CN105704059A - 一种负载均衡方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种负载均衡方法和系统。该方法包括：根据预设的流分类策略对所接收的报文进行流分类，确定所接收到的报文所符合的匹配规则组合；将所接收到的符合同源同宿规则的报文发送到预先设置的与其所符合的匹配规则组合相对应的负载均衡单元；各个负载均衡单元根据所接收的报文进行内部负载均衡，将所接收到的报文根据内部负载均衡的结果发送到相应的出端口。通过使用本发明所提供的负载均衡方法和系统，可以在进行负载均衡的同时，使得所输出的报文都符合同源同宿规则，并可减少存储空间，提高系统的整体性能。

Description

一种负载均衡方法和系统

技术领域

本发明涉及数据传输技术，特别涉及一种负载均衡方法和系统。

背景技术

目前，随着网络技术的飞速发展，通过网络技术传输的数据也越来越多。在进行上述数据传输时，一般都会使用相应的服务器进行传输。为了保证各个服务器的工作效率，在进行数据传输时将使用负载均衡设备。负载均衡设备将根据预设的分配策略，并根据所接收到的各个数据请求，完成相应的数据传输。

在进行上述数据传输时，通常会有同源同宿的要求，即同一个会话的报文，从同一个出端口发出。

现有技术中已经提出了一种相应的数据传输方法。在该数据传输方法中，将先区分所接收到的数据包是上行数据包还是下行数据包，然后对数据包进行解析，剥离出链路层信息；接着剥离出网络层信息，对上行数据包提取源IP地址，对下行数据包提取目标IP地址；随后再对所提取的地址进行散列计算，得出散列值；最后，将相同散列值的数据包存入同一个队列。在该方法中，通过对数据包的IP地址或者数据包特定的偏移位置进行散列计算，实现“同源同宿”，保证了同一个用户的所有数据包都被放入同样的队列中，应用程序处理的时候，就不必在不同队列进行搜索，避免“访问竞争”的同时也就提升了数据包的处理效率。

但是，上述的现有技术中还存在一些问题，例如，在上述的方法中，需要区分数据包是上行数据包还是下行数据包，而且还需要对源IP地址和目的IP地址共8字节即64位数据进行存储、建表、查询，因此将耗费较多的存储空间；同时，该方法需要HASH散列存储，因此将导致CPU开销巨大，性能低下；此外，如果将该方法应用于IPv6场合，则系统开销将会更大。

由此可知，现有技术中的上述方法中还存在一些问题，亟待解决。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种负载均衡方法和系统，从而可以在进行负载均衡的同时，使得所输出的报文都符合同源同宿规则，并可减少存储空间，提高系统的整体性能。

本发明的技术方案具体是这样实现的：

一种负载均衡方法，该方法包括：

从外部接收报文；

根据预设的流分类策略对所接收的报文进行流分类，确定所接收到的报文所符合的匹配规则组合；

将所接收到的符合同源同宿规则的报文发送到预先设置的与其所符合的匹配规则组合相对应的负载均衡单元；

各个负载均衡单元根据所接收的报文进行内部负载均衡，将所接收到的报文根据内部负载均衡的结果发送到相应的出端口；

其中，所述预设的流分类策略包括：

预先在源IP地址和目的IP地址中的预设位置对应地截取n位；其中，所述n为小于或等于32的正整数；

对所截取的n位源IP地址、目的IP地址的所有可能的取值进行排列组合，并将每一种排列组合结果作为一种匹配规则；

根据报文的源IP地址和目的IP地址中的预设位置的n位的实际取值，确定所对应的排列组合结果，并根据所确定的排列组合结果确定该报文所符合的匹配规则组合；其中，所述匹配规则组合中包括至少一种匹配规则。

较佳的，所述将所接收到的符合同源同宿规则的报文发送到预先设置的与其所符合的匹配规则组合相对应的负载均衡单元包括：

预先设置X个负载均衡单元，且每个负载均衡单元都一一对应一种符合同源同宿规则的匹配规则组合；其中，所述X为2²ⁿ种匹配规则中符合同源同宿规则的匹配规则组合的数量；

将所接收到的符合同源同宿规则的报文发送到与其所符合的匹配规则组合相对应的负载均衡单元。

较佳的，所述n的取值小于或等于4。

较佳的，所述源IP地址和目的IP地址中的预设位置的n位为：

源IP地址和目的IP地址中的最后2位。

较佳的，所述X通过如下公式得到：

$X=2^n+\frac{1}{2}\×(2^{2n}-2^n)=2^{n-1}+2^{2n-1}.$

较佳的，所述各个负载均衡单元根据所接收的报文进行内部负载均衡，将所接收到的报文根据内部负载均衡的结果发送到相应的出端口包括：

从报文的源IP地址和目的IP地址中的预设第二位置对应地选取x位；其中，所述x为小于或等于32的正整数；

对所选取的x位源IP地址和目的IP地址进行异或计算，然后进行对m取模计算；

将所接收到的报文发送到与取模计算的结果相应的出端口。

较佳的，所述x的取值小于或等于6。

本发明还提供了一种负载均衡系统，该系统包括：收包单元、流分类单元、重定向单元和多个负载均衡单元；

所述收包单元中设置有多个入端口，用于从外部接收报文，并将所接收的报文发生给所述流分类单元；

所述流分类单元，用于根据预设的流分类策略对所接收的报文进行流分类，确定所接收到的报文所符合的匹配规则组合；将所接收到的报文以及该报文所符合的匹配规则组合发生给所述重定向单元；

所述重定向单元，用于将所接收到的符合同源同宿规则的报文发送到预先设置的与其所符合的匹配规则组合相对应的负载均衡单元；

所述各个负载均衡单元，用于根据所接收的报文进行内部负载均衡，将所接收到的报文根据内部负载均衡的结果发送到相应的出端口；

其中，所述预设的流分类策略包括：

预先在源IP地址和目的IP地址中的预设位置对应地截取n位；其中，所述n为小于或等于32的正整数；

对所截取的n位源IP地址、目的IP地址的所有可能的取值进行排列组合，并将每一种排列组合结果作为一种匹配规则；

根据报文的源IP地址和目的IP地址中的预设位置的n位的实际取值，确定所对应的排列组合结果，并根据所确定的排列组合结果确定该报文所符合的匹配规则组合；其中，所述匹配规则组合中包括至少一种匹配规则。

较佳的，所述负载均衡单元包括：发包模块和负载均衡引擎；

所述发包模块中设置有m个出端口；

所述负载均衡引擎，用于根据所接收的报文进行内部负载均衡，将所接收到的报文根据内部负载均衡的结果发送到所述发包模块中相应的出端口。

如上可见，在本发明的技术方案中，由于是先根据预设的流分类策略确定所接收到的报文所符合的匹配规则组合，然后再将符合同源同宿规则的报文发送到预先设置的与其所符合的匹配规则组合相对应的负载均衡单元，而且各个负载均衡单元均可根据所接收的报文进行内部负载均衡，将所接收到的报文根据内部负载均衡的结果发送到相应的出端口，因此使得同一个会话的报文，只会从同一个出端口发出，从而在进行负载均衡的同时，使得所输出的报文都符合同源同宿规则。而且，在本发明的技术方案中，无需对源IP地址和目的IP地址的所有字节进行存储、建表、查询等操作，而只需关注源IP地址和目的IP地址中预先设置的n位，从而可以大大减少存储空间；另外，在本发明的技术方案中，无需进行HASH散列存储，可以大大减少计算工作量，降低对系统资源的占用，提高系统的整体性能；此外，本发明的技术方案在IPV4和IPV6场合都通用，而无需进行更改。

附图说明

图1为本发明实施例中的负载均衡方法的流程示意图。

图2为本发明实施例中的负载均衡系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。

本实施例提供了一种负载均衡方法和系统。

图1为本发明实施例中的负载均衡方法的流程示意图。如图1所示，本发明实施例中的负载均衡方法主要包括如下所述的步骤：

步骤11，从外部接收报文。

在本发明的技术方案中，将首先从外部接收报文，例如，较佳的，可以通过各个入端口从外部接收报文。

由于各个报文从哪个入端口没有任何规律，同一个会话的上行报文和下行报文会随机的从任意一个入端口进入，因此如果不对从外部所接收的报文进行任何处理即进行传输，则所传输的报文一般都不符合同源同宿规则。所述同源同宿规则为：同一个会话的报文，只会从同一个出端口发出。

所以，在本发明的技术方案中，需要通过后续的操作对所接收的报文进行处理，从而使得最终输出的报文符合同源同宿规则。

步骤12，根据预设的流分类策略对所接收的报文进行流分类，确定所接收到的报文所符合的匹配规则组合；

其中，所述预设的流分类策略包括：

预先在源IP地址和目的IP地址中的预设位置对应地截取n位(例如，从源IP地址的倒数第2位以及目的IP地址的倒数第2位开始，截取2位)；

对所截取的n位源IP地址、目的IP地址的所有可能的取值进行排列组合，并将每一种排列组合结果作为一种匹配规则；

根据报文的源IP地址和目的IP地址中的预设位置的n位的实际取值，确定所对应的排列组合结果，并根据所确定的排列组合结果确定该报文所符合的匹配规则组合；其中，所述匹配规则组合中包括至少一种匹配规则。

在本发明的技术方案中，可以根据实际应用的需要，预先设置上述的源IP地址和目的IP地址中的预设位置，即可以预先确定在源IP地址和目的IP地址中哪个位置开始进行截取操作。而且，还可以根据实际应用的需要，预先设置上述n的取值。因此，所截取的n位源IP地址、目的IP地址的所有可能的取值一共有2²ⁿ种排列组合结果，所对应的匹配规则也有2²ⁿ种。

例如，较佳的，在本发明的技术方案中，所述n的取值范围可以为：1～32，即n为小于或等于32的正整数。较佳的，在实际应用中，为了节省资源，所述n的取值可以小于或等于4。

例如，在本发明的一个具体实施例中，所述n的取值可以为：2；并且，所述源IP地址和目的IP地址中的预设位置的n位为：源IP地址和目的IP地址中的最后2位。

此时，根据本发明中预设的流分类策略可知，可预先截取源IP地址和目的IP地址中的最后2位，然后对所截取的源IP地址和目的IP地址的最后2位的所有可能的取值进行排列组合，并将每一种排列组合结果作为一种匹配规则，从而可以得到如下所示的表1：

表1

根据上述表1可知，在上述较佳实施例中，所截取的源IP地址和目的IP地址的最后2位的所有可能的取值一共有2²ⁿ＝16种可能，即16种排列组合结果，因此可以得到如上述表1中所示的16种匹配规则，每一种排列组合结果都对应一种匹配规则。

因此，在使用上述的流分类策略对报文进行流分类时，在接收到报文之后，即可根据所接收到的报文的源IP地址和目的IP地址的最后2位的实际取值确认该报文符合哪一种匹配规则组合。例如，如果所接收到的报文的源IP地址和目的IP地址的最后2位的实际取值分别为01和00，则该报文符合上述的编号为5的匹配规则(简称为匹配规则5)；如果所接收到的报文的源IP地址和目的IP地址的最后2位的实际取值分别为10和10，则该报文符合上述的编号为11的匹配规则(简称为匹配规则11)；……；以此类推，即可确定各个所接收到的报文所符合的匹配规则组合。

步骤13，将所接收到的符合同源同宿规则的报文发送到预先设置的与其所符合的匹配规则组合相对应的负载均衡单元。

在本发明的技术方案中，上述的2²ⁿ种匹配规则中只有X种匹配规则组合是符合同源同宿规则的(一种匹配规则组合中可以只包括一种匹配规则，也可以包括两种匹配规则)；其中，所述X可以通过如下所述公式得到：

$X=2^n+\frac{1}{2}\×(2^{2n}-2^n)=2^{n-1}+2^{2n-1}---\left(1\right)$

例如，当所述n的取值为2时，一共有16种匹配规则，但只有如下所述的10种匹配规则组合符合同源同宿规则：

符合匹配规则1的报文符合同源同宿规则；

符合匹配规则6的报文符合同源同宿规则；

符合匹配规则11的报文符合同源同宿规则；

符合匹配规则16的报文符合同源同宿规则；

符合匹配规则2或匹配规则5的报文符合同源同宿规则；(本匹配规则组合是考虑到报文可以分为上行报文和下行报文，符合同源同宿规则的上行报文和下行报文，其源IP地址和目的IP地址可能会互换。下同。)

符合匹配规则3或匹配规则9的报文符合同源同宿规则；

符合匹配规则4或匹配规则13的报文符合同源同宿规则；

符合匹配规则7或匹配规则10的报文符合同源同宿规则；

符合匹配规则8或匹配规则14的报文符合同源同宿规则；

符合匹配规则12或匹配规则15的报文符合同源同宿规则。

因此，较佳的，在本发明的技术方案中，可以预先为每一种符合同源同宿规则的匹配规则组合设置一个负载均衡单元，所以，可以预先设置X个负载均衡单元(其中，所述X为2²ⁿ种匹配规则中符合同源同宿规则的匹配规则组合的数量)，且每个负载均衡单元都一一对应一种符合同源同宿规则的匹配规则组合。因此，可以将所接收到的符合同源同宿规则的报文发送到与其所符合的匹配规则组合相对应的负载均衡单元。

步骤14，各个负载均衡单元根据所接收的报文进行内部负载均衡，将所接收到的报文根据内部负载均衡的结果发送到相应的出端口。

在本发明的技术方案中，每个负载均衡单元中都可预先设置多个出端口，然后，各个负载均衡单元均可根据所接收的报文进行内部负载均衡，将所接收到的报文根据内部负载均衡的结果发送到相应的出端口。

在本发明的技术方案中，各个负载均衡单元可以使用多种方式进行内部负载均衡。以下将以其中的一种具体实现方式为例，对本发明的技术方案进行更详细的介绍。

例如，较佳的，在本发明的技术方案中，所述负载均衡单元根据所接收的报文进行内部负载均衡，将所接收到的报文根据内部负载均衡的结果发送到相应的出端口包括：

步骤141，从报文的源IP地址和目的IP地址中的预设第二位置对应地选取x位(例如，从源IP地址的倒数第3位以及目的IP地址的倒数第3位开始，选取3位)；

步骤142，对所选取的x位源IP地址和目的IP地址进行异或计算，然后进行对m取模计算；该取模计算的结果必然是取值范围为1～m的正整数；其中，所述m为负载均衡单元中出端口的数目。在本发明的较佳实施例中，可以根据实际应用需要，预先设置m的取值。例如，较佳的，所述m的取值范围可以为：1～8，即m为小于或等于8的正整数；

步骤143，将所接收到的报文发送到与取模计算的结果相应的出端口。

例如，在本发明的较佳实施例中，可以在报文的源IP地址中选取x位，形成二进制数字串，用s[1…x]表示；

然后，再在报文的目的IP地址中的对应位置同样选取x位，形成二进制数字串，用d[1…x]表示；

接着，对所选取的x位源IP地址和目的IP地址进行异或计算，然后对m取模，取模计算的结果为1到m中的一个正整数，例如，可以用p表示，1≤p≤m。p的取值即为出端口的编号，即第p个出端口。

较佳的，在本发明的技术方案中，所述p的取值可以通过如下所述的公式计算得到：

p＝(s[1...x]^∧d[1...x])％m(2)

因此，负载均衡单元可以将所接收到的报文发送到出端口p(即第p个出端口)。

在本发明的技术方案中，可以根据实际应用的需要，预先设置上述的源IP地址和目的IP地址中的预设位置，即可以预先确定在源IP地址和目的IP地址中哪个位置开始进行选取。而且，还可以根据实际应用的需要，预先设置上述x的取值。

例如，较佳的，在本发明的技术方案中，所述x的取值范围可以为：1～32。较佳的，在实际应用中，为了节省资源，所述x的取值可以小于或等于6。

根据上述的步骤11～14可知，在本发明的技术方案中，是先根据预设的流分类策略对所接收的报文进行流分类，确定所接收到的报文所符合的匹配规则组合；然后，再将所接收到的符合同源同宿规则的报文发送到预先设置的与其所符合的匹配规则组合相对应的负载均衡单元；接着，各个负载均衡单元再根据所接收的报文进行内部负载均衡，将所接收到的报文根据内部负载均衡的结果发送到相应的出端口，因此使得同一个会话的报文，只会从同一个出端口发出，从而在进行负载均衡的同时，使得所输出的报文都符合同源同宿规则。而且，在上述方法中，无需对源IP地址和目的IP地址的所有字节(8字节，64位数据)进行存储、建表、查询等操作，而只需关注源IP地址和目的IP地址中预先设置的n位，从而可以大大减少存储空间；另外，在上述方法中，无需进行HASH散列存储，可以大大减少计算工作量，降低对系统资源的占用，提高系统的整体性能；此外，上述方法在IPV4和IPV6场合都通用，而无需进行更改。

此外，根据本发明所提供的上述负载均衡方法，本发明还提供了相应的负载均衡系统。

图2为本发明实施例中的负载均衡系统的结构示意图。如图2所示，本发明实施例中的负载均衡系统主要包括：收包单元21、流分类单元22、重定向单元23和多个负载均衡单元24；

所述收包单元21中设置有多个入端口211，用于从外部接收报文，并将所接收的报文发生给所述流分类单元22；

所述流分类单元22，用于根据预设的流分类策略对所接收的报文进行流分类，确定所接收到的报文所符合的匹配规则组合；将所接收到的报文以及该报文所符合的匹配规则组合发生给所述重定向单元23；

所述重定向单元23，用于将所接收到的符合同源同宿规则的报文发送到预先设置的与其所符合的匹配规则组合相对应的负载均衡单元24；

所述各个负载均衡单元24，用于根据所接收的报文进行内部负载均衡，将所接收到的报文根据内部负载均衡的结果发送到相应的出端口；

其中，所述预设的流分类策略包括：

预先在源IP地址和目的IP地址中的预设位置对应地截取n位；其中，所述n为小于或等于32的正整数；

对所截取的n位源IP地址、目的IP地址的所有可能的取值进行排列组合，并将每一种排列组合结果作为一种匹配规则；

根据报文的源IP地址和目的IP地址中的预设位置的n位的实际取值，确定所对应的排列组合结果，并根据所确定的排列组合结果确定该报文所符合的匹配规则组合；其中，所述匹配规则组合中包括至少一种匹配规则。

较佳的，在本发明的技术方案中，所述负载均衡单元24包括：发包模块242和负载均衡引擎241；

所述发包模块242中设置有m个出端口243；

所述负载均衡引擎241，用于根据所接收的报文进行内部负载均衡，将所接收到的报文根据内部负载均衡的结果发送到所述发包模块中相应的出端口243。

综上可知，在本发明的技术方案中，由于是先根据预设的流分类策略确定所接收到的报文所符合的匹配规则组合，然后再将符合同源同宿规则的报文发送到预先设置的与其所符合的匹配规则组合相对应的负载均衡单元，而且各个负载均衡单元均可根据所接收的报文进行内部负载均衡，将所接收到的报文根据内部负载均衡的结果发送到相应的出端口，因此使得同一个会话的报文，只会从同一个出端口发出，从而在进行负载均衡的同时，使得所输出的报文都符合同源同宿规则。而且，在本发明的技术方案中，无需对源IP地址和目的IP地址的所有字节进行存储、建表、查询等操作，而只需关注源IP地址和目的IP地址中预先设置的n位，从而可以大大减少存储空间；另外，在本发明的技术方案中，无需进行HASH散列存储，可以大大减少计算工作量，降低对系统资源的占用，提高系统的整体性能；此外，本发明的技术方案在IPV4和IPV6场合都通用，而无需进行更改。

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 (9)

1.一种负载均衡方法，其特征在于，该方法包括：

从外部接收报文；

根据预设的流分类策略对所接收的报文进行流分类，确定所接收到的报文所符合的匹配规则组合；

将所接收到的符合同源同宿规则的报文发送到预先设置的与其所符合的匹配规则组合相对应的负载均衡单元；

各个负载均衡单元根据所接收的报文进行内部负载均衡，将所接收到的报文根据内部负载均衡的结果发送到相应的出端口；

其中，所述预设的流分类策略包括：

预先在源IP地址和目的IP地址中的预设位置对应地截取n位；其中，所述n为小于或等于32的正整数；

对所截取的n位源IP地址、目的IP地址的所有可能的取值进行排列组合，并将每一种排列组合结果作为一种匹配规则；

根据报文的源IP地址和目的IP地址中的预设位置的n位的实际取值，确定所对应的排列组合结果，并根据所确定的排列组合结果确定该报文所符合的匹配规则组合；其中，所述匹配规则组合中包括至少一种匹配规则。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所接收到的符合同源同宿规则的报文发送到预先设置的与其所符合的匹配规则组合相对应的负载均衡单元包括：

预先设置X个负载均衡单元，且每个负载均衡单元都一一对应一种符合同源同宿规则的匹配规则组合；其中，所述X为2²ⁿ种匹配规则中符合同源同宿规则的匹配规则组合的数量；

将所接收到的符合同源同宿规则的报文发送到与其所符合的匹配规则组合相对应的负载均衡单元。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：

所述n的取值小于或等于4。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述源IP地址和目的IP地址中的预设位置的n位为：

源IP地址和目的IP地址中的最后2位。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述X通过如下公式得到：

$X=2^n+\frac{1}{2}\×(2^{2n}-2^n)=2^{n-1}+2^{2n-1}.$

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述各个负载均衡单元根据所接收的报文进行内部负载均衡，将所接收到的报文根据内部负载均衡的结果发送到相应的出端口包括：

从报文的源IP地址和目的IP地址中的预设第二位置对应地选取x位；其中，所述x为小于或等于32的正整数；

对所选取的x位源IP地址和目的IP地址进行异或计算，然后进行对m取模计算；

将所接收到的报文发送到与取模计算的结果相应的出端口。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：

所述x的取值小于或等于6。

8.一种负载均衡系统，其特征在于，该系统包括：收包单元、流分类单元、重定向单元和多个负载均衡单元；

所述收包单元中设置有多个入端口，用于从外部接收报文，并将所接收的报文发生给所述流分类单元；

所述流分类单元，用于根据预设的流分类策略对所接收的报文进行流分类，确定所接收到的报文所符合的匹配规则组合；将所接收到的报文以及该报文所符合的匹配规则组合发生给所述重定向单元；

所述重定向单元，用于将所接收到的符合同源同宿规则的报文发送到预先设置的与其所符合的匹配规则组合相对应的负载均衡单元；

所述各个负载均衡单元，用于根据所接收的报文进行内部负载均衡，将所接收到的报文根据内部负载均衡的结果发送到相应的出端口；

其中，所述预设的流分类策略包括：

预先在源IP地址和目的IP地址中的预设位置对应地截取n位；其中，所述n为小于或等于32的正整数；

对所截取的n位源IP地址、目的IP地址的所有可能的取值进行排列组合，并将每一种排列组合结果作为一种匹配规则；

根据报文的源IP地址和目的IP地址中的预设位置的n位的实际取值，确定所对应的排列组合结果，并根据所确定的排列组合结果确定该报文所符合的匹配规则组合；其中，所述匹配规则组合中包括至少一种匹配规则。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述负载均衡单元包括：发包模块和负载均衡引擎；

所述发包模块中设置有m个出端口；

所述负载均衡引擎，用于根据所接收的报文进行内部负载均衡，将所接收到的报文根据内部负载均衡的结果发送到所述发包模块中相应的出端口。