CN105516245B - 一种基于流的负载均衡的系统以及实现方法 - Google Patents

一种基于流的负载均衡的系统以及实现方法 Download PDF

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Abstract

一种基于流的负载均衡的系统以及实现方法，它包括服务器管理模块和会话表管理模块；服务器管理模块用于对各后台服务器进行管理；会话表管理模块用于管理会话表、规则表、服务器组表、端口组表和服务器属性表。本发明提出一种屏蔽端口基于会话的负载均衡实现方法。可以屏蔽端口差异、组网差异，按会话进行同源同宿，最大可能保证会话完整性。

Description

一种基于流的负载均衡的系统以及实现方法
技术领域
本发明涉及IP数据网络数据采集领域，具体涉及一种在采集设备上基于流的负载均衡系统以及实现方法。
背景技术
目前，采集设备从IP数据网络获取流量，按一定负载算法从端口组中选一个端口把流量送到后台服务器。对于采集设备一个最基本原则就是保证流量同源同宿，也就是同一会话的流量发送到同一后台服务器。
采集设备通常把端口组作为分流目标，当向端口组中增加/删除端口时，会影响流量同源同宿；当端口组的端口UP/DOWN时，也会影响流量同源同宿。采集设备基于五元组（源IP、目的IP、源端口、目的端口、协议）进行负载均衡，如果应用场景IP有限或者IP地址不够离散，会引起部分服务器流量过高、部分服务器流量过低。目前的实现并没考虑流量的特征，如应用种类、报文复杂度等因素。
在实际应用中，向端口组中添加/删除端口、端口组内端口UP/DOWN都无法避免,都会引起同一链接流量不能“同源同宿”。由于基于五元组进行负载均衡，很难均衡发挥服务器的处理性能。针对上述不足，提出一种屏蔽端口基于会话的负载均衡实现方法，弥补现有不足。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题，提出一种基于流的负载均衡实现方法。由于流量交给服务器处理，所以本发明中把后台服务器作为分流目标，而不是把分流端口作为分流目标，这里通过分流端口把流量送到后台服务器。同时通过对会话表的自动学习、老化、删除、刷新操作，实现基于流的同源同宿，最大程度保证同源同宿。
本发明的技术方案是：
一种基于流的负载均衡的实现系统，它包括服务器管理模块和会话表管理模块；
服务器管理模块用于对各后台服务器进行管理，服务器作为基本分流单位，每个服务器用自己的IP地址唯一表示，服务器的MAC地址手动配置，或者通过ARP协议学习；所述的服务器管理模块中设置各服务器的组网属性、权重属性，并且对各服务器进行排列；
会话表管理模块用于管理会话表、规则表、服务器组表、端口组表和服务器属性表；会话表是一组流的集合，一条流用目的IP和节目号标识；规则表是记录流的一种分流方法，条规则表里具有目的IP、服务器组编号信息；服务器组表是一组服务器的集合，作为最终负载均衡目标，记录有服务器IP；端口组表是一组端口的集合，负责把流量从端口送到服务器；服务器属性表存放服务器的工作状态和组网属性；所述的工作状态包括在线和离线两种工作状态，组网属性包括直连和跨交换机两种属性。
会话表管理模块用于管理会话表、规则表、服务器组表、端口组表和服务器属性表；会话表是一组流的集合，一条流用目的IP和节目号标识；规则表是一组规则表条目的集合，各条目里具有流的目的IP和服务器组编号信息；服务器组表是一组服务器的集合，作为最终负载均衡目标，记录有服务器IP；端口组表是一组端口的集合，负责把流量从端口送到服务器；服务器属性表存放服务器的工作状态和组网属性，所述的工作状态包括在线和离线两种工作状态，组网属性包括直连和跨交换机两种属性。
本发明中，根据本系统与服务器有两种组网方式，服务器的组网属性有两种：一种是本系统与服务器直连方式，另一种本系统与后台服务器跨交换机相连；服务器的权重属性用于表示服务器的性能和处理能力的强弱，服务器的权重越大代表处理能力越强。
一种基于流的负载均衡的实现方法，它采用基于流的负载均衡的实现方法，它包括服务器管理步骤和会话表管理步骤；
所述的服务器管理步骤如下：
步骤101，将待添加的各服务器按服务器的IP地址从小到大进行排序；
步骤102，计算各个服务器权重的总和；
步骤103，取得服务器组表项空间中可完整填充部分的总数，服务器组表项空间中可完整填充部分的总数=服务器组表项空间的大小 / 各服务器权重总和，/表示整除；（本系统服务器组表项空间的大小为1024）
步骤104，取得服务器组表项空间中余数填充部分的总数，服务器组表项空间中余数填充部分的总数=服务器组表项空间的大小% 各服务器权重总和，%表示模除；
步骤105，将步骤101排序后的各服务器按顺序添加至服务器组表项空间的整除填充部分；
步骤106，服务器组表项空间的余数填充部分按哈希算法填充。
所述的会话表管理步骤如下；
步骤201，报文从端口进入到本系统；
步骤202，提取报文中的目的IP和节目号形成键值；
步骤203，在会话表中，根据步骤202形成的键值查找会话表的条目；
步骤204，判断是否有匹配会话表的条目，如果存在匹配的会话表条目，说明会话已经存在，转步骤209处理，否则新建会话，进行205处理；
步骤205，提取报文中的目的IP形成键值，查找规则表的条目，获取服务器组编号；
步骤206，提取报文中的8字节的节目号按哈希算法生成10位哈希值，用前述哈希值从步骤205获取的服务器组中选择一个服务器的IP；
步骤207，提取报文中的目的IP、8字节的节目号以及步骤206所选择的服务器组中服务器的IP生成会话表条目，存储在会话表中，即会话表的条目包含目的IP、8字节的节目号、服务器的IP信息；
步骤208，用前述服务器的IP查找服务器属性表，根据服务器的组网属性将流量从直连端口或端口组输出；
步骤209，用服务器的IP查找服务器属性表，获取服务器的工作状态；
步骤210，判断服务器状态，如果服务器组表的工作状态为在线，进行步骤208处理，否则说明服务器已离线，进行211处理；
步骤211，根据目的IP和节目号键值删除会话表中条目。
本发明的步骤106中，具体哈希算法是，对于服务器组表项空间的余数填充部分，根据当前位置用CRC32算法生成。
本发明的206中，从相应的服务器组中根据哈希值选择一个服务器具体为：按照下述方法将8字节的节目号前4个字节与后4字节进行异或运算，获得4字节哈希值；将4字节哈希值的前2个字节与后2字节进行异或运算，获得2字节哈希值，将前述2字节哈希值的低10位作为10位哈希值，根据前述10位哈希值获取服务器组中服务器的位置，选择出该服务器；4字节哈希值=（8字节节目号的前4字节 XOR 8字节节目号后4字节） 2字节哈希值=（4字节哈希值的前2字节XOR 4字节哈希值的后2字节） 10位哈希值= 2字节哈希值的低10位。
本发明的有益效果：
本发明提出一种屏蔽端口基于会话的负载均衡实现方法。可以屏蔽端口差异、组网差异，按会话进行同源同宿，最大可能保证会话完整性。
本发明的提供一种基于流的负载均衡实现方法。由于流量交给服务器处理，所以本发明中把后台服务器作为分流目标，而不是把分流端口作为分流目标，这里通过分流端口把流量送到后台服务器。同时通过对会话表的自动学习、老化、删除、刷新操作，实现基于流的同源同宿，最大程度保证同源同宿。
附图说明
图1是本发明的服务器管理步骤流程图。
图2是本发明的会话表管理步骤流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
一种基于流的负载均衡的实现系统，它包括服务器管理模块和会话表管理模块；
服务器管理模块用于对各后台服务器进行管理，服务器作为基本分流单位，每个服务器用自己的IP地址唯一表示，服务器的MAC地址手动配置，或者通过ARP协议学习；所述的服务器管理模块中设置各服务器的组网属性、权重属性，并且对各服务器进行排列；
会话表管理模块用于管理会话表、规则表、服务器组表、端口组表和服务器属性表；会话表是一组流的集合，一条流用目的IP和节目号标识；规则表是一组规则表条目的集合，各条目里具有流的目的IP和服务器组编号信息；服务器组表是一组服务器的集合，作为最终负载均衡目标，记录有服务器IP；端口组表是一组端口的集合，负责把流量从端口送到服务器；服务器属性表存放服务器的工作状态和组网属性；所述的工作状态包括在线和离线两种工作状态，组网属性包括直连和跨交换机两种属性。
具体实施时：
服务器管理步骤如下：
步骤101，将待添加的各服务器按服务器的IP地址从小到大进行排序；
步骤102，计算各个服务器权重的总和；
步骤103，取得服务器组表项空间中可完整填充部分的总数，服务器组表项空间中可完整填充部分的总数=服务器组表项空间的大小 / 各服务器权重总和，/表示整除；（本系统服务器组表项空间的大小为1024）
步骤104，取得服务器组表项空间中余数填充部分的总数，服务器组表项空间中余数填充部分的总数=服务器组表项空间的大小% 各服务器权重总和，%表示模除；
步骤105，将步骤101排序后的各服务器按顺序添加至服务器组表项空间的整除填充部分；
步骤106，服务器组表项空间的余数填充部分按哈希算法填充。
会话报文处理流程如下：
所述的会话表管理步骤如下；
步骤201，报文从端口进入到本系统；
步骤202，提取报文中的目的IP和节目号形成键值；
步骤203，在会话表中，根据步骤202形成的键值查找会话表的条目；
步骤204，判断是否有匹配会话表的条目，如果存在匹配的会话表条目，说明会话已经存在，转步骤209处理，否则新建会话，进行205处理；
步骤205，提取报文中的目的IP形成键值，查找规则表的条目，获取服务器组编号；
步骤206，提取报文中的8字节的节目号按哈希算法生成10位哈希值，用前述哈希值从步骤205获取的服务器组中选择一个服务器的IP；
按照下述方法将8字节的节目号前4个字节与后4字节进行异或运算，获得4字节哈希值；将4字节哈希值的前2个字节与后2字节进行异或运算，获得2字节哈希值，将前述2字节哈希值的低10位作为10位哈希值，根据前述10位哈希值获取服务器组中服务器的位置，选择出该服务器； 4字节哈希值=（8字节节目号的前4字节 XOR 8字节节目号后4字节） 2字节哈希值=（4字节哈希值的前2字节XOR 4字节哈希值的后2字节） 10位哈希值= 2字节哈希值的低10位。
步骤207，提取报文中的目的IP、8字节的节目号以及步骤206所选择的服务器组中服务器的IP生成会话表条目，存储在会话表中，即会话表的条目包含目的IP、8字节的节目号、服务器的IP信息；
步骤208，用前述服务器的IP查找服务器属性表，根据服务器的组网属性将流量从直连端口或端口组输出；
步骤209，用服务器的IP查找服务器属性表，获取服务器的工作状态；
步骤210，判断服务器状态，如果服务器组表的工作状态为在线，进行步骤208处理，否则说明服务器已离线，进行211处理；
步骤211，根据目的IP和节目号键值删除会话表中条目。
本发明提出一种屏蔽端口基于会话的负载均衡实现方法。可以屏蔽端口差异、组网差异，按会话进行同源同宿，最大可能保证会话完整性。
本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (5)

1.一种基于流的负载均衡的实现系统，其特征是它包括服务器管理模块和会话表管理模块；
服务器管理模块用于对各后台服务器进行管理，服务器作为基本分流单位，每个服务器用自己的IP地址唯一表示，服务器的MAC地址手动配置，或者通过ARP协议学习；所述的服务器管理模块中设置各服务器的组网属性、权重属性，并且对各服务器进行排列；服务器管理步骤如下：
步骤101，将待添加的各服务器按服务器的IP地址从小到大进行排序；
步骤102，计算各个服务器权重的总和；
步骤103，取得服务器组表项空间中可完整填充部分的总数，服务器组表项空间中可完整填充部分的总数＝服务器组表项空间的大小/各服务器权重总和，/表示整除；
步骤104，取得服务器组表项空间中余数填充部分的总数，服务器组表项空间中余数填充部分的总数＝服务器组表项空间的大小％各服务器权重总和，％表示模除；
步骤105，将步骤101排序后的各服务器按顺序添加至服务器组表项空间的整除填充部分；
步骤106，服务器组表项空间的余数填充部分按哈希算法填充；
会话表管理模块用于管理会话表、规则表、服务器组表、端口组表和服务器属性表；会话表是一组流的集合，一条流用目的IP和节目号标识；规则表是一组规则表条目的集合，各条目里具有流的目的IP和服务器组编号信息；服务器组表是一组服务器的集合，作为最终负载均衡目标，记录有服务器IP；端口组表是一组端口的集合，负责把流量从端口送到服务器；服务器属性表存放服务器的工作状态和组网属性，所述的工作状态包括在线和离线两种工作状态，会话表管理步骤如下：
步骤201，报文从端口进入到本系统；
步骤202，提取报文中的目的IP和节目号形成键值；
步骤203，在会话表中，根据步骤202形成的键值查找会话表的条目；
步骤204，判断是否有匹配会话表的条目，如果存在匹配的会话表条目，说明会话已经存在，转步骤209处理，否则新建会话，进行205处理；
步骤205，提取报文中的目的IP形成键值，查找规则表的条目，获取服务器组编号；
步骤206，提取报文中的8字节的节目号按哈希算法生成10位哈希值，用前述哈希值从步骤205获取的服务器组中选择一个服务器的IP；
步骤207，提取报文中的目的IP、8字节的节目号以及步骤206所选择的服务器组中服务器的IP生成会话表条目，存储在会话表中，即会话表的条目包含目的IP、8字节的节目号、服务器的IP信息；
步骤208，用前述服务器的IP查找服务器属性表，根据服务器的组网属性将流量从直连端口或端口组输出；
步骤209，用服务器的IP查找服务器属性表，获取服务器的工作状态；
步骤210，判断服务器状态，如果服务器组表的工作状态为在线，进行步骤208处理，否则说明服务器已离线，进行211处理；
步骤211，根据目的IP和节目号键值删除会话表中条目。
2.根据权利要求1所述的基于流的负载均衡的实现系统，其特征是根据本系统与服务器有两种组网方式，服务器的组网属性有两种：一种是本系统与服务器直连方式，另一种本系统与后台服务器跨交换机相连；服务器的权重属性用于表示服务器的性能和处理能力的强弱，服务器的权重越大代表处理能力越强。
3.一种基于流的负载均衡的实现方法，它采用权利要求1-2之一所述的基于流的负载均衡的实现系统，其特征是它包括服务器管理步骤和会话表管理步骤；
所述的服务器管理步骤如下：
步骤101，将待添加的各服务器按服务器的IP地址从小到大进行排序；
步骤102，计算各个服务器权重的总和；
步骤103，取得服务器组表项空间中可完整填充部分的总数，服务器组表项空间中可完整填充部分的总数＝服务器组表项空间的大小/各服务器权重总和，/表示整除；
步骤104，取得服务器组表项空间中余数填充部分的总数，服务器组表项空间中余数填充部分的总数＝服务器组表项空间的大小％各服务器权重总和，％表示模除；
步骤105，将步骤101排序后的各服务器按顺序添加至服务器组表项空间的整除填充部分；
步骤106，服务器组表项空间的余数填充部分按哈希算法填充；
所述的会话表管理步骤如下；
步骤201，报文从端口进入到本系统；
步骤202，提取报文中的目的IP和节目号形成键值；
步骤203，在会话表中，根据步骤202形成的键值查找会话表的条目；
步骤204，判断是否有匹配会话表的条目，如果存在匹配的会话表条目，说明会话已经存在，转步骤209处理，否则新建会话，进行205处理；
步骤205，提取报文中的目的IP形成键值，查找规则表的条目，获取服务器组编号；
步骤206，提取报文中的8字节的节目号按哈希算法生成10位哈希值，用前述哈希值从步骤205获取的服务器组中选择一个服务器的IP；
步骤207，提取报文中的目的IP、8字节的节目号以及步骤206所选择的服务器组中服务器的IP生成会话表条目，存储在会话表中，即会话表的条目包含目的IP、8字节的节目号、服务器的IP信息；
步骤208，用前述服务器的IP查找服务器属性表，根据服务器的组网属性将流量从直连端口或端口组输出；
步骤209，用服务器的IP查找服务器属性表，获取服务器的工作状态；
步骤210，判断服务器状态，如果服务器组表的工作状态为在线，进行步骤208处理，否则说明服务器已离线，进行211处理；
步骤211，根据目的IP和节目号键值删除会话表中条目。
4.根据权利要求3所述的基于流的负载均衡的实现方法，其特征是步骤106中，具体哈希算法是，对于服务器组表项空间的余数填充部分，根据当前位置用CRC32算法生成。
5.根据权利要求3所述的基于流的负载均衡的实现方法，其特征是步骤206中，从相应的服务器组中根据哈希值选择一个服务器具体为：按照下述方法将8字节的节目号前4个字节与后4字节进行异或运算，获得4字节哈希值；将4字节哈希值的前2个字节与后2字节进行异或运算，获得2字节哈希值，将前述2字节哈希值的低10位作为10位哈希值，根据前述10位哈希值获取服务器组中服务器的位置，选择出该服务器；
4字节哈希值＝(8字节节目号的前4字节XOR 8字节节目号后4字节)
2字节哈希值＝(4字节哈希值的前2字节XOR 4字节哈希值的后2字节)
10位哈希值＝2字节哈希值的低10位。
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