CN111131445B - Dhcp集群的调度方法和dhcp集群系统 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种DHCP集群的调度方法和DHCP集群系统，所述方法包括：调度模块记录每个DHCP服务器负责的地址段范围、每个地址段空闲的地址数量和已分配的地址信息；中继服务器在接收到请求报文时，将该请求报文随机发送给DHCP集群的任意一台DHCP服务器；如果请求报文的类型是地址分配报文，则查看本机所负责的地址段是否存在空闲地址；如果不存在空闲地址，DHCP服务器向所述调度模块查询地址段空闲率最高的DHCP服务器，并将该地址分配报文转发给查询到的DHCP服务器。本申请的方案在多网域的情况下完成对地址池的分配与管理，满足大规模地址段集中管理的使用场景；实现了负载均衡的算法调度，也避免了因为集群中单个DHCP服务器失效而影响服务的可用性。

Description

DHCP集群的调度方法和DHCP集群系统
技术领域
本申请涉及计算机IP地址管理分配技术领域，具体涉及一种DHCP集群的调度方法和DHCP集群系统
背景技术
DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol，动态主机配置协议)是一种基于UDP协议且仅限于在局域网内部使用的网络协议。其主要作用是集中地管理、分配IP地址，使网络环境中的主机动态地获得IP地址、Gateway地址、DNS服务器地址等信息，可以有效提升IP地址的利用率，提高配置效率，并降低管理和维护成本。
DHCP动态分配方法是：当DHCP客户机向DHCP服务器租用IP地址时，服务器只是暂时分配给客户机一个IP地址，只要租赁到期，这个地址就会还给DHCP服务器，以供其他客户机使用；如果DHCP客户机仍需要一个IP地址，则再次向服务器发送IP地址分配请求。动态分配方法是唯一能够重复使用IP地址的方法。
网域中DHCP服务器与客户机的交互过程如下：
1、DHCP Client以广播的方式发出DHCP Discover报文。
2、所有的DHCP Server都能够接收到DHCP Client发送的DHCP Discover报文，所有的DHCP Server都会给出响应，向DHCP Client发送一个DHCP Offer报文。
DHCP Offer报文中的“Your(Client)IP Address”字段就是DHCP Server能够提供给DHCP Client使用的IP地址，且DHCP Server会将自己的IP地址放在“option”字段中以便DHCP Client区分不同的DHCP Server。DHCP Server在发出此报文后会存在一个已分配IP地址的记录。
3、DHCP Client只能处理其中的一个DHCP Offer报文，一般的原则是DHCP Client处理最先收到的DHCP Offer报文。DHCP Client会发出一个广播的DHCP Request报文，在选项字段中会加入选中的DHCP Server的IP地址和需要的IP地址。
4、DHCP Server收到DHCP Request报文后，判断选项字段中的IP地址是否与自己的地址相同。如果不相同，DHCP Server不做任何处理只清除相应IP地址分配记录；如果相同，DHCP Server就会向DHCP Client响应一个DHCP ACK报文，并在选项字段中增加IP地址的使用租期信息。
5、DHCP Client接收到DHCP ACK报文后，检查DHCP Server分配的IP地址是否能够使用。如果可以使用，则DHCP Client成功获得IP地址并根据IP地址使用租期自动启动续延过程；如果DHCP Client发现分配的IP地址已经被使用，则DHCP Client向DHCPServer发出DHCP Decline报文，通知DHCP Server禁用这个IP地址，然后DHCP Client开始新的地址申请过程。
6、DHCP Client在成功获取IP地址后，随时可以通过发送DHCP Release报文释放自己的IP地址，DHCP Server收到DHCP Release报文后，会回收相应的IP地址并重新分配。
相关技术中，会出现多台DHCP服务器以集群的方式为多个网域中的用户提供服务的情况。在DHCP服务器集群中，如何实现在满足每个服务器分配过程独立性的同时，又满足大规模地址段的集中管理，实现DHCP服务器集群高可用性，是需要讨论并解决的问题。
发明内容
为至少在一定程度上克服相关技术中存在的问题，本申请提供一种DHCP集群的调度方法和DHCP集群系统。
根据本申请实施例的第一方面，提供一种DHCP集群的调度方法，包括：
调度模块记录每个DHCP服务器负责的地址段范围、每个地址段空闲的地址数量和已分配的地址信息；
中继服务器在接收到请求报文时，将该请求报文随机发送给DHCP集群的任意一台DHCP服务器；
DHCP服务器收到请求报文后，如果请求报文的类型是地址分配报文，则查看本机所负责的地址段是否存在空闲地址；
如果存在空闲地址，DHCP服务器直接进行分配；如果不存在空闲地址，DHCP服务器向所述调度模块查询地址段空闲率最高的DHCP服务器，并将该地址分配报文转发给查询到的DHCP服务器。
进一步地，所述方法还包括：
调度模块按照预设的分配比例，将地址池中的所有IP地址分配给DHCP集群的每个DHCP服务器。
进一步地，所述方法还包括：
DHCP服务器将自身的已分配的地址信息实时同步给调度模块。
进一步地，所述方法还包括：
调度模块定期对DHCP服务器进行状态检测，并根据检测结果判断该DHCP服务器是否正常；
当某个DHCP服务器不正常时，将该DHCP服务器负责的地址段按照预设的分配比例分配给其余的DHCP服务器。
进一步地，所述方法还包括：
当DHCP服务器接收到调度模块分配的新的地址段时，将该地址段的已分配的地址信息从调度模块同步至本地。
进一步地，所述调度模块定期对DHCP服务器进行状态检测，包括：
调度模块向DHCP服务器发送模拟请求包；
调度模块检查是否接收到该DHCP服务器返回的DHCP响应包；
如果收到DHCP响应包，调度模块判断该DHCP服务器正常。
进一步地，所述方法还包括：
如果没有收到DHCP响应包，调度模块在预设的重试时间内再次向DHCP服务器发送模拟请求包；
连续三次都没有收到DHCP响应包时，调度模块判断该DHCP服务器不正常。
进一步地，所述方法还包括：
DHCP服务器收到请求报文后，判断该请求报文的类型；
如果请求报文的类型是地址续约报文，则向调度模块查询该报文所请求的地址所属的DHCP服务器，并根据查询结果处理地址续约报文。
进一步地，所述根据查询结果处理地址续约报文，包括：
如果所请求的地址属于自身负责的地址段范围，直接完成续约；
如果不属于自身，将该报文转发给对应的DHCP服务器。
根据本申请实施例的第二方面，提供一种DHCP集群系统，包括：调度模块、中继服务器和DHCP集群；
调度模块用于记录每个DHCP服务器负责的地址段范围、每个地址段空闲的地址数量和已分配的地址信息；
中继服务器用于在接收到请求报文时，将该请求报文随机发送给DHCP集群的任意一台DHCP服务器；
DHCP集群包括多个DHCP服务器；DHCP服务器收到请求报文后，如果请求报文的类型是地址分配报文，则查看本机所负责的地址段是否存在空闲地址；
如果存在空闲地址，DHCP服务器直接进行分配；如果不存在空闲地址，DHCP服务器向所述调度模块查询地址段空闲率最高的DHCP服务器，并将该地址分配报文转发给查询到的DHCP服务器。
本申请的实施例提供的技术方案具备以下有益效果：
本申请的方案通过制定DHCP集群的地址分配机制，使调度模块与DHCP集群之间相互配合，在多网域的情况下完成对地址池的分配与管理，实现地址分配性能的线性增长，在满足每个服务器分配过程独立性的同时，满足大规模地址段集中管理的使用场景；当某个服务器无法为DHCP请求报文分配地址时，优先选择DHCP集群中地址段空闲率最高的服务器进行地址分配，实现了负载均衡的算法调度；也避免了因为集群中单个DHCP服务器失效而影响服务的可用性。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
图1是根据一示例性实施例示出的一种DHCP集群的调度方法的流程图。
图2-1是根据一示例性实施例示出的一种IP地址续约流程的示意图。
图2-2是根据一示例性实施例示出的一种IP地址分配流程的示意图。
图3是根据一示例性实施例示出的一种DHCP集群与调度模块同步共享的流程示意图。
图4-1是根据一示例性实施例示出的一种调度模块对DHCP服务器进行状态检测的流程示意图。
图4-2是根据一示例性实施例示出的一种调度模块将某服务器负责的地址段分配给其它服务器的流程示意图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的方法和系统的例子。
图1是根据一示例性实施例示出的一种DHCP集群的调度方法的流程图。该方法可以应用于多台DHCP服务器以集群的方式为多个网域中的用户提供服务的场景，包括以下步骤：
步骤S1：调度模块记录每个DHCP服务器负责的地址段范围、每个地址段空闲的地址数量和已分配的地址信息；
步骤S2：中继服务器在接收到请求报文时，将该请求报文随机发送给DHCP集群的任意一台DHCP服务器；
步骤S3：DHCP服务器收到请求报文后，如果请求报文的类型是地址分配报文，则查看本机所负责的地址段是否存在空闲地址；
步骤S4：如果存在空闲地址，DHCP服务器直接进行分配；如果不存在空闲地址，DHCP服务器向所述调度模块查询地址段空闲率最高的DHCP服务器，并将该地址分配报文转发给查询到的DHCP服务器。
本申请的方案通过制定DHCP集群的地址分配机制，使调度模块与DHCP集群之间相互配合，在多网域的情况下完成对地址池的分配与管理，实现地址分配性能的线性增长，在满足每个服务器分配过程独立性的同时，满足大规模地址段集中管理的使用场景。当某个服务器无法为DHCP请求报文分配地址时，优先选择DHCP集群中地址段空闲率最高的服务器进行地址分配，实现了负载均衡的算法调度；也避免了因为集群中单个DHCP服务器失效而影响服务的可用性。
需要说明的是，调度模块本身也支持集群，可以启动多个设备，通过实时同步信息，避免单点故障。
一些实施例中，所述方法的步骤S3还包括：
DHCP服务器收到请求报文后，判断该请求报文的类型；
如果请求报文的类型是地址续约报文，则向调度模块查询该报文所请求的地址所属的DHCP服务器，并根据查询结果处理地址续约报文。
进一步地，所述根据查询结果处理地址续约报文，包括：
如果所请求的地址属于自身负责的地址段范围，直接完成续约；
如果不属于自身，将该报文转发给对应的DHCP服务器。
如图2-1和2-2，用户首先将DHCP请求报文发送至中继服务器，中继服务器中保存着DHCP服务模块(DHCP集群)中所有服务器IP地址，中继服务器将DHCP请求报文发送至任一服务器。服务器首先对DHCP请求报文类型进行判断。
如图2-1所示，若为IP续约请求，则服务器向调度器查询该IP所在的地址池属于哪个DHCP服务器，如果属于自身，完成续约，如果非本身，转发请求给对应的DHCP服务器并完成续约。
如图2-2所示，若为IP全新分配，服务器查看本机所在地址段是否存在空闲地址，如果存在则进行分配，否则查询调度器，判断哪台DHCP服务器的地址段空闲率最高，将请求转发给对应的DHCP服务器完成地址分配。
上述实施例描述了用户IP续约请求和IP全新分配请求两种情况的不同解决方案。两种方案的共同特点是，若收到DHCP请求后，若服务器自身无法进行相应的服务，将会向调度模块查询可以执行该任务的服务器地址，并进行服务器集群内转发。
一些实施例中，在步骤S1之前，所述方法还包括：
步骤S0：调度模块按照预设的分配比例，将地址池中的所有IP地址分配给DHCP集群的每个DHCP服务器。
其中，分配比例可以是平均分配，也可以根据DHCP服务器的性能或其它参数按照权重定制化分配，只要保证每个DHCP服务器的地址段范围不重合即可。
一些实施例中，所述方法还包括：
DHCP服务器将自身的已分配的地址信息实时同步给调度模块。
DHCP集群的服务器之间的已分配信息的同步，可以实现当单个服务器宕机时，在收到调度模块的地址段重新分配的命令后，将接管的地址信息从调度模块中同步到本地，并处理原宕机服务器维护的用户请求，从而实现DHCP服务的无缝衔接。
一些实施例中，所述方法还包括：
调度模块定期对DHCP服务器进行状态检测，并根据检测结果判断该DHCP服务器是否正常；
当某个DHCP服务器不正常时，将该DHCP服务器负责的地址段按照预设的分配比例分配给其余的DHCP服务器。
调度模块对DHCP集群中的每个DHCP服务器，都定期进行健康检测并记录健康状态，当有DHCP服务器出现健康问题时，将该DHCP服务器负责的地址段按照步骤S0所述的分配比例分配给其它DHCP服务器。
由于调度模块的健康检测，停止异常服务器的工作，防止用户DHCP请求迟迟无应答的情况发生，提升了DHCP服务的可用性和可靠性。
一些实施例中，所述方法还包括：
当DHCP服务器接收到调度模块分配的新的地址段时，将该地址段的已分配的地址信息从调度模块同步至本地。
如图3所示，调度模块中记录每个DHCP服务器负责的地址段范围，每个地址段空闲的地址数量和已分配的地址信息。当DHCP服务模块中任一服务器为用户分配新地址后，该服务器将已分配地址信息同步给调度器，调度器将保存的地址信息表进行更新。同时，当DHCP服务器集群中服务器接收到调度模块新的地址分配后，将新增地址段的已分配地址信息从调度模块同步至本地，用于在地址段重新分配的情况下完成续约服务。
DHCP服务模块与调度模块的同步共享，将所有已分配地址信息保存在所有服务器的本地，当某一服务器出现健康问题时，集群中其他服务器由于拥有故障服务器的已分配地址的信息，可以无缝替代故障服务器工作，为用户继续提供服务。
一些实施例中，所述调度模块定期对DHCP服务器进行状态检测，包括：
调度模块向DHCP服务器发送模拟请求包；
调度模块检查是否接收到该DHCP服务器返回的DHCP响应包；
如果收到DHCP响应包，调度模块判断该DHCP服务器正常。
一些实施例中，所述方法还包括：
如果没有收到DHCP响应包，调度模块在预设的重试时间内再次向DHCP服务器发送模拟请求包；
连续三次都没有收到DHCP响应包时，调度模块判断该DHCP服务器不正常。
如图4-1所示，调度模块定期对DHCP服务模块中所有服务器进行健康检测，具体方法调度器向服务器发送DHCP request请求包，若收到该服务器的DHCP响应包ACK或NAK(如图中服务器a)，则判断该服务器健康。
若首次发送的DHCP request请求包没有收到回应，则启动重试机制：再次发送DHCP request请求包，连续三次都没有收到服务器的回应(如图4-1中服务器b)，则判断该服务器异常，将该服务器移出DHCP服务模块。待下次健康检测通过后，再参与DHCP服务。
若启动重试机制后，收到来自服务器的ACK或NAK响应包(如图4-1中服务器c)，则也判断该服务器正常。
服务器的健康状态会实时更新至调度模块的信息表中，状态不健康的服务器，调度模块自动将该服务器负责的地址段分配给其它服务器，如图4-2所示，调度模块将服务器b管理的地址模块分配给了服务器a和服务器c。
本申请的方案通过实现调度模块与DHCP集群之间、以及调度模块内部的信息同步共享，避免了因单个服务器或调度器失效影响服务的问题，为用户提供可用性强、高质量和高靠性的服务；并且通过DHCP服务器的独立分配过程，实现了DHCP集群对多网域同时进行大规模IP地址段集的下发和管理的目标。
本申请的方案通过设置DHCP地址分配机制，实现DHCP集群内每个服务器的分配过程独立与服务器之间的负载均衡调度；对DHCP集群中服务器的健康检测，避免了因为集群中单个DHCP服务器失效，影响服务的可用性问题，提升了DHCP集群对对网域集中管理的效率和可用性。
本申请还提供如下的实施例：
一种DHCP集群系统，包括：调度模块、中继服务器和DHCP集群；
调度模块用于记录每个DHCP服务器负责的地址段范围、每个地址段空闲的地址数量和已分配的地址信息；
中继服务器用于在接收到请求报文时，将该请求报文随机发送给DHCP集群的任意一台DHCP服务器；
DHCP集群包括多个DHCP服务器；DHCP服务器收到请求报文后，如果请求报文的类型是地址分配报文，则查看本机所负责的地址段是否存在空闲地址；
如果存在空闲地址，DHCP服务器直接进行分配；如果不存在空闲地址，DHCP服务器向所述调度模块查询地址段空闲率最高的DHCP服务器，并将该地址分配报文转发给查询到的DHCP服务器。
中继服务器、DHCP服务模块和调度模块的互相配合，可以实现DHCP集群对多网域的IP地址分配与管理；并且DHCP集群中的服务器的分配过程相互独立，同时实现服务器之间的任务调度和数据同步。
关于上述实施例中的系统，其中各个部分执行操作的具体步骤已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处不再详细阐述说明。
可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。
需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种DHCP集群的调度方法，其特征在于，包括：
调度模块记录每个DHCP服务器负责的地址段范围、每个地址段空闲的地址数量和已分配的地址信息；
中继服务器在接收到请求报文时，将该请求报文随机发送给DHCP集群的任意一台DHCP服务器；
DHCP服务器收到请求报文后，如果请求报文的类型是地址分配报文，则查看本机所负责的地址段是否存在空闲地址；
如果存在空闲地址，DHCP服务器直接进行分配；如果不存在空闲地址，DHCP服务器向所述调度模块查询地址段空闲率最高的DHCP服务器，并将该地址分配报文转发给查询到的DHCP服务器；
所述调度模块定期对DHCP服务器进行状态检测，并根据检测结果判断该DHCP服务器是否正常；
当某个DHCP服务器不正常时，将该DHCP服务器负责的地址段按照预设的分配比例分配给其余的DHCP服务器。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
调度模块按照预设的分配比例，将地址池中的所有IP地址分配给DHCP集群的每个DHCP服务器。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
DHCP服务器将自身的已分配的地址信息实时同步给调度模块。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
当DHCP服务器接收到调度模块分配的新的地址段时，将该地址段的已分配的地址信息从调度模块同步至本地。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述调度模块定期对DHCP服务器进行状态检测，包括：
调度模块向DHCP服务器发送模拟请求包；
调度模块检查是否接收到该DHCP服务器返回的DHCP响应包；
如果收到DHCP响应包，调度模块判断该DHCP服务器正常。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括：
如果没有收到DHCP响应包，调度模块在预设的重试时间内再次向DHCP服务器发送模拟请求包；
连续三次都没有收到DHCP响应包时，调度模块判断该DHCP服务器不正常。
7.根据权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，还包括：
DHCP服务器收到请求报文后，判断该请求报文的类型；
如果请求报文的类型是地址续约报文，则向调度模块查询该报文所请求的地址所属的DHCP服务器，并根据查询结果处理地址续约报文。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述根据查询结果处理地址续约报文，包括：
如果所请求的地址属于自身负责的地址段范围，直接完成续约；
如果不属于自身，将该报文转发给对应的DHCP服务器。
9.一种DHCP集群系统，其特征在于，包括：调度模块、中继服务器和DHCP集群；
调度模块用于记录每个DHCP服务器负责的地址段范围、每个地址段空闲的地址数量和已分配的地址信息；
中继服务器用于在接收到请求报文时，将该请求报文随机发送给DHCP集群的任意一台DHCP服务器；
DHCP集群包括多个DHCP服务器；DHCP服务器收到请求报文后，如果请求报文的类型是地址分配报文，则查看本机所负责的地址段是否存在空闲地址；
如果存在空闲地址，DHCP服务器直接进行分配；如果不存在空闲地址，DHCP服务器向所述调度模块查询地址段空闲率最高的DHCP服务器，并将该地址分配报文转发给查询到的DHCP服务器。
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