CN101110775A - 一种动态调整负荷分担的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明首先公开了一种动态调整负荷分担的方法，包括如下步骤：(1)在网络中配置多条路由，在设定的这些路由之间形成负荷分担，利用配置命令设定所述路由出接口的优先级高低；(2)计算并根据所述路由出接口单位时间内负荷分担流量大小以及所述路由出接口利用率，以及所述其优先级高低，动态地调整所述路由出接口的负荷分担权重，以调整其流量。本发明还公开了一种动态调整负荷分担的系统，所述负荷分担网络包括接口管理子模块、负荷分担控制子模块和负荷分担转发子模块。本发明能准确把握不同路由出接口的实际流量进行负荷分担，优化负荷分担的效果，保证所有接口的带宽利用率达到最大。

Description

一种动态调整负荷分担的方法和系统

技术领域

本发明涉及网络流量负荷分担，尤其涉及一种动态调整负荷分担的方法和系统。

背景技术

目前，负荷分担的策略往往是一组具有相同优先级的路由存在多个出接口时，根据出接口之间的带宽比例将流量负荷分担。这种方法虽然简单，但是却失去了灵活性，不能根据具体网络环境，网络管理者的具体需要加强对负荷分担的可控性。比如当多个出口有些空闲，有些满负荷运作时，仍然将流量平均发送到各个接口，无法真正有效的利用空闲带宽进行负荷分担。

现行的负荷分担的方法是按照单纯判断负荷分担路由条目中出接口的带宽的相互比例进行分担。实际上可能某个路由的出接口的带宽相比其它分担条目的出接口带宽大很多，但实际上该接口的流量已经很大。不考虑该接口的具体情况将数据流按照带宽比例进行分流，将不能做到真正的负荷分担和最大限度的合理有效利用网络带宽。甚至将分担后的流量加到该接口上之后使该接口上的叠加流量超过该接口的最大有效带宽，出现丢包现象，这种方法显然存在一定的问题。

另外，现存的网络环境相当复杂，由于用户的网络特殊需求可能会要求在某些时候流量优先从某个出接口上通过，只有当从这个接口出去的流量超过指定带宽的时候才在若干个接口上进行负荷分担。也可能只是设定一个接口只提供部分带宽进行负荷分担，现有的方法显然无法满足这一点。

发明内容

本发明提供一种动态调整负荷分担的方法和系统，以解决目前负荷分担策略存在的不能合理利用空闲带宽的问题。

为了解决上述技术问题，本发明首先提供一种动态调整负荷分担的方法，包括如下步骤：

(1)在网络中配置多条路由，在设定的这些路由之间形成负荷分担，利用配置命令设定所述路由出接口的优先级高低；

(2)计算并根据所述路由出接口单位时间内负荷分担流量大小以及所述路由出接口利用率，以及所述其优先级高低，动态地调整所述路由出接口的负荷分担权重，以调整其流量。

本发明所述方法，其中，步骤(1)中，所述路由出接口的优先级高低为数值，所述数值小于或等于所述网络支持的最大负荷分担条目数。

本发明所述方法，其中，步骤(2)中，通过设定统计定时器的时间长短和计算利用率的最长统计周期的长短来控制计算所述路由出接口单位时间内负荷分担流量大小以及所述路由出接口利用率。

进一步地，步骤(2)包括如下步骤：

(2.1)定时器触发，检测负荷分担流量和物理接口利用率，判断是否只有高优先级接口开启；

(2.2)当只有高优先级接口开启时，判断高优先级物理接口利用率是否到水线，如果物理接口利用率没有达到水线，不做处理，流程结束；如果物理接口利用率达到了水线，开启其他接口，并计算新的权重，该权重保证高优先级物理接口的利用率达到水线以下，并预留缓冲，然后转步骤(2.8)；

(2.3)当并非只有高优先级接口开启时，计算各个接口负荷分担流量和高优先级剩余带宽，然后判断各个接口是否有拥塞；

(2.4)如果有拥塞，则计算新的权重，该权重保证所有物理接口的利用率都达到达100％，最大减小丢包的比率，然后转步骤(2.8)；

(2.5)如果没有拥塞，则判断负荷分担组中低优先级接口负荷分担流量是否小于高优先级剩余带宽；

(2.6)如果负荷分担组中低优先级接口负荷分担流量小于高优先级剩余带宽，则将其余接口的负荷分担权重置零，负荷分担组流量仅往高优先级接口发送，然后转步骤(2.8)；

(2.7)如果负荷分担组中低优先级接口负荷分担流量小于高优先级剩余带宽，则根据负荷分担组流量和物理接口剩余利用率情况，计算新的权重，该权重保证高优先级物理接口的利用率达到一个水线，然后转下一步；

(2.8)将负荷分担组流量根据权重信息发送到负荷分担组的各个接口。

本发明还提供一种动态调整负荷分担的系统，其特征在于，所述负荷分担网络包括接口管理子模块、负荷分担控制子模块和负荷分担转发子模块，其中：

所述接口管理子模块与所述负荷分担控制子模块相连，用于提供接口管理配置命令设定路由出接口的优先级高低，并提供统计功能及时反馈所述路由出接口单位时间内负荷分担流量大小以及所述路由出接口利用率；

所述负荷分担控制子模块运行在分布/集中式系统的主控CPU上，与所述负荷分担转发子模块相连，用于通过接口管理子模块提供的接口，在网络中配置多条路由，在设定的这些路由之间形成负荷分担；根据所述路由出接口单位时间内负荷分担流量大小以及所述路由出接口利用率，以及所述其优先级高低，动态地调整所述路由出接口的负荷分担权重；负荷分担权重动态调整后，提供接口，将新的权重信息同步给所述负荷分担转发子模块；

所述负荷分担转发子模块，与所述负荷分担控制子模块相连，用于通过所述负荷分担控制子模块提供的接口，获取所述权重信息，以调整负荷分担组的各个出接口流量。

本发明所述系统，其中，所述接口管理子模块提供的接口管理命令包括：配置路由出接口的有效带宽大小；启动或关闭出接口的动态负荷分担功能；配置路由出接口的负荷分担优先级。

本发明所述系统，其中，所述负荷分担控制子模块生成的负荷分担组监控流量和接口带宽利用率的变化，计算动态权重，保证所有接口的利用率达到最大。

本发明所述系统，其中，所述负荷分担控制子模块根据单位时间内负荷分担流量大小以及出接口利用率情况，调整负荷分担权重，包括如下情况：

(5.1)当所有接口开启时，如果负荷分担组中其余接口的总流量小于高优先级接口的剩余可用带宽，则将其余接口的负荷分担权重置零，负荷分担组流量仅往高优先级接口发送；如果负荷分担组流量超出了高优先级接口的可用带宽，而小于所有接口的可用带宽和，则根据负荷分担组流量和物理接口剩余利用率情况，计算新的权重，该权重保证高优先级物理接口的利用率达到一个水线；如果负荷分担组流量超过了所有接口的可用带宽和，则计算新的权重，该权重保证所有物理接口的利用率都达到达100％，最大减小丢包的比率；

(5.2)当只有高优先级接口开启时，如果物理接口利用率没有达到水线，不做处理；如果物理接口利用率达到了水线，开启其他接口，并计算新的权重，该权重保证高优先级物理接口的利用率达到水线以下，并预留缓冲。

进一步地，所述水线将近而不到100％。

与现有技术相比，本发明能准确把握不同路由出接口的实际流量进行负荷分担，优化负荷分担的效果，保证所有接口的带宽利用率达到最大。

在自动进行负荷分担的情况下，使网络管理者能够根据自身实际管理需要，通过指定优先路由出接口或者设定指定带宽大小参与负荷分担，从而提高了用户网络的可管理性，使用户能够灵活地配置实现可定制负荷分担。

进一步地，通过对每个接口设定的优先级的大小的控制，可以实现当一个接口同时属于多个负荷分担组中路由出接口的时候的优先出接口的控制。一个接口可能对于到达某个目的地址不是负荷分担优先路由出接口，但是对于另一个目的地址，它可能就是优先出接口了。这种方法可以提高用户对于网络的可管理性，灵活的实现自己的业务需要。

进一步地，通过设定接口统计时间间隔和计算利用率的最长统计周期可以使用户根据自己的业务的实际需要，按照合适的精度计算优先路由出接口的带宽利用率。如果设定的时间较短则可以较为及时的发现接口的利用率的变化，进行负荷分担，反之，则可以避免对于突发流量的振荡负荷分担。

附图说明

图1是本发明实施例动态负荷分担流程图；

图2是本发明应用实例负荷分担组网示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。

本发明所述的动态调整负荷分担的系统涉及以下三个子模块：负荷分担控制子模块，负荷分担转发子模块和接口管理子模块。

A)接口管理子模块与所述负荷分担控制子模块相连，主要负责以下功能：

1)提供相关命令，配置路由出接口的有效带宽大小；设定某个接口在参与负荷分担的时候配指定大小的带宽参与负荷分担，如果没有配置该命令，则按照该接口物理链路的有效带宽参与负荷分担；

2)提供相关命令，开启或关闭出接口的动态负荷分担功能；

3)提供相关命令，配置路由出接口的负荷分担优先级；动态负荷分担组中，只要高优先级接口的带宽允许，流量会优先发送到高优先级出接口；

4)提供统计功能及时反馈当前时段指定接口的带宽利用率。

B)负荷分担控制子模块运行在分布/集中式系统的主控CPU上，与所述负荷分担转发子模块相连，作为核心模块，主要负责以下功能：

1)通过接口管理子模块提供的接口，生成动态负荷分担组；

当路由条目存在多个出接口时，如果出接口启用了动态负荷分担功能，生成动态负荷分担组。与普通负荷分担组的差异在于，它不仅仅依据接口带宽机械的将流量按比例发送。而是监控流量和接口带宽利用率的变化，计算动态权重，保证所有接口的利用率达到最大；

2)根据单位时间内负荷分担流量大小以及出接口利用率情况，调整负荷分担权重；下面所提及流量为负荷分担组处理的流量，提及接口利用率为物理接口利用率，包含其他任意流量；动态负荷分担组各接口的初始权重根据带宽比率算出；

2.1)当所有接口开启时，如果负荷分担组中其余接口的总流量小于高优先级接口(网络管理员指定的优先出接口)的剩余可用带宽，说明高优先级接口有能力处理所有该负荷分担组的流量。将其余接口的负荷分担权重置0，流量仅往高优先级接口发送；

2.2)当所有接口开启时，如果流量超出了高优先级接口的可用带宽，而小于所有接口的可用带宽和；根据流量和接口剩余利用率情况，计算新的权重。该权重保证高优先级接口的利用率达到一个水线(如95％，不用满所有剩余带宽是为了防止网络流量变化造成报文丢弃的概率)，同时，其余接口也不会造成拥塞，不出现普通静态负荷分担时，有些接口满负荷运作，有些接口还有大量剩余带宽的现象；

2.3)当所有接口开启时，如果流量超过了所有接口的可用带宽和；计算新的权重，该权重保证所有接口的利用率都达到达100％，最大减小丢包的比率；

2.4)当只有高优先级接口开启时，如果接口利用率没有达到水线，不做处理；

2.5)当只有高优先级接口开启时，如果接口利用率达到了水线，开启其他接口，并计算新的权重。该权重保证高优先级接口的利用率达到水线以下，预留2％左右的缓冲，避免流量与高优先级接口水线带宽相仿时，出现频繁的震荡；

3)负荷分担权重动态调整后，提供接口，将新的权重信息同步给负荷分担转发子模块；通过良好的封装，可以向负荷分担转发子模块完全屏蔽掉负荷分担控制子模块对于权重的调整；这样，采用动态负荷分担功能时，原有负荷分担转发子模块无需做任何的修改；

C)负荷分担转发子模块，与所述负荷分担控制子模块相连，主要负责以下功能：

1)通过负荷分担控制子模块提供的接口，获取权重信息；

2)将流量根据权重比率发送到负荷分担组的各个出接口。

本发明通过对路由出接口的优先级和带宽利用率进行相关控制和检查，实现了一种动态可管理负荷分担的方法。该方法即能准确把握不同路由出接口的实际流量进行负荷分担，优化负荷分担的效果，保证所有接口的带宽利用率达到最大。同时允许将流量优先发送到某个出口，提供的有效管理手段，帮助网络管理者根据具体的需求对负荷分担实施一定的可控性。

本发明通过设定统计定时器的时间长短和计算利用率的最长统计周期的长短，可以有效的控制负荷分担对流量情况的敏感性。如果对当前的流量比较敏感，需要及时响应某个接口流量过大的时候进行负荷分担，可以将统计定时器的时间和计算利用率的最长统计周期设置的短一些。反之，可以将上述的两个时间设置的长一些，避免频繁振荡。

进一步地，由于一个出接口可能同时属于多个负荷分担组中某个路由条目的出接口，可能在不同组中有不同的优先级，所以配置优先级数值被设计为一个数值，大小和当前系统支持的最大负荷分担条目数相关。

假定采用配置静态路由的方法进行负荷分担，如图1所示，本发明实施例动态负荷分担流程包括如下步骤：

步骤101，接口管理子模块配置多条路由(支持所有的动态路由协议生成的路由)，设定到达目的地址Dst(Destination，目的地)有多个下一跳或者出接口，这些出接口都当前有效，在设定的这些路由之间形成负荷分担，利用配置命令设定所述路由出接口的优先级高低，然后设置定时器时间；

步骤102，负荷分担控制子模块控制定时器触发，检测负荷分担流量和接收接口管理子模块反馈的物理接口利用率；

步骤103，负荷分担控制子模块判断是否只有高优先级接口开启，如果只有高优先级接口开启，则转下一步；如果并非只有高优先级接口开启时，转步骤106；

步骤104，当只有高优先级接口开启时，负荷分担控制子模块判断高优先级物理接口利用率是否到水线，如果物理接口利用率没有达到水线，不做处理，转步骤113，如果物理接口利用率达到水线，转步骤下一步；

步骤105，如果物理接口利用率达到了水线，负荷分担控制子模块开启其他接口，并计算新的权重，该权重保证高优先级物理接口的利用率达到水线以下，预留2％左右的缓冲，然后转步骤112；

步骤106，当并非只有高优先级接口开启时，负荷分担控制子模块计算各个接口负荷分担流量和高优先级剩余带宽；

步骤107，负荷分担控制子模块判断各个接口是否有拥塞，如果有，则转下一步；如果没有，则转步骤109；

步骤108，如果有拥塞，则负荷分担控制子模块计算新的权重，该权重保证所有物理接口的利用率都达到达100％，最大减小丢包的比率，然后转步骤112；

步骤109，如果没有拥塞，则负荷分担控制子模块判断负荷分担组中低优先级接口负荷分担流量是否小于高优先级剩余带宽，如果小于，则转步骤111；如果并不小于，则转下一步；

步骤110，如果负荷分担组中低优先级接口负荷分担流量不小于高优先级剩余带宽，则负荷分担控制子模块根据负荷分担组流量和物理接口剩余利用率情况，计算新的权重，该权重保证高优先级物理接口的利用率达到一个水线，同时，其余接口也不会造成拥塞，然后转下一步；

步骤111，如果负荷分担组中低优先级接口负荷分担流量小于高优先级剩余带宽，说明高优先级接口有能力处理所有该负荷分担组的流量，负荷分担控制子模块将其余接口的负荷分担权重置零，负荷分担组流量仅往高优先级接口发送，然后转步骤112；

步骤112，同步到负荷分担转发子模块，负荷分担转发子模块通过负荷分担控制子模块提供的接口，获取权重信息，将负荷分担组流量根据权重信息发送到负荷分担组的各个接口；

步骤113，流程结束。

如图2所示，本发明应用实例负荷分担组网示意图：

1)在路由器A为普通流量配置三条相同Metric的静态路由(其中，Metric是路由算法用以确定到达目的地的最佳路径的计量参数)，分别指向B、C、D负荷分担；视频流，固定走链路a，可以由PQ(Priority Queueing，优先队列)保证其优先级；税务流，固定走链路b，可以由PQ保证其优先级；数据流，在a、b、c链路之间负荷分担。链路a、b、c物理带宽分别为8M、4M、4M；

2)发送上述三种流量，调整其大小，观察负荷分担的效果以及丢包情况；

3)启用动态负荷分担，配置与链路a、b、c相连的接口为负荷分担优先级依次递减出口，将调整周期设置为5秒；

4)利用图2所示流程观察动态负荷分担的效果以及丢包情况，对比结果如下表所示：

链路a可用带宽	链路b可用带宽	链路c可用带宽	负荷分担流量大小	普通负荷分担效果及丢包	动态负荷分担效果及丢包
						8	2	4	12	2:1:1发送，发往b链路的1M丢失，丢包率8.33％	ab分别预留2％左右缓冲，优先满足ab，剩余发给c，无丢包
8	0	4	8	2:1:1发送，发往b链路的2M丢失，丢包率25％	a预留2％左右缓冲，发往a大约有7.84，其余大约0.16发往c，无丢包
						0	4	4	8	2:1:1发送，发往a链路	a无剩余带宽，1:1发

				4M丢失，丢包率50％	送到b和c链路，无丢包
						0	0	4	4	2:1:1发送，发向ab的3M丢失，丢包率75％	ab无剩余带宽，计算新的权重0:0:1，无丢包

可见，使用本发明提出的基于路由出接口优先级和带宽利用率的负荷分担策略，提供给网络管理者一种灵活的手段，根据自己的需要进行一定可控的负荷分担。同时根据出接口带宽的利用率情况动态调整负荷分担，能够充分利用网络带宽，真正有效和合理的进行分担，提高网络效率和可靠性。

本发明所述方案，并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。对本发明技术所属领域的普通技术人员来说，可根据本发明作出各种相应的改变和变形，而所有这些相应的改变和变形都属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种动态调整负荷分担的方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)在网络中配置多条路由，在设定的这些路由之间形成负荷分担，利用配置命令设定所述路由出接口的优先级高低；

(2)计算并根据所述路由出接口单位时间内负荷分担流量大小以及所述路由出接口利用率，以及所述其优先级高低，动态地调整所述路由出接口的负荷分担权重，以调整其流量。

2.如权利要求1所述方法，其特征在于，步骤(1)中，所述路由出接口的优先级高低为数值，所述数值小于或等于所述网络支持的最大负荷分担条目数。

3.如权利要求1所述方法，其特征在于，步骤(2)中，通过设定统计定时器的时间长短和计算利用率的最长统计周期的长短来控制计算所述路由出接口单位时间内负荷分担流量大小以及所述路由出接口利用率。

4.如权利要求1或3所述方法，其特征在于，步骤(2)包括如下步骤：

(2.1)定时器触发，检测负荷分担流量和物理接口利用率，判断是否只有高优先级接口开启；

(2.2)当只有高优先级接口开启时，判断高优先级物理接口利用率是否到水线，如果物理接口利用率没有达到水线，不做处理，流程结束；如果物理接口利用率达到了水线，开启其他接口，并计算新的权重，该权重保证高优先级物理接口的利用率达到水线以下，并预留缓冲，然后转步骤(2.8)；

(2.3)当并非只有高优先级接口开启时，计算各个接口负荷分担流量和高优先级剩余带宽，然后判断各个接口是否有拥塞；

(2.4)如果有拥塞，则计算新的权重，该权重保证所有物理接口的利用率都达到达100％，最大减小丢包的比率，然后转步骤(2.8)；

(2.5)如果没有拥塞，则判断负荷分担组中低优先级接口负荷分担流量是否小于高优先级剩余带宽；

(2.6)如果负荷分担组中低优先级接口负荷分担流量小于高优先级剩余带宽，则将其余接口的负荷分担权重置零，负荷分担组流量仅往高优先级接口发送，然后转步骤(2.8)；

(2.7)如果负荷分担组中低优先级接口负荷分担流量小于高优先级剩余带宽，则根据负荷分担组流量和物理接口剩余利用率情况，计算新的权重，该权重保证高优先级物理接口的利用率达到一个水线，然后转下一步；

(2.8)将负荷分担组流量根据权重信息发送到负荷分担组的各个接口。

5.一种动态调整负荷分担的系统，其特征在于，所述负荷分担网络包括接口管理子模块、负荷分担控制子模块和负荷分担转发子模块，其中：

所述接口管理子模块与所述负荷分担控制子模块相连，用于提供接口管理配置命令设定路由出接口的优先级高低，并提供统计功能及时反馈所述路由出接口单位时间内负荷分担流量大小以及所述路由出接口利用率；

所述负荷分担控制子模块运行在分布/集中式系统的主控CPU上，与所述负荷分担转发子模块相连，用于通过接口管理子模块提供的接口，在网络中配置多条路由，在设定的这些路由之间形成负荷分担；根据所述路由出接口单位时间内负荷分担流量大小以及所述路由出接口利用率，以及所述其优先级高低，动态地调整所述路由出接口的负荷分担权重；负荷分担权重动态调整后，提供接口，将新的权重信息同步给所述负荷分担转发子模块；

所述负荷分担转发子模块，与所述负荷分担控制子模块相连，用于通过所述负荷分担控制子模块提供的接口，获取所述权重信息，以调整负荷分担组的各个出接口流量。

6.如权利要求5所述系统，其特征在于，所述接口管理子模块提供的接口管理命令包括：配置路由出接口的有效带宽大小；启动或关闭出接口的动态负荷分担功能；配置路由出接口的负荷分担优先级。

7.如权利要求5所述系统，其特征在于，所述负荷分担控制子模块生成的负荷分担组监控流量和接口带宽利用率的变化，计算动态权重，保证所有接口的利用率达到最大。

8.如权利要求5所述系统，其特征在于，所述负荷分担控制子模块根据单位时间内负荷分担流量大小以及出接口利用率情况，调整负荷分担权重，包括如下情况：

(5.1)当所有接口开启时，如果负荷分担组中其余接口的总流量小于高优先级接口的剩余可用带宽，则将其余接口的负荷分担权重置零，负荷分担组流量仅往高优先级接口发送；如果负荷分担组流量超出了高优先级接口的可用带宽，而小于所有接口的可用带宽和，则根据负荷分担组流量和物理接口剩余利用率情况，计算新的权重，该权重保证高优先级物理接口的利用率达到一个水线；如果负荷分担组流量超过了所有接口的可用带宽和，则计算新的权重，该权重保证所有物理接口的利用率都达到达100％，最大减小丢包的比率；

(5.2)当只有高优先级接口开启时，如果物理接口利用率没有达到水线，不做处理；如果物理接口利用率达到了水线，开启其他接口，并计算新的权重，该权重保证高优先级物理接口的利用率达到水线以下，并预留缓冲。

9.如权利要求8所述系统，其特征在于，所述水线将近而不到100％。

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