CN107888643A - 一种udp负载均衡方法、装置和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种UDP负载均衡方法、装置和系统，该方法包括：接收客户端的请求，判断所述请求是否为用户数据报协议UDP请求；当确定所述请求为UDP请求时，读取Nginx服务器预先配置的记录有后台服务器的信息和UDP标识的后台服务器列表，并按照预设的分发策略将所述UDP请求分发至所述后台服务器。本发明提供的基于Nginx的负载均衡方案，能够满足高并发和高UDP请求场景的需求，也可横向扩展，方便提升性能，并且，与硬件解决方案相比，成本低廉。

Description

一种UDP负载均衡方法、装置和系统
技术领域
本发明涉及计算机技术领域，具体涉及一种UDP负载均衡方法、装置和系统。
背景技术
随着信息技术的发展，网络站点或应用系统平台的访问量和网络流量呈爆炸式增长，并发请求压力较大，尤其像电商平台例如淘宝、京东等的双十一抢购节，每秒可达近十万次。在这种情形下，对带宽要求更低的UDP(User Datagram Protocol，用户数据报协议)请求随之呈爆炸式增长，因而单个的后台服务器是很难有效承载的，势必引入集群进行负载均衡分发处理。
现有负载均衡方案，通常分为两类，一类是硬件实现负载均衡；一类是软件实现。
现有方案一：
第一类利用硬件实现负载均衡，如F5设备，虽然速度快，性能好，而且支持OSI网络体系模型从第4层到第7层的负载均衡处理。但缺陷在于：成本较高，通常一个设备需要动则数十万的成本，另外，还需要人力维护；更重要的是硬件本身故障会出现单点问题，如果负载均衡设备本身出了问题，整个平台存在全部宕机的风险。
现有方案二：
第二类是利用软件方法实现负载均衡，如传统的LVS和Nginx等，传统的软件负载主要集中在OSI网络模型第7层(应用层)也即HTTP(超文本传输协议，Hyper Text TransferProtocol)请求做负载，这种方案的缺陷是：对于属于第4层(传输层)的TCP(TransmissionControl Protocol，传输控制协议)和UDP传输负载却支持的较少，Nginx作为一个广为应用的代理服务器，目前只能实现对第7层HTTP请求的负载均衡。
随着物联网和虚拟现实的迅猛发展，网络和物体的通信已经不仅仅局限于OSI网络体系模型第7层HTTP请求的通信，有大量的属于第4层的TCP和UDP的通信数据需要传输，尤其是对带宽要求较低的UDP通信，因此现有的负载均衡方案均不能满足其需求。
发明内容
本发明提供了一种UDP负载均衡方法、装置和系统，以解决现有不存在利用软件实现UDP请求负载均衡，不能满足高并发和高UDP请求的使用场景需求的问题。
根据本发明的一个方面，提供了一种UDP负载均衡方法，方法包括：
接收客户端的请求，判断所述请求是否为用户数据报协议UDP请求；
当确定所述请求为UDP请求时，读取Nginx服务器中预先配置的记录有后台服务器信息的后台服务器列表，并按照预设的分发策略将所述UDP请求分发至所述后台服务器。
可选地，在接收客户端的请求之前，在Nginx服务器的配置文件中增加用来接收并处理所述Nginx服务器转发的UDP请求的后台服务器的IP地址和端口号。
可选地，所述判断所述请求是否为用户数据报协议UDP请求包括：
读取所述请求中的数据报文的消息头中协议字段，若协议字段的值为UDP协议对应的值，则确定所述请求为UDP请求。
可选地，所述按照预设的分发策略将所述UDP请求分发至所述后台服务器包括：
按照计算出的所述后台服务器列表中每个后台服务器的IP地址的哈希值，将所述UDP请求分发至所述后台服务器；
或者，按照所述UDP请求中包括的后台服务器的标识，将所述UDP请求定向分发至对应的后台服务器；
或者，根据轮询分发将所述UDP请求按时间顺序逐一分配到所述后台服务器。
可选地，该方法还包括：在将所述UDP请求分发至所述后台服务器之前，判断能否与指定后台服务器成功建立连接，如果是，则将所述UDP请求发送至该后台服务器，如果否，则重新选择连接正常的后台服务器进行分发。
根据本发明的另一个方面，提供了一种UDP负载均衡装置，该装置包括：
UDP请求判断单元，用于接收客户端的请求，判断所述请求是否为用户数据报协议UDP请求；
UDP请求分发单元，用于当确定所述请求为UDP请求时，读取Nginx服务器中预先配置的记录有后台服务器信息的后台服务器列表，并按照预设的分发策略将所述UDP请求分发至所述后台服务器。
可选地，该装置还包括：
配置单元，用于在接收客户端的请求之前，在Nginx服务器的配置文件中增加用来接收并处理所述Nginx服务器转发的UDP请求的后台服务器的IP地址和端口号。
可选地，所述UDP请求判断单元具体用于读取所述请求中的数据报文的消息头中协议字段，若协议字段的值为UDP协议对应的值，则确定所述请求为UDP请求。
可选地，所述UDP请求分发单元，具体用于
按照计算出的所述后台服务器列表中每个后台服务器的IP地址的哈希值，将所述UDP请求分发至所述后台服务器；
或者，按照所述UDP请求中包括的后台服务器的标识，将所述UDP请求定向分发至对应的后台服务器；
或者，根据轮询分发将所述UDP请求按时间顺序逐一分配到不同的后台服务器。
根据本发明的又一个方面，提供了一种UDP负载均衡系统，该系统包括：多个客户端、多个后台服务器和一个或多个如本发明另一个方面所述的UDP负载均衡装置。
本发明的有益效果是：本发明实施例提供了基于Nginx的负载均衡方案，在接收到客户端的请求时，通过对请求进行判断，如果是UDP请求则在预先配置的后台服务器列表中选择具体的后台服务器进行分发。如此，赋予了Nginx对UDP请求进行负载均衡的功能，满足高并发和高UDP请求的负载均衡需求，也可横向扩展，方便提升性能。并且，与硬件实现方案相比，成本低廉，方便大规模推广应用。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1示出了根据本发明一个实施例的一种UDP负载均衡方法的流程图；
图2示出了根据本发明另一个实施例的一种UDP负载均衡装置的框图；
图3示出了根据本发明又一个实施例的一种UDP负载均衡系统的框图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
本发明的设计构思在于：针对日益增长的、大量的UDP数据交互，提出一种基于Nginx的实现UDP负载均衡方案，解决传统Nginx不支持UDP请求的集群负载问题，本实施例的方案成本低廉，经济实用。更重要的是，能够满足高并发和高UDP请求场景的负载均衡需求。
实施例一
图1示出了根据本发明一个实施例的一种UDP负载均衡方法的流程图，参见图1，该方法包括：
步骤S101，接收客户端的请求，判断所述请求是否为用户数据报协议UDP请求；
步骤S102，当确定所述请求为UDP请求时，读取后台服务器列表；本步骤中，读取的是预先配置在Nginx服务器的配置文件中的后台服务器列表。
步骤S103，读取预设的分发策略；
步骤S104，按照预设的分发策略将所述UDP请求分发至所述后台服务器。
由图1所示，本发明实施例的方法，基于代理服务器Nginx，实现了UDP请求的负载均衡，对于高并发和高UDP请求量的访问给出了一种可行的、经济的、实用的解决方案，降低了使用成本，提高了服务器响应性能，同时满足横向扩展。
在本发明的一个实施例中，步骤S101中判断所述请求是否为用户数据报协议UDP请求包括：读取所述请求中的数据报文的消息头中协议字段，若协议字段的值为UDP协议对应的值，则确定所述请求为UDP请求。
实际应用中，客户端发送的请求中会携带该请求使用的协议标识，即在请求中的数据报文的消息头对应的协议protocol字段中记录相应的值，协议字段确定在数据包内传送的上层协议。例如，IP协议用协议号区分上层协议。TCP协议的协议号为6，UDP协议的协议号为17。如果Nginx代理服务器收到的客户端发送的请求中数据包头中协议字段的值为17，则确定当前的请求为一个UDP请求。
在本发明的一个实施例中，步骤S102中的后台服务器列表中记录着用来接收并处理Nginx服务器转发的UDP请求的后台服务器的IP地址和端口号。除此之外，对后台服务器列表中每台服务器记录中还包括一个UDP标识，以方便Nginx查找能够处理UDP请求的后台服务器。
Nginx中配置后台服务器列表的代码部分示意如下：
stream{
upstreamdns_upstreams{
server 192.168.136.130:53；
server 192.168.136.131:53；
}
server{
listen 53udp；
proxy_pass dns_upstreams；
proxy_timeout 1s；
proxy_responses 1；
error_log logs/dns.log；
}
}
由上述代码所示，本实施例中，在Nginx中配置了两个后台服务器到后台服务器列表中，分别为“server 192.168.136.130:53；server 192.168.136.131:53”其中，192.168.136.130是后台服务器的IP地址，53为后台服务器的端口号。
Nginx服务器监听指定的端口，例如，上述代码中示意的“listen 53udp”即，端口号为53的端口，当接收到端口号为53的端口的UDP数据报文后，读取Nginx中配置的分发策略以及后台服务器列表，将UDP请求分发到相应的后台服务器中。
注：如上述代码所示，本实施例中，Nginx服务器的端口号和后台服务器的端口号相同，都为53。在本发明的其他实施例中，根据实际需求也可以在Nginx服务器中配置端口号不同的后台服务器以进行UDP请求的分发，对此不作限制。
另外，本实施例中，示出了两个配置了两个后台服务器到后台服务器列表中，在其他实施例中可以根据业务场景的不同配置不同数量的后台服务器，不限于这里举例的两个。
在本发明的一个实施例中，步骤S104中按照预设的分发策略将所述UDP请求分发至所述后台服务器包括：
按照计算出的所述后台服务器列表中每个后台服务器的IP地址的哈希值，将所述UDP请求分发至所述后台服务器；或者，按照所述UDP请求中包括的后台服务器的标识，将所述UDP请求定向分发至对应的后台服务器；或者，根据轮询分发将所述UDP请求按时间顺序逐一分配到所述后台服务器。
也就是说，本实施中可以预先配置三种分发策略到Nginx代理服务器的配置文件中，分发策略分别为：根据后台服务器的IP地址的哈希值分发，根据UDP请求中的标识进行定向分发，或者根据轮询分发技术分发。实际应用时使用哪种分发策略可以根据需求进行设置和选择，对此不作限制。
在本发明的一个实施例中，为了保证数据传输的有效性，该方法还包括：在执行步骤S104时，先判断能否与指定后台服务器成功建立连接，如果是，则将所述UDP请求发送至该后台服务器，如果否，则重新选择连接正常的后台服务器进行分发。
Nginx代理服务器具体分发UDP请求到后台服务器的部分代码示意如下：
实施例二
图2示出了根据本发明另一个实施例的一种UDP负载均衡装置的框图，参见图2，该UDP负载均衡装置200包括：
UDP请求判断单元201，用于接收客户端的请求，判断所述请求是否为用户数据报协议UDP请求；
UDP请求分发单元202，用于当确定所述请求为UDP请求时，读取Nginx服务器中预先配置的记录有后台服务器信息的后台服务器列表，并按照预设的分发策略将所述UDP请求分发至所述后台服务器。
在本发明的一个实施例中，该装置200还包括：
配置单元，用于在接收客户端的请求之前，在Nginx服务器的配置文件中增加用来接收并处理所述Nginx服务器转发的UDP请求的后台服务器的IP地址和端口号。
在本发明的一个实施例中，UDP请求判断单元201具体用于读取所述请求中的数据报文的消息头中协议字段，若协议字段的值为UDP协议对应的值，则确定所述请求为UDP请求。
在本发明的一个实施例中，UDP请求分发单元202，具体用于按照计算出的所述后台服务器列表中每个后台服务器的IP地址的哈希值，将所述UDP请求分发至所述后台服务器；或者，按照所述UDP请求中包括的后台服务器的标识，将所述UDP请求定向分发至对应的后台服务器；或者，根据轮询分发将所述UDP请求按时间顺序逐一分配到不同的后台服务器。
需要说明的是，本实施例的这种基于Nginx的UDP负载均衡装置的各个单元的功能和前述基于Nginx的UDP负载均衡方法实施例步骤相对应的，因此，本实施例的基于Nginx的负载均衡装置未尽事项可以参见前述实施例中的相关说明，在此不再赘述。
实施例三
图3示出了根据本发明又一个实施例的一种UDP负载均衡系统的框图，参见图3，UDP负载均衡系统包括多个客户端(例如，图3中示意了两个客户端)、多个后台服务器(例如，图3中示意了三个后台服务器)和一个Nginx代理服务器，该Nginx代理服务器中运行有实施例二中所述的UDP负载均衡装置。多个后台服务器构成后台服务器集群。
客户端，发送请求到前端的Nginx代理服务器；
Nginx代理服务器接收请求并判断该请求是否为UDP请求，如果是UDP请求，则查找Nginx代理服务器配置的后台服务器列表中记录的后台服务器的信息，然后根据预设的分发策略，将收到的UDP请求进行分发到对应的后台服务器中，实现对UDP请求的负载均衡处理。
后台服务器，具体处理客户端的UDP请求，并返回响应结果。
综上所述，本发明实施例提供的基于Nginx的UDP负载均衡方案，通过在接收到客户端的请求时，对请求进行判断，如果是UDP请求则在预先配置的后台服务器列表中选择具体的后台服务器进行分发。如此，使得Nginx支持UDP请求的负载均衡处理，满足了高并发和高UDP请求场景的负载均衡需求，也可横向扩展服务器，方便提升性能。并且，与利用硬件实现负载均衡的方案相比，成本更低廉，节省了企业的开支。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，在本发明的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行其他的改进或变形。本领域技术人员应该明白，上述的具体描述只是更好的解释本发明的目的，本发明的保护范围以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种UDP负载均衡方法，其特征在于，所述方法包括：
接收客户端的请求，判断所述请求是否为用户数据报协议UDP请求；
当确定所述请求为UDP请求时，读取Nginx服务器中预先配置的记录有后台服务器信息的后台服务器列表，并按照预设的分发策略将所述UDP请求分发至所述后台服务器。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在接收客户端的请求之前，在Nginx服务器的配置文件中增加用来接收并处理所述Nginx服务器转发的UDP请求的后台服务器的IP地址和端口号。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述判断所述请求是否为用户数据报协议UDP请求包括：
读取所述请求中的数据报文的消息头中协议字段，若协议字段的值为UDP协议对应的值，则确定所述请求为UDP请求。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述按照预设的分发策略将所述UDP请求分发至所述后台服务器包括：
按照计算出的所述后台服务器列表中每个后台服务器的IP地址的哈希值，将所述UDP请求分发至所述后台服务器；
或者，按照所述UDP请求中包括的后台服务器的标识，将所述UDP请求定向分发至对应的后台服务器；
或者，根据轮询分发将所述UDP请求按时间顺序逐一分配到所述后台服务器。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：在将所述UDP请求分发至所述后台服务器之前，判断能否与指定后台服务器成功建立连接，如果是，则将所述UDP请求发送至所述后台服务器，如果否，则重新选择连接正常的后台服务器进行分发。
6.一种UDP负载均衡装置，其特征在于，该装置包括：
UDP请求判断单元，用于接收客户端的请求，判断所述请求是否为用户数据报协议UDP请求；
UDP请求分发单元，用于当确定所述请求为UDP请求时，读取Nginx服务器中预先配置的记录有后台服务器信息的后台服务器列表，并按照预设的分发策略将所述UDP请求分发至所述后台服务器。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，该装置还包括：
配置单元，用于在接收客户端的请求之前，在Nginx服务器的配置文件中增加用来接收并处理所述Nginx服务器转发的UDP请求的后台服务器的IP地址和端口号。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述UDP请求判断单元具体用于读取所述请求中的数据报文的消息头中协议字段，若协议字段的值为UDP协议对应的值，则确定所述请求为UDP请求。
9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述UDP请求分发单元，具体用于
按照计算出的所述后台服务器列表中每个后台服务器的IP地址的哈希值，将所述UDP请求分发至所述后台服务器；
或者，按照所述UDP请求中包括的后台服务器的标识，将所述UDP请求定向分发至对应的后台服务器；
或者，根据轮询分发将所述UDP请求按时间顺序逐一分配到不同的后台服务器。
10.一种UDP负载均衡系统，其特征在于，该系统包括：多个客户端、多个后台服务器和一个或多个如权利要求6-9中任一项所述的UDP负载均衡装置。
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