CN102098224B - 数据流负荷分担方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种数据流负荷分担方法及装置，该方法包括：路由设备根据需转发的数据流的流标识计算出数据流在预存的负荷分担链路表中的选路值；路由设备判断选路值是否落入负荷分担链路表的误差范围；如果是，则路由设备根据当前各负荷分担成员链路的负载情况从中选取一条负荷分担成员链路作为数据流的转发链路，并转发数据流。通过本发明，对数据流的选路值进行误差识别，当流的选路值落入误差范围时，根据当前成员链路的负荷分担情况，通过指定转发链路对选路产生的误差进行调整，从而避免了各成员链路的负荷分担不均匀的问题，保证了高效高质的报文转发。

Description

数据流负荷分担方法及装置

技术领域

本发明涉及通信领域，具体而言，涉及一种数据流负荷分担方法及装置。

背景技术

在交换机和路由器设备中，经常采用负荷分担的方式，在某一网络节点将同一转发目的的报文通过某种策略分担到多条链路上，最终再汇聚到共同的目标设备。通过这种方式可以满足用户对链路带宽和流量管理的部分需求。

目前，负荷分担的模式主要有两种——基于包的负荷分担模式和基于流的负荷分担模式。基于包的模式，是根据链路权重，将报文均匀的分配到各个负荷分担路径上去，链路的选取与报文本身无关。这种模式可以很好的满足各路径的带宽分配比率，但是因为报文分配与流无关，所以同一应用的报文会被分配到不同的路径上去，从而会引起报文乱序。基于流的模式，是根据报文特征字，例如IP报文的五元组信息，标签报文的标签值等，生成流标识，每个流标识对应一个负荷分担链路，这样可以避免报文的乱序抖动等情况，但是因为选路跟报文内容有关，所以无法保证每条路径上的带宽被充分利用。

对于基于流的负荷分担，将数据流对应到一个负荷分担链路上，通常是根据报文的特征字获取一个流标识，再对流标识做取余运算的方法映射到一个负荷分担链路。但是对于没有取余运算模块的处理器，用软件实现会耗费宝贵的指令空间，并且降低转发性能。如果流标识的最大值不是负荷分担链路数的倍数时，就会产生误差。例如，负荷分担链路数为3，流标识均匀分布，取值为0～255(8bit值)，则如图1所示，链路0会比链路1，2多一条流。

为了提高性能还有一种通过负荷分担成员散列的方法，即将负荷分担成员轮循散列成若干个条目，如将3个成员散列到256个条目，散列方式为1，2，3，1，2，3，1，2...，再根据流标识直接从256个散列成员中选择，获取出接口和下一跳。但如果散列条目数不是成员个数的整数倍，且散列条目不够多时，会出现较大的负荷分担误差。例如三个成员按照1∶1∶1比率负荷分担，如果散列成5个条目，则实际比率为2∶2∶1，出现50％的误差率。

针对现有的负荷分担成员散列技术中负荷分担不均匀的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种数据流负荷分担方法及装置，以至少解决上述负荷分担成员散列技术中负荷分担不均匀的问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种数据流负荷分担方法，包括：路由设备根据需转发的数据流的流标识计算出数据流在预存的负荷分担链路表中的选路值；路由设备判断选路值是否落入负荷分担链路表的误差范围；如果是，则路由设备根据当前各负荷分担成员链路的负载情况从中选取一条负荷分担成员链路作为数据流的转发链路，并转发数据流。

进一步地，如果是，则路由设备根据当前各负荷分担成员链路的负载情况从中选取一条负荷分担成员链路作为数据流的转发链路，并转发数据流，包括：对于数据流的首报文，路由设备根据当前各负荷分担成员链路的负载情况从中选取一条负荷分担成员链路作为转发链路，并转发首报文；根据首报文与其转发链路的对应关系生成流负荷分担误差选路表，对于数据流的后续报文则直接从流负荷分担误差选路表中获取转发链路，并转发后续报文。

进一步地，路由设备根据数据流的流标识计算出数据流的选路值之前，还包括：在路由设备上预存负荷分担链路表，其中，各负荷分担成员链路按照轮循散列的方式散列到负荷分担链路表的各条目中。

进一步地，路由设备根据数据流的流标识计算出数据流在预设的负荷分担链路表中的选路值，包括：路由设备根据数据流的报文中的特征字获取数据流的流标识；利用哈希算法计算出流标识在负荷分担链路表中所对应的条目，并以该条目作为数据流的选路值。

进一步地，路由设备判断选路值是否落入负荷分担链路表的误差范围，包括：当选路值大于K×M并且小于等于N时，则确定选路值落入负荷分担链路表的误差范围；当选路值小于等于K×M时，则确定选路值未落入负荷分担链路表的误差范围；其中，M为负荷分担成员链路个数；N为负荷分担链路表的条目数；K为使得K×M小于等于N的最大整数。

进一步地，路由设备判断选路值是否落入负荷分担链路表的误差范围之后，还包括：如果路由设备确定选路值未落入负荷分担链路表的误差范围，则以与选路值对应的条目中的负荷分担成员链路作为数据流的转发链路，并转发数据流。

根据本发明的另一方面，提供了一种数据流负荷分担装置，包括：计算模块，用于根据数据流的流标识计算出数据流在预设的负荷分担链路表中的选路值；判断模块，用于判断选路值是否落入负荷分担链路表的误差范围；选路模块，用于在选路值落入误差范围的情况下，根据当前各负荷分担成员链路的负载情况从中选取一条负荷分担成员链路作为数据流的转发链路；转发模块，用于向转发链路转发数据流。

进一步地，选路模块还用于：在数据流需转发的报文为首报文的情况下，根据当前各负荷分担成员链路的负载情况从中选取一条负荷分担成员链路作为转发链路，并通过转发模块转发首报文；根据首报文与其转发链路的对应关系生成流负荷分担误差选路表，对于数据流的后续报文则直接从流负荷分担误差选路表中获取转发链路，并通过转发模块转发后续报文。

进一步地，计算模块包括：获取子模块，用于根据数据流的报文中的特征字获取数据流的流标识；计算子模块，用于利用哈希算法计算出流标识在负荷分担链路表中所对应的条目，并以该条目作为数据流的选路值。

进一步地，判断模块还用于：当选路值大于K×M并且小于等于N时，确定选路值落入负荷分担链路表的误差范围；当选路值小于等于K×M时，确定选路值未落入负荷分担链路表的误差范围；其中，M为负荷分担成员链路个数；N为负荷分担链路表的条目数；K为使得K×M小于等于N的最大整数。

通过本发明，对数据流的选路值进行误差识别，当流的选路值落入误差范围时，根据当前成员链路的负荷分担情况，通过指定转发链路对选路产生的误差进行调整，从而避免了各成员链路的负荷分担不均匀的问题，保证了高效高质的报文转发。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例一的数据流负荷分担方法流程图；

图2是根据本发明实施例二的数据流负荷分担方法流程图；

图3是根据本发明实施例三的数据流负荷分担方法流程图；

图4是根据本发明实施例四的数据流负荷分担装置结构框图；

图5是根据本发明实施例五的数据流负荷分担装置结构框图；

图6是根据本发明实施例六的数据流负荷分担装置模块结构框图。

具体实施方式

下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。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组合。

实施例一

图1是根据本发明实施例一的数据流负荷分担方法流程图，如图1所示，包括以下步骤：

步骤S102，路由设备根据需转发的数据流的流标识计算出数据流在预存的负荷分担链路表中的选路值。

步骤S104，路由设备判断选路值是否落入负荷分担链路表的误差范围。

步骤S106，如果是，则路由设备根据当前各负荷分担成员链路的负载情况从中选取一条负荷分担成员链路作为数据流的转发链路，并转发数据流。

在本实施例中，对数据流的选路值进行误差识别，当流的选路值落入误差范围时，通过指定转发链路对选路产生的误差进行调整，从而避免了各成员链路的负荷分担不均匀的问题，保证了高效高质的报文转发。

其中，步骤S106包括：对于数据流的首报文，路由设备根据当前各负荷分担成员链路的负载情况从中选取一条负荷分担成员链路作为转发链路，并转发首报文；根据首报文与其转发链路的对应关系生成流负荷分担误差选路表，对于数据流的后续报文则直接从流负荷分担误差选路表中获取转发链路，并转发后续报文。

其中，在步骤S102之前，还包括：在路由设备上预存负荷分担链路表，其中，各负荷分担成员链路按照轮循散列的方式散列到负荷分担链路表的各条目中。

其中，步骤S102包括：路由设备根据数据流的报文中的特征字获取数据流的流标识；利用哈希算法计算出流标识在负荷分担链路表中所对应的条目，并以该条目作为数据流的选路值。

其中，步骤S104中的误差范围判断包括：当选路值大于K×M并且小于等于N时，则确定选路值落入负荷分担链路表的误差范围；当选路值小于等于K×M时，则确定选路值未落入负荷分担链路表的误差范围；其中，M为负荷分担成员链路个数；N为负荷分担链路表的条目数；K为使得K×M小于等于N的最大整数。

在上述方法中，如果路由设备确定选路值未落入负荷分担链路表的误差范围，则以与选路值对应的条目中的负荷分担成员链路作为数据流的转发链路，并转发数据流。

实施例二

图2是根据本发明实施例二的数据流负荷分担方法流程图，如图2所示，主要包括以下步骤：

步骤S202，流负荷分担误差识别。按照轮循散列的方式，如果流标识计算出的选路值能够均匀的分布在负荷分担成员整数倍的散列条目内，根据概率统计，可以认为选路是均匀的。那么造成不均匀的就是选路值落在整数倍以外的条目。例如，三个负荷分担成员，散列成128个条目，则选路值落在126～127的数据流引起负荷分担误差。

步骤S204，路由设备根据当前流的负荷分担情况，为误差流指定报文发送的负荷分担链路。

在上述步骤中，路由设备在接收到报文后，首先判断负荷分担策略，如果是流负荷分担，则提取报文的流标识信息，利用哈希(hash)等算法计算出负荷分担选路值，判断选路值是否落入误差范围，如果是，则根据当前负荷分担链路的负载情况为该数据流指定一个负荷分担链路发送，并且记录该数据流和选定路径，该数据流固定走此路径发送。

在实施例二中，基于负荷分担成员散列的选路方式，提供了一种解决流负荷分担不均匀的方法，在能够快速选择出报文的出接口和下一跳的同时，对选路产生的误差进行调整，从而保证高效高质的报文转发。

实施例三

图3是根据本发明实施例三的数据流负荷分担方法流程图，如图3所示，包括以下步骤：

步骤S302，获取负荷分担策略。路由设备根据数据流的报文目的IP等信息查找路由转发表，获取路由信息，根据路由信息判断是否是负荷分担路由，如果是，则再根据路由表中的负荷分担索引查找负荷分担策略表，得到报文的负荷分担策略。

步骤S304，判断获取的负荷分担策略是基于流还是基于包的，如果是基于包的则执行步骤S306，否则是基于流的负荷分担，执行步骤S308。

步骤S306，根据报文的包选路值查找负荷分担选路表获取转发信息。

步骤S308，根据报文的特征字计算流标识。报文特征字根据配置从报文中提取，再通过简单的hash算法计算得到流标识。

步骤S310，判断流是否落入误差范围。在负荷分担配置过程中，会生成负荷分担链路表。负荷分担各成员链路按照轮循散列的方式散列到该表中。假设负荷分担链路表支持n个条目，负荷分担成员个数为m个，在0～n-1范围内支持的最多k个m的整数倍，则认为流标识落在0～km-1范围内的链路负荷分担是均匀的，落在km～n范围内的链路会引起负荷分担误差。因此，流标识在0～km-1范围内，默认为非误差流，执行步骤S312；否则执行步骤S314。

步骤S312，从负荷分担链路表中获取转发信息。

步骤S314，根据报文的特征字查找流负荷分担误差选路表。

步骤S316，判断流负荷分担误差选路表是否命中，如果没命中，说明报文是该数据流首包，执行步骤S320；如果命中，说明该数据流是再次进入路由设备，则执行步骤S318。

步骤S318，从误差选路表中获取转发路径。

步骤S320，根据当前各负荷分担成员链路的负载情况，为报文指定转发路径。报文数据流落入误差范围，且为首包，则需要系统为其指定转发路径。转发路径的指定根据当前各负荷分担成员的负荷载情况决定。如有三条负荷分担链路，要求按照1∶1∶1的比率进行负荷分担，而当前的负载情况为2∶2∶1，则指定第三条链路为当前报文的转发路径。并通过新增误差选路表条目记录该路径。此数据流的后续报文再次进入时则可以在误差选路表中直接获取转发路径。

步骤S322，按照选定的转发路径发送报文，流程结束。

在上述实施例三中，当计算出的流负荷分担选路值落在支持散列的最大整数倍选路值之外时，则认为是造成选路误差的数据流。对于该数据流需要进行二次选路，实际转发链路根据数据流的首包接入时的流负荷分担负载情况进行分配，并记录该链路，该流的后续包都走该链路转发，从而避免了各成员链路的负荷分担不均匀的问题，保证了高效高质的报文转发。

实施例四

图4是根据本发明实施例四的数据流负荷分担装置结构框图，如图4所示，该数据流负荷分担装置包括：计算模块10、判断模块20、选路模块30和转发模块40。

其中，计算模块10，用于根据数据流的流标识计算出数据流在预设的负荷分担链路表中的选路值；判断模块20，用于判断选路值是否落入负荷分担链路表的误差范围；选路模块30，用于在选路值落入误差范围的情况下，根据当前各负荷分担成员链路的负载情况从中选取一条负荷分担成员链路作为数据流的转发链路；转发模块40，用于向转发链路转发数据流。

在上述装置中，判断模块20对数据流的选路值进行误差识别，当流的选路值落入误差范围时，选路模块30根据当前成员链路的负荷分担情况，通过指定转发链路对选路产生的误差进行调整，从而避免了各成员链路的负荷分担不均匀的问题，保证了高效高质的报文转发。

实施例五

图5是根据本发明实施例五的数据流负荷分担装置结构框图，本实施例包括图4所示的各功能模块，其中，计算模块包括获取子模块101和计算子模块102。

获取子模块101根据数据流报文中的特征字获取数据流的流标识；计算子模块102，利用哈希算法计算出流标识在负荷分担链路表中所对应的条目，并以该条目作为数据流的选路值。

判断模块20还用于：当选路值大于K×M并且小于等于N时，确定选路值落入负荷分担链路表的误差范围；当选路值小于等于K×M时，确定选路值未落入负荷分担链路表的误差范围；其中，M为负荷分担成员链路个数；N为负荷分担链路表的条目数；K为使得K×M小于等于N的最大整数。

选路模块30还用于：在数据流需转发的报文为首报文的情况下，根据当前各负荷分担成员链路的负载情况从中选取一条负荷分担成员链路作为转发链路，并通过转发模块40转发首报文；根据首报文与其转发链路的对应关系生成流负荷分担误差选路表，对于数据流的后续报文则直接从流负荷分担误差选路表中获取转发链路，并通过转发模块40转发后续报文。在选路值未落入负荷分担链路表的误差范围的情况下，则选取与选路值对应的条目中的负荷分担成员链路作为数据流的转发链路。

实施例六

图6是根据本发明实施例六的数据流负荷分担装置模块结构框图。在本实施例中，将从另外一个角度进行数据流负荷分担装置的功能模块的划分，如图6所示，包括：报文接入模块50、路由查找模块60、负荷分担业务识别模块70、负荷分担选路模块80和报文转发模块90。

其中，报文接入模块50负责接收和解析报文；路由查找模块60负责根据报文目的IP等信息查找路由转发表，获取路由信息；负荷分担业务识别模块70根据路由结果识别出负荷分担路由。负荷分担选路模块80负责从多条负荷分担链路中选取一条。作为转发链路；报文转发模块90负责根据选定转发链路等信息，完成报文的封装和发送。

在本发明的上述实施例中，基于负荷分担成员散列的选路方式，对数据流的选路值进行误差识别，当流的选路值落入误差范围时，根据当前成员链路的负荷分担情况，通过指定转发链路对选路产生的误差进行调整，从而避免了各成员链路的负荷分担不均匀的问题，保证了高效高质的报文转发。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种数据流负荷分担方法，其特征在于，包括：

路由设备根据需转发的数据流的流标识计算出所述数据流在预存的负荷分担链路表中的选路值；

所述路由设备判断所述选路值是否落入所述负荷分担链路表的误差范围；

如果是，则所述路由设备根据当前各负荷分担成员链路的负载情况从中选取一条负荷分担成员链路作为所述数据流的转发链路，并转发所述数据流；

其中，所述路由设备根据当前各负荷分担成员链路的负载情况从中选取一条负荷分担成员链路作为所述数据流的转发链路，并转发所述数据流，包括：

对于所述数据流的首报文，所述路由设备根据当前各负荷分担成员链路的负载情况从中选取一条负荷分担成员链路作为转发链路，并转发所述首报文；

根据所述首报文与其转发链路的对应关系生成流负荷分担误差选路表，对于所述数据流的后续报文则直接从所述流负荷分担误差选路表中获取转发链路，并转发所述后续报文。

2.根据权利要求1所述的数据流负荷分担方法，其特征在于，路由设备根据数据流的流标识计算出所述数据流的选路值之前，还包括：

在所述路由设备上预存所述负荷分担链路表，其中，各负荷分担成员链路按照轮循散列的方式散列到所述负荷分担链路表的各条目中。

3.根据权利要求2所述的数据流负荷分担方法，其特征在于，路由设备根据数据流的流标识计算出所述数据流在预设的负荷分担链路表中的选路值，包括：

路由设备根据所述数据流的报文中的特征字获取所述数据流的流标识；

利用哈希算法计算出所述流标识在所述负荷分担链路表中所对应的条目，并以该条目作为所述数据流的选路值。

4.根据权利要求3所述的数据流负荷分担方法，其特征在于，所述路由设备判断所述选路值是否落入所述负荷分担链路表的误差范围，包括：

当所述选路值大于K×M并且小于等于N时，则确定所述选路值落入所述负荷分担链路表的误差范围；

当所述选路值小于等于K×M时，则确定所述选路值未落入所述负荷分担链路表的误差范围；

其中，M为负荷分担成员链路个数；N为负荷分担链路表的条目数；K为使得K×M小于等于N的最大整数。

5.根据权利要求4所述的数据流负荷分担方法，其特征在于，所述路由设备判断所述选路值是否落入所述负荷分担链路表的误差范围之后，还包括：

如果所述路由设备确定所述选路值未落入所述负荷分担链路表的误差范围，则以与所述选路值对应的条目中的负荷分担成员链路作为所述数据流的转发链路，并转发所述数据流。

6.一种数据流负荷分担装置，其特征在于，包括：

计算模块，用于根据数据流的流标识计算出所述数据流在预设的负荷分担链路表中的选路值；

判断模块，用于判断所述选路值是否落入所述负荷分担链路表的误差范围；

选路模块，用于在所述选路值落入误差范围的情况下，根据当前各负荷分担成员链路的负载情况从中选取一条负荷分担成员链路作为所述数据流的转发链路；

转发模块，用于向所述转发链路转发所述数据流；

所述选路模块还用于：

在所述数据流需转发的报文为首报文的情况下，根据当前各负荷分担成员链路的负载情况从中选取一条负荷分担成员链路作为转发链路，并通过所述转发模块转发所述首报文；

根据所述首报文与其转发链路的对应关系生成流负荷分担误差选路表，对于所述数据流的后续报文则直接从所述流负荷分担误差选路表中获取转发链路，并通过所述转发模块转发所述后续报文。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述计算模块包括：

获取子模块，用于根据所述数据流的报文中的特征字获取所述数据流的流标识；

计算子模块，用于利用哈希算法计算出所述流标识在所述负荷分担链路表中所对应的条目，并以该条目作为所述数据流的选路值。

8.根据权利要求7所述装置，其特征在于，所述判断模块还用于：

当所述选路值大于K×M并且小于等于N时，确定所述选路值落入所述负荷分担链路表的误差范围；

当所述选路值小于等于K×M时，确定所述选路值未落入所述负荷分担链路表的误差范围；

其中，M为负荷分担成员链路个数；N为负荷分担链路表的条目数；K为使得K×M小于等于N的最大整数。