CN109788062A - 输电系统服务器负载均衡方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电力系统计算领域，特别是一种输电系统服务器负载均衡方法,包括以下步骤，服务请求发出：客户发出服务请求到虚拟ip；后台服务器选定：BIGIP接收到请求，将数据包中目的IP地址改为选中的后台服务器IP地址，然后将数据包发出到后台选定的服务器；负载均衡处理：后台选定的服务器进行均衡处理；答应包发回：后台服务器均衡处理后后，将应答包按照其路由发回到BIGIP；源地址修改：BIGIP收到应答包后将其中的源地址改回成VIP的地址，发回客户端。采用上述方法后，本发明建立在现有网络结构之上，提供了一种廉价有效透明的方法扩展网络设备和服务器的带宽、增加吞吐量、加强输电系统网络数据处理能力、提高网络的灵活性和可用性。

Description

输电系统服务器负载均衡方法

技术领域

本发明涉及电力系统计算领域，特别是一种输电系统服务器负载均衡方法。

背景技术

近年来，随着智能电网和物联网技术的迅速发展，智能传感技术在发电、输电、变电、配电、用电、调度各环节中的应用越来越广泛。支撑智能感知应用的大数据和高并发数据处理技术是整个智能传感技术应用的关键之一。目前在智能电网和电力物联网数据采集领域，解决大数据和高并发问题主要通过关系数据库集群和多核环境下多线程技术；同时单点内存数据库近年来在该领域逐渐应用是技术解决方案的趋势。

负载均衡是由多台服务器以对称的方式组成一个服务器集合，每台服务器都具有等价的地位，都可以单独对外提供服务而无须其他服务器的辅助。通过某种负载分担技术，将外部发送来的请求均匀分配到对称结构中的某一台服务器上，而接收到请求的服务器独立地回应客户的请求。均衡负载能够平均分配客户请求到服务器列阵，籍此提供快速获取重要数据，解决大量并发访问服务问题。这种群集技术可以用最少的投资获得接近于大型主机的性能。

中国发明专利CN 104754000 A公开了一种负载均衡方法，负载均衡引擎根据集群管理与监听器提供的内存数据库集群整体运行状态和访问请求的编号，基于一致性哈希算法计算得出响应访问请求的最佳集群分组，将客户端下发的访问请求发送给最佳集群分组进行响应。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种输电系统用的全方位型服务器负载均衡方法。

为解决上述技术问题，本发明的输电系统服务器负载均衡方法，包括以下步骤，

服务请求发出：客户发出服务请求到虚拟ip；

后台服务器选定：BIGIP接收到请求，将数据包中目的IP地址改为选中的后台服务器IP地址，然后将数据包发出到后台选定的服务器；

负载均衡处理：后台选定的服务器进行均衡处理；

答应包发回：后台服务器均衡处理后后，将应答包按照其路由发回到BIGIP；

源地址修改：BIGIP收到应答包后将其中的源地址改回成VIP的地址，发回客户端。

所述步骤均衡处理分为软/硬件负载均衡，本地/全局负载均衡和不同网络层次上的网络负载均衡。

优选的，所述步骤负载均衡处理的均衡策略包括轮循均衡，权重轮循均衡，随机均衡，响应速度均衡，最少连接数均衡，处理能力均衡和DNS相应均衡；其中，

轮循均衡：每一次来自网络的请求轮流分配给内部中的服务器，从1至N然后重新开始；

权重轮循均衡：根据服务器的不同处理能力，给每个服务器分配不同的权值，使其能够接受相应权值数的服务请求；

随机均衡：把来自网络的请求随机分配给内部中的多个服务器；

响应速度均衡：负载均衡设备对内部各服务器发出一个探测请求，然后根据内部中各服务器对探测请求的最快响应时间来决定哪一台服务器来响应客户端的服务请求；

最少连接数均衡：对内部中需负载的每一台服务器都有一个数据记录，记录当前该服务器正在处理的连接数量，当有新的服务连接请求时，将把当前请求分配给连接数最少的服务器；

处理能力均衡：此种均衡算法将把服务请求分配给内部中处理负荷最轻的CPU或者服务器；

DNS响应均衡：在Internet上，无论是任何的服务请求，客户端一般都是通过服务器的IP来寻找对应服务器的。

优选的，所述的负载均衡处理应用于DNS负载均衡，代理服务器负载均衡，地址转换网关负载均衡，网络协议支持负载均衡，NAT负载均衡，反向代理负载均衡，混合型负载均衡；

DNS负载均衡：在DNS中为多个地址配置同一个名字，因而查询这个名字的客户机将得到其中一个地址，使得不同的客户访问不同的服务器；

代理服务器负载均衡：使用代理服务器，可以将请求转发给内部的服务器；

地址转换网关负载均衡：支持负载均衡的地址转换网关，可以将一个外部IP地址映射为多个内部IP地址，对每次TCP连接请求动态使用其中一个内部地址；

NAT负载均衡：将一个IP地址转换为另一个IP地址；

反向代理负载均衡：以代理服务器来接受internet上的连接请求，然后将请求转发给内部网络上的服务器，并将从服务器上得到的结果返回给internet上请求连接的客户端，此时代理服务器对外就表现为一个服务器；

混合型负载均衡：考虑给每个服务器群采用最合适的负载均衡方式，然后又在这多个服务器群间再一次负载均衡或群集起来以一个整体向外界提供服务。

采用上述方法后，本发明建立在现有网络结构之上，提供了一种廉价有效透明的方法扩展网络设备和服务器的带宽、增加吞吐量、加强输电系统网络数据处理能力、提高网络的灵活性和可用性。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明输电系统服务器负载均衡发生的过程示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的输电系统服务器负载均衡方法，包括以下步骤，

服务请求发出：客户发出服务请求到虚拟ip。

后台服务器选定：BIGIP接收到请求，将数据包中目的IP地址改为选中的后台服务器IP地址，然后将数据包发出到后台选定的服务器。

负载均衡处理：后台选定的服务器进行均衡处理。本实施方式中均衡处理分为软/硬件负载均衡，本地/全局负载均衡和不同网络层次上的网络负载均衡。

软/硬件负载均衡：

软件负载均衡解决方案是指在一台或多台服务器相应的操作系统上安装一个或多个附加软件来实现负载均衡，如DNS Load Balance，CheckPoint Firewall-1ConnectControl等，它的优点是基于特定环境，配置简单，使用灵活，成本低廉，可以满足一般的负载均衡需求。

软件解决方案缺点也较多，因为每台服务器上安装额外的软件运行会消耗系统不定量的资源，越是功能强大的模块，消耗得越多，所以当连接请求特别大的时候，软件本身会成为服务器工作成败的一个关键；软件可扩展性并不是很好，受到操作系统的限制；由于操作系统本身的Bug，往往也会引起安全问题。

硬件负载均衡解决方案是直接在服务器和外部网络间安装负载均衡设备，这种设备我们通常称之为负载均衡器，由于专门的设备完成专门的任务，独立于操作系统，整体性能得到大量提高，加上多样化的负载均衡策略，智能化的流量管理，可达到最佳的负载均衡需求。

本地/全局负载均衡：

负载均衡从其应用的地理结构上分为本地负载均衡(Local Load Balance)和全局负载均衡(Global Load Balance，也叫地域负载均衡)，本地负载均衡是指对本地的服务器群做负载均衡，全局负载均衡是指对分别放置在不同的地理位置、有不同网络结构的服务器群间作负载均衡。

本地负载均衡能有效地解决数据流量过大、网络负荷过重的问题，并且不需花费昂贵开支购置性能卓越的服务器，充分利用现有设备，避免服务器单点故障造成数据流量的损失。其有灵活多样的均衡策略把数据流量合理地分配给服务器群内的服务器共同负担。即使是再给现有服务器扩充升级，也只是简单地增加一个新的服务器到服务群中，而不需改变现有网络结构、停止现有的服务。

全局负载均衡主要用于在一个多区域拥有多个服务器的集群，为了使各地用户只以一个IP地址或域名就能访问到离自己最近的服务器，从而获得最快的处理速度。

全局负载均衡有以下的特点：实现地理位置无关性，能够为多个服务器提供完全的透明服务。除了能避免服务器、数据中心等的单点失效，也能避免由于集群专线故障引起的单点失效。解决网络拥塞问题，提高服务器响应速度，服务就近提供，达到更好的访问质量。

不同网络层次上的网络负载均衡：

针对网络上负载过重的不同瓶颈所在，从网络的不同层次入手，我们可以采用相应的负载均衡技术来解决现有问题。随着带宽增加，数据流量不断增大，网络核心部分的数据接口将面临瓶颈问题，原有的单一线路将很难满足需求，而且线路的升级又过于昂贵甚至难以实现，这时就可以考虑采用数据聚合技术。

链路聚合技术(第二层负载均衡)将多条物理链路当作一条单一的聚合逻辑链路使用，网络数据流量由聚合逻辑链路中所有物理链路共同承担，由此在逻辑上增大了链路的容量，使其能满足带宽增加的需求。链路负载均衡技术通常操作于网络的第四层或第七层。

第四层负载均衡将一个Internet上合法的IP地址映射为还原服务器的IP地址，对每次TCP连接请求动态使用其中一个内部HASH，达到负载均衡的目的。在普通的交换机中，这种种均衡技术得到广泛的应用，一个目标地址是服务器群虚拟IP，连接请求的数据包流经交换机，交换机根据源端和目的IP地址、TCP或UDP端口号和一定的负载均衡策略来做HASH，在服务器IP和VIP间进行映射，选取服务器群中最好的服务器或者CPU来处理连接请求。

第七层负载均衡控制应用层服务的内容，提供了一种对访问流量的高层控制方式，适合对HTTP服务进行解析的应用。第七层负载均衡技术通过检查流经的HTTP报头，根据报头内的信息来执行负载均衡HASH任务，再选择最合适的CPU来出来连接请求。

第七层负载均衡优点表现在如下几个方面：通过对HTTP报头的检查，可以检测出HTTP的400、500和600系列的错误信息，因而能透明地将连接请求重新定向到另一台服务器，避免应用层故障。可根据流经的数据类型(如判断数据包是图像文件、压缩文件或多媒体文件格式等)，把数据流量引向相应内容的服务器来处理，增加系统性能。能根据连接请求的类型，如是普通文本、图象等静态文档请求，还是asp、cgi等的动态文档请求，把相应的请求引向相应的服务器来处理，提高系统的性能及安全性。

第七层负载均衡受到其所支持的协议限制(一般只有HTTP)，这样就限制了它应用的广泛性，并且检查HTTP报头会占用大量的系统资源，势必会影响到系统的性能，在大量连接请求的情况下，负载均衡设备自身容易成为网络整体性能的瓶颈。

本实施方式中负载均衡处理的均衡策略包括轮循均衡，权重轮循均衡，随机均衡，响应速度均衡，最少连接数均衡，处理能力均衡和DNS相应均衡；其中，

轮循均衡：每一次来自网络的请求轮流分配给内部中的服务器，从1至N然后重新开始，此种均衡算法适合于服务器组中的所有服务器都有相同的软硬件配置并且平均服务请求相对均衡的情况。

权重轮循均衡：根据服务器的不同处理能力，给每个服务器分配不同的权值，使其能够接受相应权值数的服务请求。例如：服务器A的权值被设计成1，B的权值是3，C的权值是6，则服务器A、B、C将分别接受到10％、30％、60％的服务请求。此种均衡算法能确保高性能的服务器得到更多的使用率，避免低性能的服务器负载过重。

随机均衡：把来自网络的请求随机分配给内部中的多个服务器；权重随机均衡：此种均衡算法类似于权重轮循均衡，不过在处理请求分担时是个随机选择的过程。

响应速度均衡：负载均衡设备对内部各服务器发出一个探测请求，然后根据内部中各服务器对探测请求的最快响应时间来决定哪一台服务器来响应客户端的服务请求。此种均衡算法能较好的反映服务器的当前运行状态，但这最快响应时间仅仅指的是负载均衡设备与服务器间的最快响应时间，而不是客户端与服务器间的最快响应时间。

最少连接数均衡：客户端的每一次请求服务在服务器停留的时间可能会有较大的差异，随着工作时间加长，如果采用简单的轮循均衡，每一台服务器上的连接进程可能会产生极大的不同，并没有达到真正的负载均衡。最少连接数均衡算法对内部中需负载的每一台服务器都有一个数据记录，记录当前该服务器正在处理的连接数量，当有新的服务连接请求时，将把当前请求分配给连接数最少的服务器，使均衡更加符合实际情况，负载更加均衡。此种均衡算法适合长时处理的请求服务。

处理能力均衡：此种均衡算法将把服务请求分配给内部中处理负荷(根据服务器CPU型号、CPU数量、CPU核心数量、内存大小及当前连接数等换算而成)最轻的CPU或者服务器，由于考虑到了内部服务器的处理能力及当前网络运行状况，所以此种均衡算法相对来说更加精确，尤其适合运用到第七层(应用层)负载均衡的情况下。

DNS响应均衡：在Internet上，无论是任何的服务请求，客户端一般都是通过服务器的IP来寻找对应服务器的。在此均衡算法下，分处在不同地理位置的负载均衡设备收到同一个客户端的解析请求，并在同一时间内把此解析需求对应成各自相对应服务器的IP地址并返回给请求者，则客户端将以最先收到的服务器响应IP地址来继续请求服务，而忽略其它的IP地址响应。在种均衡策略适合应用在全局负载均衡的情况下，对本地负载均衡是没有意义的。

尽管有多种的负载均衡算法可以较好的把数据流量分配给服务器去负载，但如果负载均衡策略没有对网络系统状况的检测方式和能力，一旦在某台服务器或某段负载均衡设备与服务器网络间出现故障的情况下，负载均衡设备依然把一部分数据流量引向那台服务器，这势必造成大量的服务请求被丢失，达不到不间断可用性的要求。所以良好的负载均衡策略应有对网络故障、服务器系统故障、应用服务故障的检测方式和能力。

本实施方式中，负载均衡处理应用于DNS负载均衡，代理服务器负载均衡，地址转换网关负载均衡，网络协议支持负载均衡，NAT负载均衡，反向代理负载均衡，混合型负载均衡；

DNS负载均衡：在DNS中为多个地址配置同一个名字，因而查询这个名字的客户机将得到其中一个地址，使得不同的客户访问不同的服务器；达到负载均衡的目的。DNS负载均衡是一种简单而有效的方法，但是它不能区分服务器的差异，也不能反映服务器的当前运行状态。

代理服务器负载均衡：使用代理服务器，可以将请求转发给内部的服务器；使用这种加速模式显然可以提升静态网页的访问速度。然而，也可以考虑使用代理服务器将请求均匀转发给多台服务器，从而达到负载均衡的目的。

地址转换网关负载均衡：支持负载均衡的地址转换网关，可以将一个外部IP地址映射为多个内部IP地址，对每次TCP连接请求动态使用其中一个内部地址，达到负载均衡的目的。

NAT负载均衡：将一个IP地址转换为另一个IP地址；一般用于未经注册的内部地址与合法的、已获注册的Internet IP地址间进行转换。适用于解决Internet IP地址紧张、不想让网络外部知道内部网络结构等的场合下。

反向代理负载均衡：以代理服务器来接受internet上的连接请求，然后将请求转发给内部网络上的服务器，并将从服务器上得到的结果返回给internet上请求连接的客户端，此时代理服务器对外就表现为一个服务器；反向代理负载均衡技术是把将来自internet上的连接请求以反向代理的方式动态地转发给内部网络上的多台服务器进行处理，从而达到负载均衡的目的。

混合型负载均衡：考虑给每个服务器群采用最合适的负载均衡方式，然后又在这多个服务器群间再一次负载均衡或群集起来以一个整体向外界提供服务。在有些大型网络，由于多个服务器群内硬件设备、各自的规模、提供的服务等的差异，我们可以考虑给每个服务器群采用最合适的负载均衡方式，然后又在这多个服务器群间再一次负载均衡或群集起来以一个整体向外界提供服务(即把这多个服务器群当做一个新的服务器群)，从而达到最佳的性能。我们将这种方式称之为混合型负载均衡。此种方式有时也用于单台均衡设备的性能不能满足大量连接请求的情况下。

答应包发回：后台服务器均衡处理后后，将应答包按照其路由发回到BIGIP。

源地址修改：BIGIP收到应答包后将其中的源地址改回成VIP的地址，发回客户端。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域熟练技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对本实施方式作出多种变更或修改，而不背离本发明的原理和实质，本发明的保护范围仅由所附权利要求书限定。

Claims (4)

1.一种输电系统服务器负载均衡方法，其特征在于，包括以下步骤，

服务请求发出：客户发出服务请求到虚拟ip；

后台服务器选定：BIGIP接收到请求，将数据包中目的IP地址改为选中的后台服务器IP地址，然后将数据包发出到后台选定的服务器；

负载均衡处理：后台选定的服务器进行均衡处理；

答应包发回：后台服务器均衡处理后后，将应答包按照其路由发回到BIGIP；

源地址修改：BIGIP收到应答包后将其中的源地址改回成VIP的地址，发回客户端。

2.按照权利要求1所述的输电系统服务器负载均衡方法，其特征在于：所述步骤均衡处理分为软/硬件负载均衡，本地/全局负载均衡和不同网络层次上的网络负载均衡。

3.按照权利要求1所述的输电系统服务器负载均衡方法，其特征在于：所述步骤负载均衡处理的均衡策略包括轮循均衡，权重轮循均衡，随机均衡，响应速度均衡，最少连接数均衡，处理能力均衡和DNS相应均衡；其中，

轮循均衡：每一次来自网络的请求轮流分配给内部中的服务器，从1至N然后重新开始；

权重轮循均衡：根据服务器的不同处理能力，给每个服务器分配不同的权值，使其能够接受相应权值数的服务请求；

随机均衡：把来自网络的请求随机分配给内部中的多个服务器；

响应速度均衡：负载均衡设备对内部各服务器发出一个探测请求，然后根据内部中各服务器对探测请求的最快响应时间来决定哪一台服务器来响应客户端的服务请求；

最少连接数均衡：对内部中需负载的每一台服务器都有一个数据记录，记录当前该服务器正在处理的连接数量，当有新的服务连接请求时，将把当前请求分配给连接数最少的服务器；

处理能力均衡：此种均衡算法将把服务请求分配给内部中处理负荷最轻的CPU或者服务器；

DNS响应均衡：在Internet上，无论是任何的服务请求，客户端一般都是通过服务器的IP来寻找对应服务器的。

4.按照权利要求1所述的输电系统服务器负载均衡方法，其特征在于：所述的负载均衡处理应用于DNS负载均衡，代理服务器负载均衡，地址转换网关负载均衡，网络协议支持负载均衡，NAT负载均衡，反向代理负载均衡，混合型负载均衡；

DNS负载均衡：在DNS中为多个地址配置同一个名字，因而查询这个名字的客户机将得到其中一个地址，使得不同的客户访问不同的服务器；

代理服务器负载均衡：使用代理服务器，可以将请求转发给内部的服务器；

地址转换网关负载均衡：支持负载均衡的地址转换网关，可以将一个外部IP地址映射为多个内部IP地址，对每次TCP连接请求动态使用其中一个内部地址；

NAT负载均衡：将一个IP地址转换为另一个IP地址；

反向代理负载均衡：以代理服务器来接受internet上的连接请求，然后将请求转发给内部网络上的服务器，并将从服务器上得到的结果返回给internet上请求连接的客户端，此时代理服务器对外就表现为一个服务器；

混合型负载均衡：考虑给每个服务器群采用最合适的负载均衡方式，然后又在这多个服务器群间再一次负载均衡或群集起来以一个整体向外界提供服务。