CN110932992A - 一种基于隧道模式的负载均衡通信方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于隧道模式的负载均衡通信方法，包括：步骤S1，LVS的应用服务器进行初始化；步骤S2，LVS的负载均衡调度器和应用服务器分别配置IP隧道通道；步骤S3，LVS的负载均衡调度器通过VIP收到客户端的请求，基于负载情况选择一个应用服务器来响应该客户端的请求，并判断该请求数据包通过隧道封装后的大小是否大于标准MTU；步骤S4，应用服务器收到负载均衡调度器转发的切片后的数据包后，进行相应处理，回复响应客户端。实施本发明，使隧道模式下的LVS可接收到正确合法的数据包，可保证通过隧道模式转发的数据不会因为超过MTU大小而导致数据丢包。
Description
技术领域
本发明属于通信领域，涉及一种基于隧道模式的负载均衡通信方法。
背景技术
如图1所示，LVS，即Linux Virtual Server，Linux虚拟服务器，工作在Linux内核中的TCP/IP协议栈上，是一款功能强大的软件负载均衡器。LVS集群主要包含负载均衡层和服务器群组层。负载均衡层主要由一台或多台负载均衡调度器，简称DS，即DirectorServer组成，其功能是把用户请求分发给服务器群组层中的应用服务器，简称RS，即Realserver；服务器群组层主要由一组实际运行应用服务的机器组成；负载均衡调度器会根据请求报文的目标IP地址，即Internet Protocol Address，互联网协议地址和PORT端口将其转发至后端主机集群中的某一台主机，负载均衡调度器只处理入站请求，响应请求由应用服务器完成。
LVS有三种常用的工作模式：NAT，即Network Address Translation，网络地址转换模式、DR，即Direct Routing，直接路由模式和隧道模式。
隧道模式的LVS使用隧道协议，隧道协议，即Tunneling Protocol是一类网络协议，是一种数据包封装技术，隧道协议是将原始IP包封装在另一个数据包的数据净荷中进行传输，使用隧道的原因是为了在不兼容的网络上传输数据，或在不安全的网络上提供一个安全路径。隧道协议通常在一个比负载协议还高的层级，或与负载协议在同一层。
IP隧道技术又称为IP封装技术，它可以将带有源和目标IP地址的数据报文使用新的源和目标IP进行二次封装，这样这个报文就可以发送到一个指定的目标主机上，在隧道模式的LVS中，负载均衡调度器和应用服务器组之间使用IP隧道技术进行通信。
通常服务器网卡默认的MTU，即Maximum Transmission Unit，最大传输单元值是1500。在隧道模式下，负载均衡服务器把数据包通过隧道模式转发给应用服务器时，还需要在该网络数据包之前加上内网的源和目的IP，如果接收数据包的网卡MTU为1500，那么通过隧道转发的数据包的长度为1516，超出了大部分设备的MTU，进而导致数据丢包，使得隧道模式不能正常工作。
在计算机网络中，LRO，Large Receive Offload是一种通过减少中央处理单元开销来增加高带宽网络连接的入站吞吐量的技术。它的工作原理是将多个传入的数据包从单个流聚合到一个更大的缓冲区，然后再将它们传递到网络协议栈的更高位置，从而减少必须处理的数据包数量。LRO，Large Receive Offload，通过将接收到的多个TCP数据聚合成一个大的数据包，然后传递给网络协议栈处理，以减少上层协议栈处理开销，提高系统接收TCP数据包的能力。
GRO，Generic Receive Offload的基本思想跟LRO类似，克服了LRO的一些缺点，更通用。后续的网卡驱动都使用GRO的接口，而不是LRO。
事实上，现在大多数网卡都具有LRO/GRO功能，对数据包进行合并后交给转发进程处理，那么就会存在数据包通过隧道模式转发失败的技术问题。
如图2，对LVS的工作原理进行说明。IPVS，IP Virtual Server，即IP虚拟服务器是LVS集群的核心软件，安装在负载均衡调度器上，工作在INPUT链上；其中，INPUT链用于处理进入路由器的数据包。当用户请求到达INPUT链，IPVS会将用户的请求和已定义好的集群服务进行比对。如果用户请求的是定义的集群服务，那么IPVS会修改数据包里的目标IP地址/端口/目标MAC地址，并将新的数据包发往POSTROUTING链，然后发送给应用服务器。在图2中，还存在FORWARD链、OUTPUT链和PREROUTING链，各链具有不同的功能。
隧道模式的LVS，接收到数据包后，通过隧道模块(TUN)对该数据包进行封装，加上LVS内网的源和目的IP。封装好的数据包返回到LVS内核模块后，LVS内核模块在处理长度大于MTU的数据包时，会丢弃，导致隧道模式不能正常工作。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于，解决隧道模式的LVS不能接收到正确合法的数据包，负载均衡服务器把数据包通过隧道模式转发给应用服务器时超出了大部分设备的MTU，进而导致数据丢包，使得隧道模式不能正常工作。
本发明提供基于隧道模式的负载均衡通信方法，具体包括以下步骤：
步骤S1，LVS的应用服务器进行初始化，配置用于与客户端连接的网卡的MTU，配置应用服务器的对外连接网卡的实际MTU与IP隧道封装的容量之和小于或等于网卡标准MTU的容量；
步骤S2，LVS的负载均衡调度器和应用服务器分别配置IP隧道通道，负载均衡调度器配置一个全局的虚拟IP，即VIP；
步骤S3，LVS的负载均衡调度器通过VIP收到客户端的请求，基于负载情况选择一个应用服务器来响应该客户端的请求，并判断该请求数据包通过隧道封装后的大小是否大于标准MTU，如大于，则对请求数据包进行切片处理，将切片后的数据包通过隧道模式发送给所选择的应用服务器，如不大于，则直接将请求数据包通过隧道模式发送给所选择的应用服务器；
步骤S4，应用服务器收到负载均衡调度器转发的切片后的数据包后，进行相应处理，回复响应客户端。
进一步，在步骤S1中，所述应用服务器与客户端或用户连接的网卡为发送网卡。
进一步，在步骤S2中，所述客户端通过客户端IP，即CIP，发送请求报文到负载均衡调度器。
进一步，在步骤S3中，所述客户端发送的请求报文被负载均衡调度器接收后，负载均衡调度器修改请求报文，加上IP隧道两端的IP地址作为新的源和目标地址，通过隧道将请求转发给被选中的一个应用服务器。
进一步，在步骤S3中，所述隧道模式中隧道外层的IP头部的源IP是DIP，目标IP是RIP，DIP为负载均衡调度器的IP，RIP为应用服务器的IP。
进一步，在步骤S4中，所述响应中数据包的原地址为VIP，目标地址为CIP。
进一步，所述步骤S4中，所述应用服务器的TUN接口配置VIP地址，用以接收负载均衡调度器转发过来的数据包，以及作为响应的报文源IP。
进一步，所述步骤S4中，所述进行相应处理具体过程包括，
所述应用服务器接收到请求报文后，解封该请求报文原有的CIP和VIP；
所述应用服务器根据TUN接口上配置的VIP，接受该数据包；
当请求处理完成后，结果不会重新交给负载均衡调度器，而是直接返回给客户端，此时响应数据包的源IP为VIP，目标IP为CIP。
进一步，所述步骤S4中，所述进行切片处理具体过程为，通过在LVS的负载均衡服务器中增加一个路由转发模块来进行切片处理，每个数据包切片经过隧道封装后的大小小于发送网卡的MTU，所述路由转发模块为软件模块。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：
本发明实施例提供的基于隧道模式的负载均衡通信方法，在隧道模式的LVS中增加数据切片模块，对超过标准MTU的数据包进行切分以及封装，使隧道模式下的LVS可接收到正确合法的数据包，可保证通过隧道模式转发的数据不会因为超过MTU大小而导致数据丢包；
在充分利用了网卡LRO/GRO的功能下，可保证隧道模式负载均衡的可用性，从而可通过网卡的LRO/GRO功能提高负载均衡系统的性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本发明的范畴。
图1为现有技术中所述LVS的基本框架图。
图2为现有技术中所述LVS的基本原理图。
图3为本发明提供的基于隧道模式的负载均衡通信方法的一个实施例的示意图。
图4为本发明提供的基于隧道模式的负载均衡通信方法数据交互示意图。
图5为本发明提供的基于隧道模式的负载均衡通信方法中隧道模式的通信示意图。
图6为本发明提供的基于隧道模式的负载均衡通信方法中隧道模式的工作原理示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
如图3所示，示出了本发明提供的基于隧道模式的负载均衡通信方法的一个实施例的示意图，在本实施例中，如图3至图6所示，该方法具体包括步骤：
如图4所示，其中，eth0和eth1代表不同的网卡，比如负载均衡调度器的两个不同网卡或者应用服务器的两个不同网卡。
步骤S1，LVS的应用服务器进行初始化，配置用于与客户端连接的网卡的MTU，配置应用服务器的对外连接网卡的实际MTU与IP隧道封装的容量之和小于或等于网卡标准MTU的容量；
具体实施例中，所述应用服务器用于与客户端或用户连接的网卡为发送网卡；标准MTU具体为1500。
步骤S2，LVS的负载均衡调度器和应用服务器分别配置IP隧道通道，负载均衡调度器配置一个全局的虚拟IP，即VIP；客户端是通过客户端IP，即CIP，给负载均衡调度器发送请求报文的。
如图6所示，步骤S3，LVS的负载均衡调度器通过VIP收到客户端的请求，基于负载情况选择一个应用服务器来响应该客户端的请求，并判断该请求数据包通过隧道封装后的大小是否大于标准MTU，如大于，则对请求数据包进行切片处理，将切片后的数据包通过隧道模式发送给所选择的应用服务器，如不大于，则直接将请求数据包通过隧道模式发送给所选择的应用服务器；
具体实施例中，所述客户端发送的请求报文被负载均衡调度器接收后，负载均衡调度器修改请求报文，加上IP隧道两端的IP地址作为新的源和目标地址，通过隧道将请求转发给被选中的一个应用服务器；所述隧道模式中隧道外层的IP头部的源IP是DIP，目标IP是RIP，DIP为负载均衡调度器的IP，RIP为应用服务器的IP。
如图5所示，也就是说，当客户端发送的请求报文(从CIP到VIP)被负载均衡调度器接收后，负载均衡调度器修改该报文，加上IP隧道两端的IP地址作为新的源和目标地址，通过隧道将请求转发给被选中的一个应用服务器。
应用服务器的IP，即RIP和负载均衡调度器的IP，即DIP，不必然要处于同一物理网络中，但RIP必须可以和公网通信，相当于，集群节点可以跨互联网实现；负载均衡调度器转发给应用服务器时需要借助隧道，隧道外层的IP头部的源IP是DIP，目标IP是RIP。
步骤S4，应用服务器收到负载均衡调度器转发的切片后的数据包后，进行相应处理，回复响应客户端，所述响应中数据包的原地址为VIP，目标地址为CIP。
具体实施例中，所述应用服务器的TUN接口配置VIP地址，用以接收负载均衡调度器转发过来的数据包，以及作为响应的报文源IP；
具体的，所述进行切片处理具体过程为，通过在LVS的负载均衡服务器中增加一个路由转发模块来进行切片处理，每个数据包切片经过隧道封装后的大小小于发送网卡的MTU，所述路由转发模块为软件模块，其中，发送网卡是指LVS中用于发送数据包的网卡，具体是发送经过隧道封装后的数据包；
本实施例可将接收到的数据包中的数据进行切片，使得切片后的数据经过隧道封装后的大小小于发送网卡的MTU。如此，即使LVS从客户端接收到的数据包比较大，也可通过发送网卡发送出去。
具体的，在步骤S4中，所述进行相应处理具体过程包括，
所述应用服务器接收到请求报文后，解封该请求报文原有的CIP和VIP；
所述应用服务器根据TUN接口上配置的VIP，接受该数据包；
当请求处理完成后，结果不会重新交给负载均衡调度器，而是直接返回给客户端，此时响应数据包的源IP为VIP，目标IP为CIP。
具体的实施例中，应用服务器接收到请求报文后，首先解封该请求报文原有的CIP和VIP；该后端服务器也即应用服务器发现自身的TUN接口上配置了VIP，因此接受该数据包；当请求处理完成后，结果将不会重新交给负载均衡调度器，而是直接返回给客户端。此时响应数据包的源IP为VIP，目标IP为CIP；具体的，应用服务器响应给客户端的IP头部是根据隧道内层的IP头分析得到的，源IP是VIP，目标IP是CIP。
更多的细节，可以参照并结合前述对附图的描述，在此不进行详述。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：
本发明实施例提供的基于隧道模式的负载均衡通信方法,在隧道模式的LVS中增加数据切片模块，对超过标准MTU的数据包进行切分以及封装，使隧道模式下的LVS可接收到正确合法的数据包，可保证通过隧道模式转发的数据不会因为超过MTU大小而导致数据丢包；
在充分利用了网卡LRO/GRO的功能下，可保证隧道模式负载均衡的可用性，从而可通过网卡的LRO/GRO功能提高负载均衡系统的性能。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (9)
1.一种基于隧道模式的负载均衡通信方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1，LVS的应用服务器进行初始化，配置用于与客户端连接的网卡的MTU，配置应用服务器的对外连接网卡的实际MTU与IP隧道封装的容量之和小于或等于网卡标准MTU的容量；
步骤S2，LVS的负载均衡调度器和应用服务器分别配置IP隧道通道，负载均衡调度器配置一个全局的虚拟IP，即VIP；
步骤S3，LVS的负载均衡调度器通过VIP收到客户端的请求，基于负载情况选择一个应用服务器来响应该客户端的请求，并判断该请求数据包通过隧道封装后的大小是否大于标准MTU，如大于，则对请求数据包进行切片处理，将切片后的数据包通过隧道模式发送给所选择的应用服务器，如不大于，则直接将请求数据包通过隧道模式发送给所选择的应用服务器；
步骤S4，应用服务器收到负载均衡调度器转发的切片后的数据包后，进行相应处理，回复响应客户端。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤S1中，所述应用服务器与客户端或用户连接的网卡为发送网卡。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在步骤S2中，所述客户端通过客户端IP，即CIP，发送请求报文到负载均衡调度器。
4.如权利要求3任所述的方法，其特征在于，在步骤S3中，所述客户端发送的请求报文被负载均衡调度器接收后，负载均衡调度器修改请求报文，加上IP隧道两端的IP地址作为新的源和目标地址，通过隧道将请求转发给被选中的一个应用服务器。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，在步骤S3中，所述隧道模式中隧道外层的IP头部的源IP是DIP，目标IP是RIP，DIP为负载均衡调度器的IP，RIP为应用服务器的IP。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，在步骤S4中，所述响应中数据包的原地址为VIP，目标地址为CIP。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤S4中，所述应用服务器的TUN接口配置VIP地址，用以接收负载均衡调度器转发过来的数据包，以及作为响应的报文源IP。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤S4中，所述进行相应处理具体过程包括，
所述应用服务器接收到请求报文后，解封该请求报文原有的CIP和VIP；
所述应用服务器根据TUN接口上配置的VIP，接受该数据包；
当请求处理完成后，结果不会重新交给负载均衡调度器，而是直接返回给客户端。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述步骤S4中，所述进行切片处理具体过程为，通过在LVS的负载均衡服务器中增加一个路由转发模块来进行切片处理，每个数据包切片经过隧道封装后的大小小于发送网卡的MTU，所述路由转发模块为软件模块。
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20200327 |