CN104767690A - 一种流量调度装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种流量调度装置及方法，应用于出口网络设备上，该方法包括：步骤A、在接收到DNS请求报文时，获取DNS请求报文中的域名类型以及目的IP地址，其中该目的IP地址为第一IP地址；步骤B、根据域名类型在预设的调度信息表中查找到所述域名类型对应的DNS服务器的第二IP地址，若第二IP地址与所述目的IP地址不同，则将DNS请求报文的目的IP地址由第一IP地址修改为所述第二IP地址，并在会话表中保存该DNS请求报文的修改记录；步骤C、根据修改后的目的IP地址将所述DNS请求报文发送出去。与现有技术相比，本发明可以根据DNS域名类别将数据流量调度到不同运营商的服务器上，实现了更佳的服务体验。

Description

一种流量调度装置及方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种流量调度装置及方法。

背景技术

随着现有网络的各个核心部分业务量的提高，访问量和数据流量的快速增长，其处理能力和计算强度也相应地增大，使得单一的服务器设备无法承担链路的巨大负载，为了去分担这些链路负载，往往在网络中引入多个服务器来提供多条链路。由于链路上的负载无法自主的选择发往哪一条链路，因此网络中需要有一些设备对链路中的负载进行调度，现有技术中通常使用负载均衡设备将负载（工作任务）进行平衡、分摊到多个运营商的服务器链路上进行执行，例如将联通的服务器分摊到移动和电信的服务器等，从而提高工作效率。

由于每个运营商服务器的性能各不相同，因此服务器对于不同类型的报文处理效率也会有所差距。以一个综合性的互联网内容提供商的服务为例，假设其部署于中国联通网络的服务器处理游戏类型的服务质量最佳、而部署于中国移动网络的服务器擅长处理P2P类型的服务、部署于中国电信的服务器擅长处理Web类型的报文。假设现在用户正在使用在线游戏这样的服务，现有技术无法保证这样的服务是由部署于中国联通网络的服务器来提供的。众所周知的是，在IP网络中报文的传递过程主要是依据IP地址进行转发的，负载均衡只能改变报文转发的出口，但最终报文还是会到达指定的服务器。由此可见，现有技术没有充分考虑用户对于服务体验的要求，这在网络游戏等应用中，响应延迟等服务体验对于用户而言恰恰是非常重要的。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种流量调度的装置，所述装置应用于出口网络设备上，该装置包括：

报文解析模块，用于在接收到DNS请求报文时，获取所述DNS请求报文中的域名类型以及所述DNS请求报文的目的IP地址，其中该目的IP地址为第一IP地址；

第一修改模块，用于根据所述域名类型在预设的调度信息表中查找到所述域名类型对应的DNS服务器的第二IP地址，若所述第二IP地址与所述第一IP地址不同，则将所述DNS请求报文的目的IP地址由第一IP地址修改为所述第二IP地址，并在会话表中保存该DNS请求报文的修改记录；

第一调度模块，用于根据修改后的目的IP地址将所述DNS请求报文发送出去。

基于同样的思想，本发明还提供一种流量调度的方法，应用于出口网络设备上，该方法包括：

步骤A、在接收到DNS请求报文时，获取所述DNS请求报文中的域名类型以及所述DNS请求报文的目的IP地址，其中该目的IP地址为第一IP地址；

步骤B、根据所述域名类型在预设的调度信息表中查找到所述域名类型对应的DNS服务器的第二IP地址，若所述第二IP地址与所述目的IP地址不同，则将所述DNS请求报文的目的IP地址由第一IP地址修改为所述第二IP地址，并在会话表中保存该DNS请求报文的修改记录；

步骤C、根据修改后的目的IP地址将所述DNS请求报文发送出去。

与现有技术相比，本发明可以根据DNS域名类别将数据流量调度到不同运营商的服务器上，实现了更佳的服务体验。

附图说明

图1-1是一种DNS报文格式示意图；

图1-2是另一种DNS报文格式示意图；

图2是一种网络拓扑示意图；

图3-1是本发明提供的一种流量调度装置的结构示意图；

图3-2是本发明一种实施例中的一种流量调度方法的处理流程图；

图4是又一种网络拓扑示意图；

图5是本发明又一实施例中一种流量调度方法的处理流程图。

具体实施方式

在IP网络中，主机之间使用IP地址进行通信，由于机器通常只识别IP地址，但是IP地址是一个32位的二进制数，即便转化为十进制数，对于用户的记忆而言也是不友好的。假设有用户要访问baidu，其通常只需要在浏览器中键入www.baidu.com。而主机上安装的协议栈则需要将baidu服务器的IP地址填到HTTP请求报文的目的IP地址中，再将用户主机的IP地址填到请求报文的源IP地址中，才能使所述请求报文能够到达baidu的服务器，并且baidu服务器会将相应的HTTP应答报文根据请求报文中的源IP地址发送回用户主机，于是用户就可以访问baidu的网站。如前所述，由于IP地址比较复杂，不便于记忆，并且很多时候，绝大多数用户并不知道自己要访问的网站的IP地址，只知道该网站的域名，例如www.baidu.com为域名，其对应的IP地址为58.217.200.13（仅仅是示例性的）。因此则需要一个专门进行域名与IP地址相互转换的工具，DNS（Domain Name System，域名系统）应运而生。

DNS就像是一个自动的电话号码簿，访问者可以直接拨打baidu的名字来代替电话号码（IP地址）。DNS在我们直接调用网站的名字（域名）以后就会将像www.baidu.com一样便于用户使用的名字转化成像58.217.200.13一样便于机器识别的IP地址。每天都有数以亿计的用户在访问着这种网站，因此DNS报文也就成为IP网络中最常见的报文之一。DNS报文格式如图1-1所示，其中“查询问题”一项就是我们通常需要询问的网站的域名。如图1-2所示，查询问题进一步包括：查询名、查询类型及查询类。通常由于用户的业务应用不同，其DNS报文中查询的域名种类也各不相同。用户的业务应用类型非常多，在本专利申请文件中使用最为常见的三大类，游戏（game）、P2P和Web。

请参考图2，其是流量调度的网络拓扑图。假设其中中国移动的网络中包含IP地址为IP1的DNS服务器（DNS Server1）和擅长处理game类型应用的服务器Server A；中国联通网络中包含IP地址为IP2的DNS服务器（DNSServer2）和擅长处理P2P应用数据的服务器Server B；中国电信网络中包含IP地址为IP3的DNS服务器（DNS Server3）和擅长处理P2P类型应用的服务器Server C。在很多时候，很多服务提供者会在三大运营商网络部署的服务器（通常是服务器群）都能够提供相同的服务，但是由于各个运营商的设备性能差异，服务提供商部署服务器的数量以及性能差异，因此从使用者的角度来看，其存在服务体验的差异。通常不同的运营商的服务器会被分配不同的网段，中国移动的DNS服务器解析出的IP地址会对应部署在中国移动网络内的的服务器，也就是说根据此IP地址发送的数据报文都会由移动公司的服务器Server A来处理。

假设若从用户主机分别发送三个域名类型不同（Game、P2P和Web）的DNS请求报文（Game.baidu.com、P2P.baidu.com和Web.baidu.com）到同一DNS服务器（假设为DNS Server1）上进行域名解析。三个DNS请求报文在网络按照目的IP地址进行转发，最终都会被发送到DNS Server1进行域名解析。而DNS Server1解析得到的IP地址，通常是与之位于同一个ISP的于Server A对应的IP地址。同样的道理，如果是DNS Server2解析，则得到的IP地址属于Server B对应的IP地址，DNS Server3解析得到的IP地址属于Server C对应的IP地址。但是由于Server A最擅长处理Game类型的数据报文，对于P2P和Web类型的数据报文处理效率较低；Server B最擅长处理P2P类型的数据报文，Server C最擅长处理Web类型的数据报文。对于P2P和Web类型的数据报文处理效率较低，因此，用户在使用P2P以及Web类型的服务时，的服务体验没有得到保证或者说没有达到最佳。

为解决上述问题，本发明提供了一种流量调度解决方案。请参考图3-1，本发明提供一种流量调度装置。所述装置应用于出口网络设备上，负载均衡设备（LB device）就是一种典型的出口网络设备。该网络设备通常包括CPU、内存、非易失性存储器以及其他硬件。该流量调度装置作为一个逻辑层面的虚拟装置，其通过CPU运行对应的计算机程序实现。该装置包括报文解析模块、第一修改模块和第一调度模块。请参考图3-2，该装置的使用和运行过程包括以下步骤。

步骤301、报文解析模块接收到DNS请求报文时，获取所述DNS请求报文中的域名类型以及所述DNS请求报文的目的IP地址，其中该目的IP地址为第一IP地址。

步骤302、第一修改模块根据所述域名类型在预设的调度信息表中查找到所述域名类型对应的DNS服务器的第二IP地址，若所述第二IP地址与所述目的IP地址不同，则将所述DNS请求报文的目的IP地址修改为所述第二IP地址；需要说明的是，本发明更改IP地址是为了将DNS报文发送到其域名类型对应的DNS服务器上，倘若所述第二IP地址与所述目的IP地址相同，则证明用户主机的DNS报文已经选择了正确的目的DNS服务器，而无需修改。

步骤303、第一调度模块根据修改后的目的IP地址将所述DNS请求报文发送出去，并在会话表中保存该DNS请求报文的修改记录。

在DNS请求报文中用户主机的IP地址为源IP地址（IP0），DNS服务器DNS Server1（以下简称“DS1”）的地址为目的IP地址（IP1），中间的网络设备按照目的IP地址进行报文转发；而位于第一运营商ISP1中的DS1回复的DNS应答报文则会将源IP地址与目的IP地址对调，再发送回用户主机。但是在上述实施例中，所述第一修改模块将此DNS请求报文的目的IP地址进行了更改（假设由IP1改为IP2），根据修改后的目的IP地址，该DNS请求报文会被发到IP2的对应的位于第二运营商ISP2中的第二DNS服务器DS2上，而DS2就会进行域名解析，然后回复一个DNS应答报文，该报文的源IP地址为IP2，目的IP地址为IP0，此时用户主机就会接到由DNS Server2回复的DNS应答报文了。但是用户主机自身并没有与DNS Server2建立DNS会话，因此会丢弃该DNS应答报文。这样一来，我们即使能够将DNS请求报文按照DNS域名类型进行流量调度，可是由于目的IP地址的修改，导致用户主机与DNS服务器之间可能会无法正常通信。

为了避免上述问题的发生，在本发明的实施例中还添加了一个第二修改模块。当所述报文解析模块接收到所述DNS Server2回复的DNS应答报文时，获取该报文的会话标识。所述第二修改模块根据所述DNS应答报文的会话标识在会话表中查找与所述会话标识对应的修改记录。需要说明的是，所述会话标识就是用户主机与对应的服务器之间会话的唯一标识，依靠此会话标识可以区分不同的会话，由于用户主机经常回与同一DNS服务器进行多个会话，如果只记录了对于目的IP地址的修改记录，当该装置收到多个所述DNS应答报文时，就很难区分哪个修改记录对应哪个会话的应答报文，因此需要对每个会话进行加个会话标识，以此来区分不同的会话。在优选的实施例中，可以采用报文的五元组作为会话标识，五元组包括报文的，源IP地址、源端口、目的IP地址、目的端口和传输层协议类型，在一般情况下，可以区分不同的会话。

相应地，当第一修改模块将所述DNS请求报文的目的IP地址由IP1改为IP2后，所述第一修改模块会将所述DNS请求报文的修改记录保存在会话表中。当报文解析模块收到DNS应答报文时，所述第二修改模块就会根据DNS应答报文的会话标识在会话表中找到所述会话标识对应的的修改记录。然后所述第二修改模块就按照所述修改记录将所述DNS应答报文的源IP地址由第二IP地址修改为所述第一IP地址（由IP2改为IP1）；随后所述第一调度模块将DNS应答报文发送到用户主机上，并删除所述修改记录，节省内存空间。当用户主机收到修改后的DNS应答报文后，由于其目的IP地址为IP1，则用户主机会认为该应答报文是由DNS Server1发送的，整个修改过程对于用户主机而言是透明的，或者说是其无法感知的。从以上的过程中可以看出，用户解析一个域名时，其访问的DNS服务器在出口网络设备上会被检查，找到一个最适合的DNS服务器进行解析。比如上例中，用户向ISP1中的DS1请求解析P2P类域名，但ISP1中DS1解析得到的服务器并不是服务效果最佳的服务器，因此出口网络设备通过对报文进行修改，让IPS2中的DS2进行解析，DS2的解析得到的服务器其服务效果最佳，可以很好地满足用户对服务体验的要求。

在本实施例中，将DNS请求报文根据域名类型进行分类，并通过修改目的IP地址的方式将所述DNS请求报文发送到其域名类型对应的DNS服务器上，进行DNS解析，并且将DNS服务器回复的DNS应答报文源IP地址对应的还原。从而实现了根据DNS域名类型进行流量调度的目的，充分考虑了用户对于服务体验的需求。

如前所述，在本实施方式中，出口网络设备是一个负载均衡设备，本发明对于DNS报文的调度事实上是引导报文流量到达服务体验最佳的服务器上去。但是从用户发送报文流量的角度来说，DNS报文数量是占比很少的。大部分报文是访问提供具体应用服务的服务器的。而对于非DNS报文的处理，所述流量调度装置还设置了第二调度模块。当报文解析模块接收到非DNS报文时，将所述非DNS报文提交给第二调度模块，所述第二调度模块按照预定的调度分担算法将该报文调度到所述负载均衡设备对应的出口链路上发送出去。这里对报文的分担并不影响本发明的实施，假设用户经过前述DNS解析过程的调度之后，其访问的ISP1中提供Game服务的服务器，但是访问该服务器的报文是非DNS报文，其可能会被调度到ISP2的接入链路上进行发送，但是这个报文最终还是会在网络中被转发到ISP1中提供Game服务的服务器上。由此可见本发明的实施过程并不影响既有的负载均衡的实现。

考虑到本发明中的调度信息表是一个管理员预存在所述流量调度装置中的，其中DNS域名类型以及对应的DNS服务器也是由管理者根据以往的数据分析为基础来设定的，虽然所述调度信息表会时常进行数据更新，但是在复杂的网络环境下，难免会有一些域名或域名类型在调度信息表中无法找到。

因此当本发明所述第一修改模块无法在调度信息表中找到域名类型（比如book）对应的DNS服务器时，出口网络设备依然要对该报文进行转发，因此一种简单的处理方法就是不改变该报文的IP地址，将其当作非DNS报文那样，提交到所述第二调度模块。所述第二调度模块就按照预定的调度分担算法将该报文调度到所述负载均衡设备对应的出口链路上进行转发。由于此类报文的数量要远远低于调度信息表中已有类型的报文数量，因此就算不做调度，只是影响到少量用户对服务体验的需求。

为了方便后期维护人员对该装置的数据更新，在优选的实施例中，本发明的流量调度装置中的第一修改模块进一步用于在未查找到所述域名类型对应的DNS服务器时，对该域名类型进行计数。假设一个DNS报文，其域名类型（如book）无法在调度信息表中找到时，第一修改模块对其域名类型（如book）开始计数，如果下次还收到相同域名类型的报文时，计数值就会加1，直到计数值超过某个预定的阈值（如100）时，就会将该类型的信息上报到管理员；管理员看到该域名类型（如book）后，会进行数据分析，得到所述域名类型（如book）对应的运营商的DNS服务器，然后会将此信息更新到所述流量调度装置的调度信息表中。当再出现所述域名类型（如book）的DNS报文时，所述流量调度装置可以在调度信息表中查找到相应的域名类型及对应的DNS服务器了。值得注意的是，本发明所说的域名类型，既可以是限定于特定网站的，也可以是不限定的，这是基于管理员对于域名类型的定义的。比如说管理员可以把book.sina.com定义为一种域名类型，而把book.baidu.com定义为另一种域名类型；管理员还可以把Game.*.com定义为一种域名类型，其中*表示任意。

以下结合实际应用对本发明实施方式进行具体说明。

请参考图4，本实施例中，假设所述流量调度装置收到用户主机发送的DNS请求报文，所述报文的域名为Game.baidu.com，源IP地址为用户主机的IP地址（IP0），目的IP地址为联通的DNS Server2服务器的IP地址（IP2）。

下面是本发明的处理流程，请参考图5，本发明的实施例中一种链路调度流量调度方法的流程图，对本实施例进行详细说明。

步骤501、接收报文；

步骤502、判断所述报文是否为DNS请求报文，若是则转步骤504；否则转步骤503；

步骤503、将所述报文发送到第二调度模块，所述第二调度模块就按照预定的调度分担算法将该报文调度到所述负载均衡设备对应的出口链路上进行转发；

步骤504、从DNS请求报文中获取报文的域名类型Game以及所述DNS请求报文的目的IP地址（IP2）；

步骤505、根据域名类型Game在调度信息表（表1）中查找所述域名类型对应的DNS服务器以及DNS服务器的IP地址，于是查表得到Game对应的DNS服务器为移动的DNS服务器，其对应的IP地址为IP1；

域名类型	DNS服务器	IP地址
			Game	移动的DNS Server1	IP1
P2P	联通的DNS Server2	IP2
			Web	电信的DNS Server3	IP3

表1

步骤506、判断报文的目的IP地址（第一IP地址）与DNS服务器的IP地址（第二IP地址）是否相同；若是则转步骤508；否则转步骤509；

步骤507、若报文的目的IP地址与DNS服务器的IP地址相同，就说明该报文已选择的DNS服务器是无需修改的，由第一调度模块根据其目的IP地址将所述DNS请求报文发送出去；

步骤508、若报文的目的IP地址与DNS服务器的IP地址不相同，就说明该报文选择的DNS服务器不是是擅长处理此类报文的DNS服务器，因此需要由所述第一修改模块对报文的目的IP地址进行修改，根据查找调度信息表的结果将第一IP地址（IP2）修改为第二IP地址（IP1）；

步骤509、所述DNS请求报文的目的IP地址修改完后，所述第一调度模块根据修改后的目的IP地址（IP1）将报文发送出去；

步骤510、所述第一调度模块在会话表中保存该DNS请求报文的修改记录。

到此为止，对于DNS请求报文的流量调度就完成了。结合图4可以知道，原来的DNS请求报文若不经过本发明的流量调度装置时（图4中虚线箭头指示的转发过程），会按照其最初的目的IP地址进行转发，最终会被发送到IP地址为联通公司的DNS服务器DNS Server2上，由DNS Server2解析的IP地址对应的联通公司的服务器Server B，但是我们知道联通网络中的Server B的性能决定其擅长处理P2P类型的报文，对于Game类的报文的处理效率较低，如果由Server B为用户提供服务，那么用户得到的服务体验并不是最佳的。

但是经过本发明的流量调度装置的处理后（图4中实线箭头指示的转发过程），将原本要去DNS Server2的DNS请求报文通过修改目的IP地址，将目标DNS服务器改为DNS Server1，那么由DNS Server1解析得到的IP地址就会对应到擅长处理游戏类服务的移动公司的服务器Server A上，从而使用户主机以后根据IP1发送的Game类型的数据报文都会通过移动公司的服务器Server A进行处理，因此用户主机的得到了较佳的服务体验。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (12)

1.一种流量调度的装置，所述装置应用于出口网络设备上，其特征在于，该装置包括： 

报文解析模块，用于在接收到DNS请求报文时，获取所述DNS请求报文中的域名类型以及所述DNS请求报文的目的IP地址，其中该目的IP地址为第一IP地址； 

第一修改模块，用于根据所述域名类型在预设的调度信息表中查找到所述域名类型对应的DNS服务器的第二IP地址，若所述第二IP地址与所述第一IP地址不同，则将所述DNS请求报文的目的IP地址由第一IP地址修改为所述第二IP地址，并在会话表中保存该DNS请求报文的修改记录； 

第一调度模块，用于根据修改后的目的IP地址将所述DNS请求报文发送出去。 

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括第二修改模块； 

所述报文解析模块进一步用于在接收到DNS应答报文时，获取所述DNS应答报文的会话标识； 

所述第二修改模块，用于根据所述DNS应答报文的会话标识在会话表中查找与所述会话标识对应的修改记录，按照查找到的修改记录将所述DNS应答报文的源IP地址由第二IP地址修改为所述第一IP地址；，并删除所述修改记录； 

所述第一调度模块，进一步用于将修改后的DNS应答报文发送出去。 

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述会话标识为五元组，所述五元组中包括源IP地址、源端口、目的IP地址、目的端口和传输层协议类型。 

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括第二调度模块， 

所述报文解析模块进一步用于将接收的非DNS报文提交给第二调度模 块，所述第二调度模块按照预定的调度分担算法将该报文调度到所述出口网络设备对应的出口链路上发送出去。 

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，当所述第一修改模块在预设的调度信息表中根据所述域名类型未查找到所述域名类型对应的DNS服务器时，将该报文提交给所述第二调度模块。 

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第一修改模块进一步用于在未查找到所述域名类型对应的DNS服务器时，对该域名类型进行计数，并在域名类型的计数值超过预设的阈值时，将所述域名类型上报给管理员。 

7.一种流量调度的方法，应用于出口网络设备上，其特征在于，该方法包括： 

步骤A、在接收到DNS请求报文时，获取所述DNS请求报文中的域名类型以及所述DNS请求报文的目的IP地址，其中该目的IP地址为第一IP地址； 

步骤B、根据所述域名类型在预设的调度信息表中查找到所述域名类型对应的DNS服务器的第二IP地址，若所述第二IP地址与所述目的IP地址不同，则将所述DNS请求报文的目的IP地址由第一IP地址修改为所述第二IP地址，并在会话表中保存该DNS请求报文的修改记录； 

步骤C、根据修改后的目的IP地址将所述DNS请求报文发送出去。 

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括： 

步骤D、当接收到DNS应答报文时，获取所述DNS应答报文的会话标识；根据所述DNS应答报文的会话标识在会话表中查找与所述会话标识对应的修改记录，按照查找到的修改记录将所述DNS应答报文的源IP地址由第二IP地址修改为所述第一IP地址，并删除所述修改记录；将修改后DNS应答报文发送出去。 

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述会话标识为五元组，所述五元组中包括源IP地址、源端口、目的IP地址、目的端口和传输层协议号。 

10.如权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括： 

步骤E，接收到非DNS报文时，按照预定的调度分担算法将报文调度到所述出口网络设备对应的出口链路上发送出去。 

11.如权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括： 

步骤F，在预设的调度信息表中根据所述域名类型未查找到所述域名类型对应的DNS服务器时，按照预定的调度分担算法将报文调度到所述出口网络设备对应的出口链路上发送出去。 

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，还包括： 

步骤G，在未查找到所述域名类型对应的DNS服务器时，对该域名类型进行计数，并在域名类型的计数值超过预设的阈值时，将所述域名类型上报给管理员。