CN105282191B - 负载均衡系统、控制器和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种负载均衡系统、控制器和方法，涉及云计算技术领域。该系统包括：集中部署的负载均衡控制器，从负载均衡器获得全网中的负载均衡集群的拓扑信息和数据流量信息；根据负载均衡策略为各个负载均衡器生成数据流的转发表项，将转发表项通过统一的控制接口发送给分散部署的各个负载均衡器；负载均衡器根据转发表项将数据流分发给后台的服务器。该系统、控制器和方法，以集中化的方式对网络中分散部署的负载均衡器进行控制，将传统的分散在各个负载均衡设备中的负载均衡逻辑统一纳入到集中的负载均衡控制器中，避免了传统负载均衡难以统一管理的问题，有助于降低管理难度，并且为从全局角度改进网络的负载均衡效果提供了很好地支持。

Description

负载均衡系统、控制器和方法

技术领域

本发明涉及云计算技术领域，特别涉及一种负载均衡系统、控制器和方法。

背景技术

负载均衡的核心思想是将大量的并发访问或者数据流量分担到网络数据链路以及负载均衡集群中的多台节点设备上分别处理，以达到降低网络拥塞程度、减少用户等待服务响应的时间。在当前的网络中，负载均衡设备被广泛部署和应用，是提升网络服务质量的重要手段。

在传统的网络架构中，负载均衡设备通常被部署在各个业务处理节点服务器集群的入口。每个支持负载均衡的服务器集群中都存在多台服务器通过网络连接在一起，并由部署在集群前端部署的负载均衡设备根据预先配置的负载均衡策略将用户发起的业务请求在集群中分发。因此，用户请求报文将首先被发送给负载均衡设备的IP地址。该地址被称作虚拟IP地址，主要是因为它并不负责处理实际的业务操作，而位于负载均衡设备后端的业务处理节点则被称作真实服务器。负载均衡设备会将用户请求中的目的地址改写为它选定的真实服务器的地址，从而满足用户的访问需求。

现有的负载均衡设备通常分散部署在各个服务器集群中，所以它们在部署和管理上复杂度较高。同时，每台负载均衡设备都需要运行负载均衡算法，进而针对其接收到的数据包进行负载均衡调度，因此需要较高的处理功能和处理性能，增加了设备的设计复杂度和制造成本。

发明内容

本发明的发明人发现上述现有技术中存在问题，并因此针对所述问题中的至少一个问题提出了一种新的技术方案。

本发明的一个目的是提供一种用于全局负载均衡的技术方案。

根据本发明的第一方面，提供了一种负载均衡系统，包括：

集中部署的负载均衡控制器，用于从负载均衡器获得全网中的负载均衡集群的拓扑信息和数据流量信息；根据负载均衡策略为各个负载均衡器生成数据流的转发表项，将所述转发表项通过统一的控制接口发送给分散部署的各个负载均衡器；

负载均衡器，用于接收来自所述负载均衡控制器的所述转发表项，根据所述转发表项将数据流分发给后台的服务器。

可选地，负载均衡器分散地部署在各个负载均衡集群中。

可选地，负载均衡器在网络中的部署方式包括通过交换机联接服务器、直联服务器或旁挂交换机。

可选地，负载均衡控制器通过调用负载均衡器控制接口，获得全网中的负载均衡集群的拓扑信息和数据流量信息，根据当前网络中的用户请求的流量负载情况，利用负载均衡算法及参数配置对数据流的传递进行调度，根据调度结果生成转发表项，将转发表项下发给负载均衡器。

可选地，负载均衡控制器和负载均衡器之间通过负载均衡器控制接口进行信息交换，采用的控制协议包括控制器下发消息、异步消息和对称消息。

根据本发明的另一方面，提供一种负载均衡控制器，负载均衡控制器在网络中集中部署，包括：

拓扑流量信息获取模块，用于从分散部署的负载均衡器获得全网的负载均衡集群的拓扑信息和数据流量信息；

负载均衡调度模块，用于根据当前网络中的用户请求的流量负载情况，利用负载均衡算法及参数配置对数据流的传递进行调度，根据调度结果生成转发表项；

转发表项下发模块，用于将所述转发表项通过统一的控制接口发送给分散部署的各个负载均衡器，以便负载均衡器根据所述转发表项将数据流分发给后台的服务器。

可选地，该负载均衡控制器还包括：负载均衡器控制接口，用于所述负载均衡控制器和负载均衡器之间进行信息交换，采用的控制协议包括控制器下发消息、异步消息和对称消息。

可选地，该负载均衡控制器还包括：负载均衡系统管控接口，用于负载均衡调度算法的参数设置。

根据本发明的又一方面，提供一种负载均衡方法，包括：

集中部署的负载均衡控制器从负载均衡器获得全网中的负载均衡集群的拓扑信息和数据流量信息；

负载均衡控制器根据负载均衡策略为各个负载均衡器生成数据流的转发表项，将所述转发表项通过统一的控制接口发送给分散部署的各个负载均衡器；

负载均衡器根据所述转发表项将数据流分发给后台的服务器。

可选地，负载均衡器分散地部署在各个负载均衡集群中。

可选地，负载均衡器在网络中的部署方式包括通过交换机联接服务器、直联服务器或旁挂交换机。

可选地，负载均衡控制器和负载均衡器之间通过负载均衡器控制接口进行信息交换，采用的控制协议包括控制器下发消息、异步消息和对称消息。

本发明的一个优点在于，以集中化的方式对网络中分散部署的负载均衡器进行控制，将传统的分散在各个负载均衡设备中的负载均衡逻辑统一纳入到集中的负载均衡控制器中，避免了传统负载均衡难以统一管理的问题，降低了管理难度，为从全局角度改进网络的负载均衡效果提供了很好地支持。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

构成说明书的一部分的附图描述了本发明的实施例，并且连同说明书一起用于解释本发明的原理。

参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本发明，其中：

图1是根据本发明的支持全局控制的负载均衡系统的一个实施例的系统示意图；

图2是根据本发明的负载均衡控制器一个实施例的结构示意图；

图3是根据本发明的负载均衡控制器另一个实施例的结构示意图；

图4是根据本发明的负载均衡方法的一个实施例的流程图；

图5是根据本发明的实现集中控制的负载均衡网络服务拓扑架构示意图。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

图1是根据本发明的支持全局控制的负载均衡系统的一个实施例的系统示意图。

如图1所示，该负载均衡系统包括集中部署的负载均衡控制器11、分散部署的负载均衡器121、131、141等。负载均衡控制器11与负载均衡器121、131、141之间通过控制接口进行交互。其中，负载均衡器在网络中的部署方式包括:通过交换机联接服务器(如负载均衡器121通过交换机122联接服务器)、直联服务器(如负载均衡器131直连服务器，未经过交换机132)、旁挂交换机(如负载均衡器141旁挂交换机142)等方式。在一个实施例中，负载均衡器121、131、141分别分散部署在各个负载均衡集群12、13和14中。

上述实施例中，通过集中部署的负载均衡控制器通过统一的控制接口对网络中的负载均衡器进行集中控制，避免了传统负载均衡器不能支持统一配置的问题。

(1)负载均衡控制器

本公开的负载均衡控制器在网络中集中部署，它通过调用统一的控制接口，拥有全网的负载均衡集群的工作信息，并根据负载均衡算法的调度结果形成转发表项将其下发给负载均衡器。

图2是负载均衡控制器一个实施例的结构示意图。如图2所示，负载均衡控制器通过调用负载均衡器控制接口，获得全网中的负载均衡集群的拓扑和数据流量信息，并根据当前网络中的用户请求的流量负载情况，利用相应的负载均衡算法及参数配置对数据流的传递进行调度，进而根据调度结果生成转发表项并将其下发给负载均衡器。同时，新增的负载均衡决策信息将被增加到全网的负载均衡集群信息库中。

利用负载均衡控制器提供的集中化控制能力，负载均衡器能够被统一的控制和管理。负载均衡控制器在对各个数据流中的源地址、目的地址信息进行分析的基础上，通过负载均衡算法的运行，为其选择一个合适的真实服务器节点提供服务，以充分合理地利用资源。

负载均衡控制器中的负载均衡调度算法部分是确保负载均衡效果的关键，它们都采用了模块化的软件实现方法，各个负载均衡调度算法模块可以根据用户的需要自动配置和加载。另外，负载均衡控制器支持对外开放丰富的管理控制API，提供负载均衡系统管控接口，进行例如负载均衡调度算法的参数设置等等，使得应用能够便捷地按需调用负载均衡能力，体现负载均衡服务的开放性。

(2)负载均衡器

本公开提出的负载均衡器是“去智能化”的负载均衡设备。负载均衡算法决策统一由集中化的负载均衡控制器完成，负载均衡器的主要工作是把从虚拟地址接收到的数据包按照负载均衡控制器下发的转发规则(转发表)分发到后台的服务器上，因此，负载均衡器的最基本构成是一组转发表，以供其对接收到的数据包的源MAC、源IP等信息进行匹配。

如果发生匹配，则按照负载均衡控制器下发的策略将数据包进行改写(例如将数据包的目的MAC、目的IP、目的TCP/IP端口等网络信息改写为后台服务器的相关信息)，使其能够被转发给相应的真实服务器进行处理；如果没有发生匹配，那么相关数据包将被上传给负载均衡控制器，由负载均衡控制器对数据包的内容进行分析，并根据其中包含的访问需求为其选定合适的服务器，并将相关信息封装为转发表项下发给相应的负载均衡器。

(3)控制协议

本公开提出的控制协议是用来描述负载均衡控制器和负载均衡器之间进行信息交互的标准接口。其主要功能包括用于集中控制的负载均衡控制器向分散部署的“去智能化”的负载均衡器下发转发策略，从负载均衡器采集其工作状态，维持全网的负载均衡拓扑等等。

控制协议是一组信息的集合，它主要支持三种消息类型：控制器下发消息、异步消息和对称消息。其中，控制器下发消息由负载均衡控制器发起，用来管理或获取负载均衡器的状态；异步消息由负载均衡器发起，用来将网络事件(例如不被匹配的数据包)或交换机状态变化更新到负载均衡控制器；对称消息可由交换机或负载均衡控制器发起。

控制协议的各类消息的设置和功能如表1所示。

表1控制协议消息

上述实施例中提供的基于集中控制的负载均衡系统，包括：

(1)集中部署的负载均衡控制器，主要负责负载均衡的统一控制和管理，实现负载均衡决策和负载均衡器转发表的生成与下发；

(2)“去智能化”的负载均衡器根据控制器下发的转发表实现数据流量在真实服务器之间的分发；

(3)统一的标准化控制协议，用于负载均衡控制器和负载均衡器之间的交互，支持负载均衡系统的统一控制。

图3是根据本发明的负载均衡控制器另一个实施例的结构示意图。如图3所示，该负载均衡控制器包括：拓扑流量信息获取模块31，用于从分散部署的负载均衡器获得全网的负载均衡集群的拓扑信息和数据流量信息；负载均衡调度模块32，用于根据当前网络中的用户请求的流量负载情况，利用负载均衡算法及参数配置对数据流的传递进行调度，根据调度结果生成转发表项；转发表项下发模块33，用于将转发表项通过统一的控制接口发送给分散部署的各个负载均衡器，以便负载均衡器根据转发表项将数据流分发给后台的服务器。

在一个实施例中，负载均衡控制器还包括：负载均衡器控制接口，用于负载均衡控制器和负载均衡器之间进行信息交换，采用的控制协议包括控制器下发消息、异步消息和对称消息。在一个实施例中，还包括：负载均衡系统管控接口，用于负载均衡调度算法的参数设置。

图4是根据本发明的负载均衡方法的一个实施例的流程图。

如图4所示，步骤402，集中部署的负载均衡控制器从负载均衡器获得全网中的负载均衡集群的拓扑信息和数据流量信息。负载均衡控制器和负载均衡器之间通过负载均衡器控制接口进行信息交换，采用的控制协议包括控制器下发消息、异步消息和对称消息。

步骤404，负载均衡控制器根据负载均衡策略为各个负载均衡器生成数据流的转发表项，将转发表项通过统一的控制接口发送给分散部署的各个负载均衡器。负载均衡器分散地部署在各个负载均衡集群中。

步骤406，负载均衡器根据转发表项将数据流分发给后台的服务器。负载均衡器在网络中的部署方式包括通过交换机联接服务器、直联服务器或旁挂交换机。

采用本公开提出的方法可以有效地在网络中实现基于集中控制的负载均衡。典型的网络服务拓扑架构如图5所示。

如图5所示，负载均衡器521、服务器B、服务器C构成了负载均衡集群52。集中部署的负载均衡控制器51负责对分散部署在负载均衡集群中的负载均衡器进行统一控制和管理。

当服务器A首次利用视频内容url地址发起对相应内容的访问，其对应的域名地址将被解析为Web站点负载均衡集群中负载均衡器的虚拟IP地址。进而服务器A的后续请求数据包都将发向该虚拟IP地址。因为这是服务器A首次对虚拟IP地址进行访问，负载均衡器中没有相关的转发表项能够与该数据流匹配，所以负载均衡器将通过Packet-in消息将数据包发给负载均衡控制器。负载均衡控制器在收到数据包后，从中解析出数据包的源地址、目的地址等二层三层网络信息以及TCP/UDP端口、会话类型等四层至七层网络信息，进而通过查看当前对应集群中的负载均衡相关信息，例如发现服务器B比服务器C拥有更少的用户访问链接，于是决定将其由负载均衡器指派给服务器B。该决策将由负载均衡控制器生成相应的转发表项下发给负载均衡器，负载均衡器则根据该表项将来自服务器A的请求的目的地址等信息改写为服务器B的相关内容，实现服务请求的负载均衡。

本公开的负载均衡系统和方法，以集中化的方式对网络中分散部署的负载均衡器进行控制，将传统的分散在各个负载均衡设备中的负载均衡逻辑统一纳入到集中的负载均衡控制器中，避免了传统负载均衡难以统一管理的问题，有助于降低管理难度，并且为从全局角度改进网络的负载均衡效果提供了很好地支持。进一步，实现了负载均衡器的“去智能化”，有助于降低其工作复杂度，进而达到降低设备成本、提升性能的效果。

至此，已经详细描述了根据本发明的负载均衡系统、控制器和方法。为了避免遮蔽本发明的构思，没有描述本领域所公知的一些细节。本领域技术人员根据上面的描述，完全可以明白如何实施这里公开的技术方案。

可能以许多方式来实现本发明的方法和系统。例如，可通过软件、硬件、固件或者软件、硬件、固件的任何组合来实现本发明的方法和系统。用于所述方法的步骤的上述顺序仅是为了进行说明，本发明的方法的步骤不限于以上具体描述的顺序，除非以其它方式特别说明。此外，在一些实施例中，还可将本发明实施为记录在记录介质中的程序，这些程序包括用于实现根据本发明的方法的机器可读指令。因而，本发明还覆盖存储用于执行根据本发明的方法的程序的记录介质。

虽然已经通过示例对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。

Claims (9)

1.一种负载均衡系统，其特征在于，包括：

集中部署的负载均衡控制器，用于从负载均衡器获得全网中的负载均衡集群的拓扑信息和数据流量信息；根据负载均衡策略为各个负载均衡器生成数据流的转发表项，将所述转发表项通过统一的控制接口发送给分散部署的各个负载均衡器；

负载均衡器，用于接收来自所述负载均衡控制器的所述转发表项，根据所述转发表项将数据流分发给后台的服务器；

所述负载均衡控制器通过调用负载均衡器控制接口，获得全网中的负载均衡集群的拓扑信息和数据流量信息，根据当前网络中的用户请求的流量负载情况，利用负载均衡算法及参数配置对数据流的传递进行调度，根据调度结果生成转发表项，将转发表项下发给负载均衡器；

所述负载均衡器还用于：根据转发表项对接收到的数据包的信息进行匹配；如果匹配，则将该数据包的目的地址信息改写为服务器的地址信息，将该数据包转发至服务器进行处理；如果没有匹配，则将该数据包上传至负载均衡控制器；

所述负载均衡控制器还用于：分析数据包的内容，根据数据包中包含的访问需求为数据包选择服务器，并将相关信息封装为转发表项下发给相应的负载均衡器。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，负载均衡器在网络中的部署方式包括通过交换机联接服务器、直联服务器或旁挂交换机；

和/或

负载均衡器分散地部署在各个负载均衡集群中。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述负载均衡控制器和负载均衡器之间通过负载均衡器控制接口进行信息交换，采用的控制协议包括控制器下发消息、异步消息和对称消息。

4.一种负载均衡控制器，其特征在于，在网络中集中部署，所述负载均衡控制器包括：

拓扑流量信息获取模块，用于从分散部署的负载均衡器获得全网的负载均衡集群的拓扑信息和数据流量信息；

负载均衡调度模块，用于根据当前网络中的用户请求的流量负载情况，利用负载均衡算法及参数配置对数据流的传递进行调度，根据调度结果生成转发表项；

转发表项下发模块，用于将所述转发表项通过统一的控制接口发送给分散部署的各个负载均衡器，以便负载均衡器根据所述转发表项将数据流分发给后台的服务器；分析数据包的内容，根据数据包中包含的访问需求为数据包选择服务器，并将相关信息封装为转发表项下发给相应的负载均衡器；所述数据包是由负载均衡器根据所述转发表项没有匹配到该数据包的信息后上传至负载均衡控制器的；如果匹配，则负载均衡器将该数据包的目的地址信息改写为服务器的地址信息，将该数据包转发至服务器进行处理。

5.根据权利要求4所述的负载均衡控制器，其特征在于，还包括：

负载均衡器控制接口，用于所述负载均衡控制器和负载均衡器之间进行信息交换，采用的控制协议包括控制器下发消息、异步消息和对称消息。

6.根据权利要求4所述的负载均衡控制器，其特征在于，还包括：负载均衡系统管控接口，用于负载均衡调度算法的参数设置。

7.一种负载均衡方法，其特征在于，包括：

集中部署的负载均衡控制器从负载均衡器获得全网中的负载均衡集群的拓扑信息和数据流量信息；

负载均衡控制器根据负载均衡策略为各个负载均衡器生成数据流的转发表项，将所述转发表项通过统一的控制接口发送给分散部署的各个负载均衡器；

负载均衡器根据所述转发表项将数据流分发给后台的服务器；

负载均衡器根据转发表项对接收到的数据包的信息进行匹配；如果匹配，则将该数据包的目的地址信息改写为服务器的地址信息，将该数据包转发至服务器进行处理；如果没有匹配，则将该数据包上传至负载均衡控制器；

负载均衡控制器分析数据包的内容，根据数据包中包含的访问需求为数据包选择服务器，并将相关信息封装为转发表项下发给相应的负载均衡器。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，负载均衡器在网络中的部署方式包括通过交换机联接服务器、直联服务器或旁挂交换机；

和/或

负载均衡器分散地部署在各个负载均衡集群中。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述负载均衡控制器和负载均衡器之间通过负载均衡器控制接口进行信息交换，采用的控制协议包括控制器下发消息、异步消息和对称消息。