 VNF整体负荷信息进行收集（如 VNF内虚拟机的平均负荷） 。 分层架构模型中， 两层的均衡模块进行数据收 集有如下优点： Vnf-LB可以降低 Net-LB的负荷分担； Vnf-LB可以屏蔽 VNF 内的虚拟机网络拓朴； 单 VNF内虚拟机负荷调整， 不会波及到其他 Vnf-LB。
在另一优选实施例中， 在虚拟网络功能架构模型下， 所述负荷均衡模块 包括： 第一负荷均衡模块， 设置为接收网络功能虚拟化编排器设置的虚拟网 元间负荷均衡负荷信息， 该负荷信息至少包含： 网络分组数目、 各分组中包 含的虚拟化网元功能的数目、 及各虚拟网元的能力信息或者负荷权重信息； 第二负荷均衡模块， 设置为接收虚拟网元功能管理器设置的虚拟网元内各虚 拟机间的负荷均衡负荷信息， 所述负荷信息至少包含： 虚拟网元功能中分组 数目、 各分组中包含的虚拟机数目、 及各虚拟机的能力信息或者负荷权重信 息。
图 6 是本发明实施例的网络虚拟化架构模型的示意图， 如图 6 所示，
Net-LB与网络功能虚拟化编排器（NFVO )相连， Vnf-LB与虚拟网元管理器 ( VNFM )相连， NFVO负责向 Net-LB设置 VNF间的负荷均衡， VNFM负 责向 Vnf-LB设置 VNF内虚拟机间的负荷均衡。
图 7为本发明实施例的负荷均衡的方法的流程图， 如图 7所示， 本实施 例的方法包括：
步骤 11、 收集负荷均衡对象的负荷信息， 根据负荷信息生成负荷均衡组 表；
步骤 12、 根据所述负荷均衡组表的信息生成负荷均衡组路由表； 步骤 13、 根据所述负荷均衡组路由表转发数据报文。
本发明实施例还提供一种计算机程序， 包括程序指令， 当该程序指令被 负荷均衡系统执行时， 使得该负荷均衡系统可执行上述方法。
本发明实施例还提供一种载有上述计算机程序的载体。
图 8是对应图 3架构模型下的创建负荷均衡分组路由表的流程图， 如图
8所示， 包括以下步骤：
步骤 701、 负荷均衡模块（LB )收集负荷信息， 该负荷信息可以包括：
1 )所需均衡的虚拟网元 VNF支持最大和最小实例数 (支持最大和最小 实例数是处理能力一种体现） ；
2 ) 同种 VNF数量；
3 )所需均衡的 VNF分组数量；
4 )所需均衡的 VNF地址信息， 如 IP地址、 MAC地址等； 5 )分组识别信息， 主要用于交换模块收到数据报文根据所述分组识别信 息判断其所属的 LB 分组， 分组识别信息根据所服务的业务类型， 可以设置 为目的 IP地址字段， 或目的 MAC ( Media Access Control, 媒体接入控制） 地址或等等， 分组识别信息可以由网络运维管理者通过网管后台设置。
步骤 702、 负荷均衡模块（LB )根据数据收集单元收集的负荷信息， 构 建负荷均衡组表， 组表包括： 组标识、 分组识别信息、 分组分支选择策略、 分组分支对象的地址信息 （包括 IP地址和 MAC地址信息） 、 分组分支的权 重信息， 每条分支权重信息均可以包括一个承载空间值。 承载空间值可以由 1 位或者多位数字构成， 并且分组内的各分支的承载空间按照递增的顺序进 行排列， 比如某分组共有 n条分支， 其中， 第 i条分支承载空间值为 L, 其代 表 至 L空间范围， 第一条分支的空间范围指 0至 L的空间范围。
本发明实施例的权重信息除了可以以承载空间方式体现， 也可以使用其 他如百分比格式， 为了简化描述， 在本发明实施例中后续文档中选用了承载 空间的方式；
LB组表生成单元向网络控制器 Controller请求创建 LB分组路由表， 请 求中携带负荷均衡组表信息。
步骤 703、 网络控制器（Controller )收到请求后， 根据所述负荷均衡组 表的信息生成负荷均衡组路由表；
网络控制器根据当前的网络拓朴信息和负荷均衡组表中 VNF地址信息， 查找与 VNF相关联的交换机（ Switch ) , 并为此交换机配置负荷均衡分组路 由表， 路由表格式可以如表 1所示。
负荷均衡分组路由表可以包括： 组标识信息、 组分支选择策略、 LB组表 分组识别信息、 和 /或 LB组表执行出口信息。 其中， LB分组识别信息可以包 括： 原目标 MAC地址、 原目标 IP地址、 和 /或入口端口等， 这些信息主要被 用于交换机识别分组； LB分组执行出口信息包括： 分支目标 IP地址、 目标 MAC地址、分支出口端口及权重信息，这里权重信息以负载空间为例，其中， 分支目标 IP地址和 MAC地址主要用于当 Switch根据负荷均衡策略选择分支 转发数据报文时， 根据需要可以把分支目标 IP地址和 MAC地址替换原报文 中的目的 IP地址和目的 MAC地址。 LB分组路由表中， 每个分组可以对应 1条或者多条分组识别信息， 同时 同一个组可以对应多条分支记录。
表 1
Figure imgf000013_0001
Controller下发 LB分组路由表至目标交换机 Switch上。
步骤 704、 交换模块存储收到的 LB分组路由表， 并向 Controller返回 LB 分组路由表下发完成应答。
步骤 705、 Controller向 LB返回 LB分组路由表创建完成。
图 9是对应图 5架构模型下的创建负荷均衡分组路由表的流程图， 包括 如下步骤：
步骤 801、 网元级负荷均衡模块（ Vnf-LB ) 负责收集 VNF网元内部各虚 拟机 LB负荷信息， 包含的内容如步骤 701所述， Vnf-LB负责生成 VNF网元 内的 LB分组表， 表包含的信息参考步骤 702所述；
Vnf-LB向 Net-LB上才艮其所收集的 LB负荷信息。
步骤 802、 Net-LB收到其子级 Vnf-LB上报的信息进行汇总， 同种类型分 组进行合并， 并重新分配权重， 如 VNF1和 VNF2之间属于负荷分担关系， Net-LB把 VNF1和 VNF2内功能相同的分组进行合并，生成一个更大的分组。 步骤 803-步骤 806同步骤 702-步骤 705。
步骤 807、 Net-LB向 Vnf-LB返回 LB分组设置成功。
图 10为本发明实施例的对应图 6架构模型下的创建负荷均衡分组路由表 的流程图， 如图 10所示， 包括以下步骤：
步骤 901、 NFVO向 Net-LB设置 VNF间负荷均衡负荷信息， 包含 VNF 的分组， 每个负荷信息包含： VNF信息、 各 VNF支持的能力信息（如最大支 持实例数、 最大接入会话数等）及 VNF对外呈现的地址信息等；
步骤 902-步骤 905同步骤 702-步骤 705;
步骤 906、 Net-LB向 NFVO返回 LB设置完成信息；
步骤 907、 VNFM向 Vnf-LB设置 VNF内各虚拟机 VM间负荷均衡负荷 信息， 信息中包含： VM的分组信息、 每个分组包含的 VM信息、 各 VM支 持的能力信息及各 VM的地址信息等；
步骤 908a、 Vnf-Net可以直接向 Controller请求创建 LB分组路由表； 或 者
步骤 908b-a-步骤 908b-b、 Vnf-Net可以经过 Net-LB转发向 Controller请 求创建 LB分组路由表；
步骤 909-步骤 910同步骤 703-步骤 704;
步骤 91 la、 Controller向 Vnf-LB返回创建 LB分组路由表完成； 或者 步骤 911b-a-步骤 911b-b、 Controller向 Net-LB返回创建 LB分组路由表 完成， 然后 Net-LB向 Vnf-LB返回创建 LB分组路由表完成；
步骤 912、 Vnf-LB向 VNFM返回 LB分组信息设置完成。
图 11是本发明实施例的根据 LB分组路由表路由的流程图，这里的 Switch 对应图 4的交换模块， 如图 11所示， 包括以下步骤：
步骤 1000、 Switch收到数据 文触发 LB流程；
步骤 1001、 switch收到数据报文， 首先根据 LB分组路由表中的分组识 别信息， 判断当前数据报文所属的分组， 如果没有找到相应的分组， 则返回， 退出 LB处理流程； 分组识别信息包含所需检测的关键字段，如根据目标地址信息进行判断， 或者根据目标端口等信息， switch获取数据报文中对应的关键字段值与 LB分 组路由表中分组识别信息进行匹配， 从而判断是否有所属的分组。
步骤 1002、 Switch根据分组负载均衡策略从 LB分组路由表中选择分组 子分支对象记录（即对应的路由） ， 替换数据报文中的原目标地址为所述分 组子分支对象记录中记载的目的地址信息， 并按该记录中的交换出口端口转 发所述数据报文。
替换目的地址信息这里可选， 在特殊场景下可以不替换。
图 12为本发明另一实施例的根据 LB分组路由表路由的流程图， 本实施 例基于承载空间负荷均衡算法确定路由， 利用该算法可以用于交换模块保证 同个用户的多个消息均从同一端口转发， 本实施例中， 交换模块收到数据报 文， 获取所述数据报文中的能区分用户的标识， 并根据所述的标识计算其所 属的承载空间， 所述转发模块并根据承载空间选择分组分支对象的交换出口 端口转发所述数据报文。
其中， 所述能区分用户的标识可以由所述数据报文中的源 IP地址， 或者 目的 IP地址， 或者报文载荷特点位置数据片段构成。
其中， 承载空间是用于均衡分组中各子分支对象的负荷比例， 由一位或 者多位数字组成， 所述分组分支对象对应的负荷比例等于其对应的承载空间 值减去上一个分支的承载空间值， 然后除以分组中最大的分支承载空间值。 所述分组中， 各分支对象的承载空间值是按从小至大的顺序排列， 所述分组 中的第一分支的负荷比例等于其对应的承载空间值减 0, 除以承载空间总和。
例如， 一负荷均衡分组中有 3支分支对象， 负荷比例分别为 20%、 30%、 50%, 那么这 3支分支对象的承载空间值分别为： 20、 50、 100。
其中， 确定所述数据报文所属的承载空间值包括， 对所述用户标识进行 哈希运算， 取哈希值末尾与承载空间相同位数， 并与所对应的分组中各承载 空间值进行比较， 当所述用户标识的哈希末尾值小于 i分支对象的承载空间 值 而大于所述 i-1分支对象的承载空间值 LBSw , 则确定所述数据报文 所属的承载空间值为 i分支对象的承载空间值， i=l时， LBSo=0。 如图 12所示， 可以包括以下步骤：
步骤 1100-步骤 1101同步骤 1000-步骤 1001 ;
步骤 1102、 Switch选择根据承载空间算法选择分组分支；
步骤 1103、 Switch获取数据报文中源 IP地址信息，并对其进行哈希取模， 取模的长度等于承载空间的长度；
步骤 1104、 比较 LB分组路由表对应组记录中分支承载空间值（ LBS, ) , 如果取模值大于 LBSw, 而小于 LBS,, 则选择 i分支， i=l时， LBS0=0;
步骤 1105、 替换数据 "^文中的原目标地址为所述分支对象记录中记载的 目的地址信息， 并按该记录中的交换出口端口转发所述数据报文。 所述目的 地址信息， 可以包括目的 IP地址及目的 MAC地址。
本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序 来指令相关硬件完成， 所述程序可以存储于计算机可读存储介质中， 如只读 存储器、 磁盘或光盘等。 可选地， 上述实施例的全部或部分步骤也可以使用 一个或多个集成电路来实现。 相应地， 上述实施例中的各模块 /单元可以釆用 硬件的形式实现， 也可以釆用软件功能模块的形式实现。 本发明不限制于任 何特定形式的硬件和软件的结合。
以上仅为本发明的优选实施例， 当然， 本发明还可有其他多种实施例， 在不背离本发明精神及其实质的情况下， 熟悉本领域的技术人员当可根据本 发明作出各种相应的改变和变形， 但这些相应的改变和变形都应属于本发明 所附的权利要求的保护范围。
工业实用性
本发明实施例提供的一种负荷均衡的方法及系统， 引入转发和控制分离 思想， 数据流旁路 LB, LB负责收集 VNF的性能数据， 并通过网络控制器北 向接口动态更改交换机中数据流权重， 进而降低 LB负荷， 避免 LB成为网络 瓶颈进。

Claims

权 利 要 求 书
1、 一种负荷均衡的方法， 包括：
收集负荷均衡对象的负荷信息， 根据所述负荷信息生成负荷均衡组表； 根据所述负荷均衡组表的信息生成负荷均衡组路由表；
根据所述负荷均衡组路由表转发数据报文。
2、 如权利要求 1所述的方法， 其中： 所述负荷信息至少包括： 负荷均衡分组分支对象的处理能力信息或负荷权重信息；
负荷均衡分组分支对象数量；
负荷均衡分组分支对象的地址信息；
负荷均衡分组的数目； 和 /或
负荷均衡分组的分组识别信息。
3、 如权利要求 1所述的方法， 其中： 所述收集负荷均衡对象的负荷信息 包括：
在分层组织架构模型下， 分别收集各负荷均衡分组的负荷信息； 再汇总所有负荷均衡分组的负荷信息， 并确定各负荷均衡分组的负荷权 重信息。
4、 如权利要求 1所述的方法， 其中： 所述收集负荷均衡对象的负荷信息 包括：
在虚拟网络功能架构模型下， 收集网络功能虚拟化编排器设置的虚拟网 元间的负荷信息；
收集虚拟网元管理器设置的虚拟网元内虚拟机间的负荷信息。
5、 如权利要求 1-4任一项所述的方法， 其中： 所述负荷均衡组路由表中 的信息至少包括：
分组标识、 分组识别信息、 子分支对象负载权重信息， 和 /或子分组对象 交换出口端口。
6、 如权利要求 5所述的方法， 其中： 所述分支对象负载权重信息由承载空间值表示， 所述负荷均衡组路由表 中的分支对象按承载空间值从小至大的顺序排列， 所述分支对象对应的负荷 比例等于所述分支对象对应的承载空间值减去上一个分支对象对应的承载空 间值， 然后除以分组中最大的分支承载空间值。
7、 如权利要求 6所述的方法， 其中： 所述根据所述负荷均衡组路由表转 发数据报文， 包括：
获取所述数据报文的用户标识；
根据所述用户标识确定所述数据报文所属的承载空间值；
根据所述承载空间值从所述负荷均衡路由表中选择对应的分组子分支对 象转发所述数据报文。
8、 如权利要求 7所述的方法， 其中： 所述根据所述用户标识确定所述数 据报文所属的承载空间值， 包括：
对所述用户标识进行哈希运算， 取指定位置处与所述承载空间值相同位 数的哈希值， 并与所对应分组中各承载空间值进行比较， 当所述哈希值小于 第 i分支对象的承载空间值， 而大于第 i-1分支对象的承载空间值， 则确定所 述数据报文所属的承载空间值为第 i分支对象的承载空间值， i为正整数， i=l 时， 第 0分支对象的承载空间值为 0。
9、 一种负荷均衡的系统， 包括负荷均衡模块， 网络控制器以及网络交换 模块， 其中：
所述负荷均衡模块设置为： 收集负荷均衡对象的负荷信息， 根据负荷信 息生成负荷均衡组表；
所述网络控制器设置为： 根据所述负荷均衡组表的信息生成负荷均衡组 路由表， 将所述负荷均衡路由表下发给交换模块； 所述网络交换模块设置为： 根据所述负荷均衡组路由表转发数据报文。
10、 如权利要求 9所述的系统， 其中： 所述负荷均衡模块收集的负荷信 息至少包括：
负荷均衡分组分支对象的处理能力信息或负荷权重信息；
负荷均衡分组分支对象数量； 负荷均衡分组分支对象的地址信息；
负荷均衡分组的数目； 和 /或 负荷均衡分组的分组识别信息。
11、 如权利要求 9所述的系统， 其中： 在在分层组织架构模型下， 所述 负荷均衡模块包括多个第一负荷均衡模块和第二负载均衡模块， 所述第一负荷均衡模块分别设置为收集各负荷均衡分组的负荷信息， 将 收集到的负荷信息上才艮给所述第二负荷均衡模块；
所述第二负荷均衡模块设置为： 汇总所有负荷均衡分组的负荷信息， 并 确定各负荷均衡分组的负荷权重信息。
12、 如权利要求 9所述的系统， 其中： 在虚拟网络功能架构模型下， 所 述负荷均衡模块包括： 第一负荷均衡模块， 其设置为： 收集网络功能虚拟化编排器设置的虚拟 网元间的负荷信息； 以及
第二负荷均衡模块， 其设置为： 收集虚拟网元管理器设置的虚拟网元内 各虚拟机间的负荷信息。
13、 如权利要求 9-12任一项所述的系统， 其中： 所述网络控制器生成负 荷均衡组路由表中的信息至少包括：
分组标识、 分组识别信息、 子分支对象负载权重信息和子分组对象交换 出口端口， 其中， 所述分支对象负载权重信息由承载空间值表示， 所述负荷均衡组路由表 中的分支对象按承载空间值从小至大的顺序排列， 所述分支对象对应的负荷 比例等于所述分支对象对应的承载空间值减去上一个分支对象对应的承载空 间值， 然后除以分组中最大的分支承载空间值。
14、 如权利要求 13所述的系统， 其中： 所述网络交换模块， 是设置为： 获取所述数据报文的用户标识； 根据所 述用户标识确定所述数据报文所属的承载空间值； 根据所述承载空间值从所 述负荷均衡路由表中选择对应的分组子分支对象转发所述数据报文。
15、 如权利要求 14所述的系统， 其中：
所述网络交换模块是设置为以如下方式根据所述用户标识确定所述数据 报文所属的承载空间值： 对所述用户标识进行哈希运算， 取指定位置处与所 述承载空间值相同位数的哈希值，并与所对应分组中各承载空间值进行比较， 当所述哈希值小于第 i分支对象的承载空间值， 而大于第 i-1分支对象的承载 空间值， 则确定所述数据报文所属的承载空间值为第 i分支对象的承载空间 值， i为正整数， i=l时， 第 0分支对象的承载空间值为 0。
16、 一种计算机程序， 包括程序指令， 当该程序指令被负荷均衡系统执 行时， 使得该负荷均衡系统可执行权利要求 1-8任一项所述的方法。
17、 一种载有权利要求 16所述计算机程序的载体。
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