數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的配置方法及其系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明掲露一種數(shù)據(jù)中屯、網(wǎng)絡(luò)的配置方法及其系統(tǒng)，特別是有關(guān)于一種在軟件定 義網(wǎng)絡(luò)（Software Defined化twork)下的網(wǎng)絡(luò)的配置方法及其系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái)隨著云端運(yùn)算的蓬勃發(fā)展，虛擬化（Virtualization)技術(shù)成為熱口的研 究議題，其中主機(jī)虛擬化由于可將單一實(shí)體主機(jī)轉(zhuǎn)化為多部共同運(yùn)作的虛擬主機(jī)（Virtual Machine, VM)，利用數(shù)臺(tái)主機(jī)執(zhí)行平行化運(yùn)算，來(lái)提供可靠的服務(wù)質(zhì)量。但虛擬化的技術(shù)應(yīng) 用于云端等級(jí)的網(wǎng)絡(luò)，需要巨量的運(yùn)算能力、內(nèi)存W及數(shù)據(jù)儲(chǔ)存空間。為此，斯坦福大學(xué)發(fā) 展了一種軟件定義網(wǎng)絡(luò)（Software Defined化twork，SDN)的系統(tǒng)，制定了 OpenFlow的架 構(gòu)。原目標(biāo)為延伸校園網(wǎng)絡(luò)的交換線路的可程序規(guī)劃特性，并提供對(duì)應(yīng)的虛擬平臺(tái)。一般而 言，軟件定義網(wǎng)絡(luò)包含一個(gè)集中式的控制機(jī)（Controller)和數(shù)W萬(wàn)計(jì)的交換機(jī)（Switch) 組合而成，運(yùn)些交換機(jī)相互連接，并提供傳輸路徑至所有的實(shí)體機(jī)器上。而運(yùn)種連結(jié)關(guān)系為 一種拓?fù)浼軜?gòu)，運(yùn)種拓?fù)浼軜?gòu)同時(shí)也構(gòu)成了軟件定義網(wǎng)絡(luò)下的數(shù)據(jù)中屯、值ate Center)系 統(tǒng)。
[0003] 目前的云端網(wǎng)絡(luò)使用軟件定義網(wǎng)絡(luò)下的數(shù)據(jù)中心會(huì)面臨到幾個(gè)關(guān)鍵的問(wèn)題。第 一，在數(shù)據(jù)中屯、下的實(shí)體機(jī)器利用數(shù)個(gè)交換機(jī)與另一臺(tái)實(shí)體機(jī)器建立連接，然而運(yùn)個(gè)連結(jié) 的跳距化OP Distance)如果未被優(yōu)化，則數(shù)據(jù)中屯、最上層的核屯、交換機(jī)（Core Switch)將 容易遭遇到通信量擁擠（Traffic Congestion)的情況，并導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)等待時(shí)間增加。第二， 實(shí)體機(jī)器上所使用的交換機(jī)數(shù)量如果未被優(yōu)化，則會(huì)導(dǎo)致功率損耗的問(wèn)題。第S，在兩臺(tái)實(shí) 體機(jī)器上互相傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，是利用數(shù)個(gè)交換機(jī)建立連結(jié)，然而，當(dāng)某個(gè)交換機(jī)產(chǎn)生通信量擁 擠時(shí)，利用該交換機(jī)的傳輸速度就會(huì)大幅降低。此時(shí)，若沒(méi)有一個(gè)優(yōu)化的重新路由機(jī)制，其 數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐掏铝浚═hrou曲put)亦會(huì)下降而導(dǎo)致聯(lián)機(jī)質(zhì)量劣化。
[0004] 因此，發(fā)展一種數(shù)據(jù)中屯、網(wǎng)絡(luò)的配置方法及其系統(tǒng)，能同時(shí)在上述=個(gè)傳輸問(wèn)題 中找出平衡的優(yōu)化解，是非常重要的。

【發(fā)明內(nèi)容】
陽(yáng)〇化]本發(fā)明一實(shí)施例提出一種數(shù)據(jù)中屯、網(wǎng)絡(luò)的配置方法，包含依據(jù)數(shù)據(jù)中屯、網(wǎng)絡(luò)的拓 撲信息，將數(shù)據(jù)中屯、網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的多個(gè)虛擬機(jī)分為多個(gè)群組，將每一群組的多個(gè)虛擬機(jī)分配至 數(shù)據(jù)中屯、網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的多個(gè)服務(wù)機(jī)，依據(jù)數(shù)據(jù)中屯、網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的每一交換機(jī)的傳輸流量，分配該些 服務(wù)機(jī)相互的傳輸路徑。
[0006] 本發(fā)明另一實(shí)施例提出一種數(shù)據(jù)中屯、網(wǎng)絡(luò)的配置系統(tǒng)，包含多個(gè)交換機(jī)、多個(gè)服 務(wù)機(jī)、多個(gè)虛擬機(jī)及控制機(jī)。該些交換機(jī)中的每一交換機(jī)依據(jù)拓?fù)湫畔⑾嗷ミB接，該些服 務(wù)機(jī)連接于該些交換機(jī)，該些虛擬機(jī)連接于該些服務(wù)機(jī)，控制機(jī)連結(jié)于該些交換機(jī)、該些服 務(wù)機(jī)及該些虛擬機(jī)，其中控制機(jī)依據(jù)數(shù)據(jù)中屯、網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)湫畔?，將?shù)據(jù)中屯、網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的多個(gè) 虛擬機(jī)分為多個(gè)群組，控制機(jī)將每一群組的多個(gè)虛擬機(jī)分配至數(shù)據(jù)中屯、網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的多個(gè)服務(wù) 機(jī)，并依據(jù)數(shù)據(jù)中屯、網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的每一交換機(jī)的傳輸流量，分配該些服務(wù)機(jī)相互的傳輸路徑。
【附圖說(shuō)明】
[0007]圖1是本發(fā)明的軟件定義網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)中屯、的實(shí)施例的架構(gòu)圖。 陽(yáng)00引圖2是圖1實(shí)施例的網(wǎng)絡(luò)配置方法的流程圖。
[0009] 圖3是圖1實(shí)施例中，降低路由距離方法的示意圖。
[0010] 圖4是圖1實(shí)施例中，重新路由的方法的示意圖。 W11] 組件標(biāo)號(hào)說(shuō)明： 陽(yáng)〇1引 100 數(shù)據(jù)中屯、 陽(yáng)01引 1至12 交換機(jī)
[0014] 13 服務(wù)機(jī) 陽(yáng)01引 14、16、17 虛擬機(jī)
[0016] 15 控制機(jī)
[0017] S201 至 S203 步驟 陽(yáng)0化]Gl 第一群組
[0019] G2 第二群組
【具體實(shí)施方式】
[0020] 圖1是本發(fā)明的軟件定義網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)中屯、的實(shí)施例的架構(gòu)圖。如圖1所示，數(shù)據(jù) 中屯、100包含多個(gè)核屯、層交換機(jī)10、多個(gè)聚合層交換機(jī)11、多個(gè)邊緣層交換機(jī)12、多個(gè)服 務(wù)機(jī)13、多個(gè)虛擬機(jī)14 W及控制機(jī)15。在本實(shí)施例中，數(shù)據(jù)中屯、100是W寬樹(shù)狀拓?fù)湫畔?(Fat-Tree In化rmation)建置，具有=層交換機(jī)的結(jié)構(gòu)，多個(gè)核屯、層交換機(jī)10為拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 最上層的交換機(jī)，多個(gè)聚合層交換機(jī)11為拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中間層的交換機(jī)，而多個(gè)邊緣層交換機(jī) 12為拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)最下層的交換機(jī)。=層的交換機(jī)W圖1的方式相互連結(jié)。而多個(gè)服務(wù)機(jī)13 在本實(shí)施例中為實(shí)體機(jī)器（Physical Machine)，成對(duì)的服務(wù)機(jī)13利用交換機(jī)建立傳輸路 徑后即可傳輸數(shù)據(jù)。虛擬機(jī)14是為每一個(gè)用戶所使用的非實(shí)體機(jī)器，運(yùn)些虛擬機(jī)14會(huì)依 附在服務(wù)機(jī)13之下，使用服務(wù)機(jī)13的硬件資源W及帶寬。舉例來(lái)說(shuō)，在圖2中，最左邊的 服務(wù)機(jī)13之下執(zhí)行了 3個(gè)虛擬機(jī)14,而運(yùn)=個(gè)虛擬機(jī)14可利用最左邊的服務(wù)機(jī)13傳輸 數(shù)據(jù)至別的虛擬機(jī)。控制機(jī)15連結(jié)于所有的交換機(jī)10至12、服務(wù)機(jī)13及虛擬機(jī)14, W用 來(lái)控管整個(gè)數(shù)據(jù)中屯、100的分配和傳輸流量。然而，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中屯、并未將成對(duì)的服務(wù)機(jī)13 連接路徑的跳距化OP Distance)優(yōu)化，且未將每個(gè)服務(wù)機(jī)13上所配置的虛擬機(jī)14數(shù)量?jī)?yōu) 化，亦未考慮當(dāng)某個(gè)交換機(jī)10、11或12產(chǎn)生通信量擁擠時(shí)，避免傳輸速度大幅降低的優(yōu)化 的重新路由（Reroute)機(jī)制。因此整個(gè)傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中屯、做數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽慷容^差且耗能較 高。為了同時(shí)改善傳輸帶寬、可靠度W及降低耗能，本發(fā)明提出一種數(shù)據(jù)中屯、100網(wǎng)絡(luò)的配 置方法，而其步驟將詳述于下。
[0021] 圖2為本發(fā)明的數(shù)據(jù)中屯、100網(wǎng)絡(luò)的配置方法的流程圖。在圖2中，數(shù)據(jù)中屯、100 網(wǎng)絡(luò)的配置方法包含=個(gè)步驟S201至S203,為下所示： 陽(yáng)022] S201 :依據(jù)數(shù)據(jù)中屯、網(wǎng)絡(luò)100的拓?fù)湫畔ⅲ瑢?shù)據(jù)中屯、網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的多個(gè)虛擬機(jī)14分 為多個(gè)群組；
[0023] S202 :將每一群組的多個(gè)虛擬機(jī)14分配至數(shù)據(jù)中屯、網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的多個(gè)服務(wù)機(jī)13 ;及
[0024] S203 :依據(jù)數(shù)據(jù)中屯、100網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的每一交換機(jī)10至12的傳輸流量，分配該些服務(wù) 機(jī)13相互的傳輸路徑。
[0025] 在數(shù)據(jù)中屯、100網(wǎng)絡(luò)的配置方法的流程圖中，步驟S201是將數(shù)據(jù)中屯、網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的多 個(gè)虛擬機(jī)14執(zhí)行重新分組的步驟，其目的是為了要降低跳距化op Distance Reaction)。 步驟S202是將服務(wù)機(jī)13的硬件資源重新分配至多個(gè)虛擬機(jī)14上，其目的是為了要節(jié) 省能源消耗巧nergy Saving)。步驟S203是將服務(wù)機(jī)13相互的傳輸路徑執(zhí)行重新路由 (Reroute)的規(guī)劃，其目的是為了讓服務(wù)機(jī)13的間的流量負(fù)載平衡化oad Balancing)。因 此，本發(fā)明的數(shù)據(jù)中屯、100網(wǎng)絡(luò)的配置方法可W視為同時(shí)考慮跳距、能源消耗W及流量負(fù) 載平衡的優(yōu)化的算法。而步驟S201至步驟S203的過(guò)程和原理將詳述于下。
[0026] 請(qǐng)參閱圖3,圖3為圖2的數(shù)據(jù)中屯、100執(zhí)行步驟201 W降低跳距的示意圖。在 此步驟中，數(shù)據(jù)中屯、100的虛擬機(jī)14會(huì)被分為兩個(gè)群組（本發(fā)明不W此為限，其它實(shí)施例 可W分為N個(gè)群組，N為大于2的正整數(shù)）。第一群組Gl內(nèi)包含多個(gè)虛擬機(jī)16,第二群組 G2內(nèi)包含多個(gè)虛擬機(jī)17。每一個(gè)群組中的數(shù)據(jù)傳輸相關(guān)性是很高的，意即同一群組內(nèi)的虛 擬機(jī)，會(huì)W較高機(jī)率傳輸數(shù)據(jù)至同一群組內(nèi)的另外一臺(tái)虛擬機(jī)。而兩個(gè)不同群組中數(shù)據(jù)傳 輸相關(guān)性較低，意即第一群組Gl內(nèi)的虛擬機(jī)16傳輸數(shù)據(jù)至第二群組內(nèi)G2的虛擬機(jī)17的 機(jī)率較低。而運(yùn)兩個(gè)群組Gl和G2如何由圖1中原始的數(shù)據(jù)中屯、100區(qū)分出來(lái)，將描述于 下。圖3的數(shù)據(jù)中屯、100具有多個(gè)服務(wù)機(jī)13,假設(shè)運(yùn)些服務(wù)機(jī)13的索引值（Index)為1至 M，M為正整數(shù)。此時(shí)，因?yàn)樵跀?shù)據(jù)中屯、100,成對(duì)的服務(wù)機(jī)13會(huì)利用數(shù)個(gè)交換機(jī)建立連接路 徑后，即可傳輸數(shù)據(jù)。因此，成對(duì)的服務(wù)機(jī)13對(duì)應(yīng)的連接路徑，會(huì)對(duì)應(yīng)一個(gè)所使用交換機(jī)數(shù) 目的數(shù)值，運(yùn)個(gè)數(shù)值稱為跳線數(shù)目化OP Number)。因此，第i個(gè)服務(wù)機(jī)13經(jīng)由數(shù)個(gè)交換機(jī) 對(duì)第j個(gè)服務(wù)機(jī)13進(jìn)行傳輸時(shí)，其跳線數(shù)目可由控制機(jī)15得知，在運(yùn)里假設(shè)為hi,。因此， 在圖1的數(shù)據(jù)中屯、100中，可W將所有服務(wù)機(jī)13傳輸?shù)奶€數(shù)目表示為一個(gè)中繼點(diǎn)數(shù)量矩 陣，為下：
[0027]
[00測(cè)其中H為中繼點(diǎn)數(shù)量矩陣，中繼點(diǎn)數(shù)量矩陣H為對(duì)稱矩陣化=的且其中每一個(gè) 元素都是實(shí)數(shù)。再者，中繼點(diǎn)數(shù)量矩陣H的對(duì)角線值iagonal)值部分為0,運(yùn)個(gè)原因是當(dāng) 服務(wù)機(jī)將數(shù)據(jù)傳至自己本身時(shí)，是不需要經(jīng)過(guò)交換機(jī)的。當(dāng)中繼點(diǎn)數(shù)量矩陣H建置完成后， 會(huì)依據(jù)中繼點(diǎn)數(shù)量矩陣H，建立對(duì)應(yīng)的傳輸負(fù)載量矩陣，定義為下。當(dāng)?shù)趇個(gè)服務(wù)機(jī)13經(jīng) 由數(shù)個(gè)交換機(jī)對(duì)第j個(gè)服務(wù)機(jī)13進(jìn)行傳輸時(shí)，其傳輸負(fù)載量（Traffic Load)可由控制機(jī) 15得知，在運(yùn)里假設(shè)為Ii,。因此，在圖2的數(shù)據(jù)中屯、100中，可W將所有服務(wù)機(jī)13的傳輸 負(fù)載量表不為一個(gè)傳輸負(fù)載量矩陣，為下：
[0029]
[0030] 其中L為傳輸負(fù)載量矩陣，傳輸負(fù)載量矩陣L為對(duì)稱矩陣化=LT)且其中每一個(gè) 元素都是實(shí)數(shù)。再者，傳輸負(fù)載量矩陣L的對(duì)角線值iagonal)值部分為0,運(yùn)個(gè)原因是因 為服務(wù)機(jī)若將數(shù)據(jù)傳至自己本身，是不需要經(jīng)過(guò)交換機(jī)傳輸?shù)?。根?jù)中繼點(diǎn)數(shù)量矩陣H W 及傳輸負(fù)載量矩陣以可W經(jīng)由一些傳輸指針將服務(wù)機(jī)W及對(duì)應(yīng)所使用的虛擬機(jī)分組。舉 例來(lái)說(shuō)，計(jì)算中繼點(diǎn)數(shù)量矩陣H每一列（Row)上數(shù)值的總和，為:的數(shù)值意 O 義即為第i個(gè)服務(wù)器連外的所有路徑所用的交換機(jī)數(shù)量總和；計(jì)算傳輸負(fù)載量矩陣L每一 列（Row)上數(shù)值的總和，D 的數(shù)值意義即為第i個(gè)服務(wù)器連外的所有路徑的 傳輸負(fù)載量的總和。因此，根據(jù)中繼點(diǎn)數(shù)量矩陣H W及傳輸負(fù)載量矩陣L的特性，可W將交 換機(jī)進(jìn)行如圖3的分組。在圖3中，因?yàn)橥蝗航M內(nèi)的虛擬機(jī)，會(huì)W較高機(jī)率傳輸數(shù)據(jù)至同 一群組內(nèi)的另外一臺(tái)虛擬機(jī)。兩個(gè)不同群組中數(shù)據(jù)傳輸相關(guān)性較低。因此在圖3的數(shù)據(jù)中 屯、100,其跨組傳輸所必須經(jīng)過(guò)的核屯、層交換機(jī)10的使用率就會(huì)大幅降低，故可W減低網(wǎng) 絡(luò)擁擠的機(jī)率。并且，由于虛擬機(jī)W較高機(jī)率在同一組內(nèi)傳輸數(shù)據(jù)，因此，無(wú)論是第一群組 Gl內(nèi)的虛擬機(jī)16,或是第二群組G2內(nèi)的虛擬機(jī)16,均能W較短路徑傳輸數(shù)據(jù)。因此，