CN111638957A - 一种集群共享式公有云负载均衡的实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明特别涉及一种集群共享式公有云负载均衡的实现方法。该集群共享式公有云负载均衡的实现方法，首先构建共享式集群架构，使不同租户的负载均衡实例可以运行在同一个负载均衡虚拟节点上，并且根据节点负荷情况弹性伸缩；采用多活集群模式，采用虚拟路由和核心交换机通讯，建立ECMP等价路径；在负载均衡节点上引入负载均衡控制和执行器Agent，Agent管理程序接收控制台的命令，进行逻辑判断和处理，对节点上的网卡、VIP、LVS、Nginx以及quagga虚拟路由器进行配置管理。该集群共享式公有云负载均衡的实现方法，不仅可以实现多个租户共享负载均衡实例虚机，且负载均衡实例虚机可以通过Floating IP连接不同租户下的后端服务器，极大的提高了资源自用率，降低了运营成本。
Description
技术领域
本发明涉及网络虚拟化及高性能计算技术领域，特别涉及一种集群共享式公有云负载均衡的实现方法。
背景技术
公有云是近几年来一直比较热门的技术话题，其核心原理就是企业通过对计算、网络、存储等内部的基础设施的虚拟化处理，为用户提供极为方便的资源使用方式和灵活的资源扩展能力。公有云负载均衡作为公有云产品的一项核心基本功能，主要目的就是不但可以使用户快速的搭建公网服务业务，还可以使用户业务在大数据量访问下保持高效稳定的运行。
公有云负载均衡基本原理是将来自公网网客户端的业务请求通过负载均衡快速转发，分发给云服务器池中的后端服务器实例进行逻辑处理。增强了应用的服务能力和可用性。公有云负载均衡通过公网EIP对外提供服务，将来自同一个用户下的客户端请求按照指定的负载均衡策略分发到后端进行处理。
在基于openstack的公有云平台下，公有云负载均衡有如下问题：
(1)租户创建多个VPC并且在各个VPC内分别创建负载均衡业务，这就需要创建很多个负载均衡虚拟机，造成了资源浪费，加大了运营成本；
(2)传统公有云负载均衡采用主备模式，虽然提供了业务HA(High Availability，高可用性)功能，但是不具备弹性伸缩的功能；
(3)跨VPC的虚拟机之间无法通讯，这就需要负载均衡节点需要和后端服务器同处于一个VPC下。
针对上述问题，本发明提出了一种集群共享式公有云负载均衡的实现方法。
发明内容
本发明为了弥补现有技术的缺陷，提供了一种简单高效的集群共享式公有云负载均衡的实现方法。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种集群共享式公有云负载均衡的实现方法，其特征在于：包括以下几个部分：
第一、构建共享式集群架构，使不同租户的负载均衡实例可以运行在同一个负载均衡虚拟节点上，并且根据节点负荷情况弹性伸缩；
第二、所述共享式集群架构采用多活集群模式，采用虚拟路由和核心交换机通讯，建立ECMP((Equal-Cost Multipath Routing)等价路径，既能保证HA功能，又能实现流量分发的功能；
第三、在负载均衡节点上引入负载均衡控制和执行器Agent，Agent管理程序接收控制台的命令，进行逻辑判断和处理，对节点上的网卡、VIP(Virtual IP Address，虚拟IP地址)、LVS(Linux Virtual Server，Linux虚拟服务器)、Nginx以及quagga虚拟路由器进行配置管理。
所述共享式集群架构包括核心交换机，quagga虚拟路由器，Agent管理程序，四种核心网络和管理控制台五个组成部分；其构建流程，包括以下步骤：
第一步，提前规划负载均衡宿主机区域，所有的负载均衡虚拟实例全都跑在该区域宿主机上；
第二步，规划负载均衡所必需的四种核心网络，包括业务网、管理网、floating IP网以及租户私有网；
第三步，创建负载均衡节点，并运行Agent管理程序，用于下发管理配置；
第四步，在负载均衡节点上运行quagga虚拟路由器，配置ospf协议参数；
第五步，配置核心交换机ospf参数，用于和负载均衡节点交换学习网络；
第六步，在openstack对应的业务网下，申请分离port(端口)和VIP，并且将VIP设置到负载均衡业务网卡的子网卡下；
第七步，将VIP配置到quagga虚拟路由器配置文件中，通过quagga虚拟路由器将VIP和网段信息上报给交换机，建立ECMP等价路由。
所述核心交换机是负载均衡多活节点的核心部件，在对应的vlan接口下开启ospf协议，配置与quagga虚拟路由器一样的hello时间和dead时间，建立ospf等价路由；负责在流量到达时，将流量按照hash算法平均分配到负载均衡多活节点。
所述quagga虚拟路由器也是负载均衡多活节点的核心部件，包括zebra和ospf两个进程，需要配置与核心交换机一样的hello时间和dead时间，并负责将VIP路线信息上报给核心交换机。
所述Agent管理程序运行在负载均衡节点上，是负载均衡的核心程序；负责接收用户负载均衡的配置请求，对负载均衡节点进行负载均衡的实际配置(包括增加删除负载均衡实例、增加删除监听器、绑定解绑后端服务器等基本操作)，以及对网卡和quagga虚拟路由器进行管理配置。
所述管理控制台面向用户操作，负责负载均衡数据的配置管理，接收来自用户的负载均衡配置请求，并将用户配置数据记入数据库中，并且进一步将用户请求发到负载均衡节点，由lb-Agent接收处理。
所述四种核心网络分别是管理网、业务网、Floating IP网络和租户VPC私网；
其中，所述管理网用于管理层面下发配置；
所述业务网是负载均衡实例对应的虚拟服务地址所在的网络，用于实现对负载均衡虚拟服务的访问，以及公有云负载均衡的EIP(Elastic IP Address，弹性公网IP)与负载均衡实例的业务网IP进行NAT(Network Address Translation，网络地址转换)；
所述Floating IP网络用于实现LVS与后端服务器的通信，每一个负载均衡实例占用一个Floating IP网络的IP地址，作为Local IP；
所述租户VPC网络是租户自定创建的VPC网络，即后端服务器所在的网络。
所述管理网与业务网均可以采用vlan(虚拟局域网)网络。
所述第三部分中，具体实现步骤如下：
(1)用户向控制台下发创建公有云负载均衡实例的命令，控制台首先判断是否已经有共享负载均衡的节点，并且判断负载均衡节点的负荷状态；
如果已经存在负载均衡节点并且负荷在正常范围内，则发送创建负载均衡的命令；
如果当前没有负载均衡节点或者现有负载均衡节点已经满负荷，则创建启动负载均衡虚拟机节点；
(2)负载均衡虚拟机节点启动后，管理网、业务网和Floating IP网分别设有对应的网卡，且网卡上有对应的IP地址；
(3)所述Agent管理程序接收控制台下发的创建负载均衡命令，将已经申请的VIP设置到业务网卡的子网卡上，生成quagga运行所需要的配置文件，并且启动zebra和ospf进程；
(4)所述Agent管理程序创建监听器和添加后端服务器，根据用户负载均衡的配置参数，将监听端口，VIP以及相关算法配置到LVS，并且根据IP和端口添加后端服务器；
(5)为负载均衡实例绑定EIP地址，EIP地址和VIP地址，并在防火墙上做NAT转换；
(6)当用户通过EIP访问负载均衡业务时，请求经过防火墙时做NAT转换，EIP被转化成VIP，然后请求到达核心交换机；核心交换机根据VIP查找业务路径，请求通过已经建立好的ECMP等价路径传输到各个负载均衡节点，然后LVS进行负载均衡转发和业务处理。
当负载均衡多活节点中的某一个节点出现问题时，用户业务将被转发到其他节点，不会影响业务正常运行。
本发明的有益效果是：该集群共享式公有云负载均衡的实现方法，不仅可以实现多个租户共享负载均衡实例虚机，且负载均衡实例虚机可以通过Floating IP连接不同租户下的后端服务器，极大的提高了资源自用率，降低了运营成本。
附图说明
附图1为本发明集群共享式公有云负载均衡的实现方法示意图。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行详细的说明。应当说明的是，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在当前基于openstack公有云平台下，每个租户创建负载均衡时，都需要在对应的VPC(Virtual Private Cloud，专有网络)内启动主备模式的负载均衡虚拟机，如果租户在自己的多个不同VPC下频繁创建负载均衡服务，那将会产生出许多个负载均衡虚拟机节点，从而大大的浪费运营商的基础虚拟资源，增加了运营成本。
该集群共享式公有云负载均衡的实现方法，包括以下几个部分：
第一、构建共享式集群架构，使不同租户的负载均衡实例可以运行在同一个负载均衡虚拟节点上，并且根据节点负荷情况弹性伸缩；
第二、所述共享式集群架构采用多活集群模式，采用虚拟路由和核心交换机通讯，建立ECMP((Equal-Cost Multipath Routing)等价路径，既能保证HA功能，又能实现流量分发的功能；
第三、在负载均衡节点上引入负载均衡控制和执行器Agent，Agent管理程序接收控制台的命令，进行逻辑判断和处理，对节点上的网卡、VIP(Virtual IP Address，虚拟IP地址)、LVS(Linux Virtual Server，Linux虚拟服务器)、Nginx以及quagga虚拟路由器进行配置管理。
所述共享式集群架构包括核心交换机，quagga虚拟路由器，Agent管理程序，四种核心网络和管理控制台五个组成部分；其构建流程，包括以下步骤：
第一步，提前规划负载均衡宿主机区域，所有的负载均衡虚拟实例全都跑在该区域宿主机上；
第二步，规划负载均衡所必需的四种核心网络，包括业务网、管理网、floating IP网以及租户私有网；
第三步，创建负载均衡节点，并运行Agent管理程序，用于下发管理配置；
第四步，在负载均衡节点上运行quagga虚拟路由器，配置ospf协议参数；
第五步，配置核心交换机ospf参数，用于和负载均衡节点交换学习网络；
第六步，在openstack对应的业务网下，申请分离port(端口)和VIP，并且将VIP设置到负载均衡业务网卡的子网卡下；
第七步，将VIP配置到quagga虚拟路由器配置文件中，通过quagga虚拟路由器将VIP和网段信息上报给交换机，建立ECMP等价路由。
所述核心交换机是负载均衡多活节点的核心部件，在对应的vlan接口下开启ospf协议，配置与quagga虚拟路由器一样的hello时间和dead时间，建立ospf等价路由；负责在流量到达时，将流量按照hash算法平均分配到负载均衡多活节点。
所述quagga虚拟路由器也是负载均衡多活节点的核心部件，包括zebra和ospf两个进程，需要配置与核心交换机一样的hello时间和dead时间，并负责将VIP路线信息上报给核心交换机。
所述Agent管理程序运行在负载均衡节点上，是负载均衡的核心程序；负责接收用户负载均衡的配置请求，对负载均衡节点进行负载均衡的实际配置(包括增加删除负载均衡实例、增加删除监听器、绑定解绑后端服务器等基本操作)，以及对网卡和quagga虚拟路由器进行管理配置。
所述管理控制台面向用户操作，负责负载均衡数据的配置管理，接收来自用户的负载均衡配置请求，并将用户配置数据记入数据库中，并且进一步将用户请求发到负载均衡节点，由lb-Agent接收处理。
所述四种核心网络分别是管理网、业务网、Floating IP网络和租户VPC私网；
其中，所述管理网用于管理层面下发配置；
所述业务网是负载均衡实例对应的虚拟服务地址所在的网络，用于实现对负载均衡虚拟服务的访问，以及公有云负载均衡的EIP(Elastic IP Address，弹性公网IP)与负载均衡实例的业务网IP进行NAT(Network Address Translation，网络地址转换)；
所述Floating IP网络用于实现LVS与后端服务器的通信，每一个负载均衡实例占用一个Floating IP网络的IP地址，作为Local IP；
所述租户VPC网络是租户自定创建的VPC网络，即后端服务器所在的网络。
所述管理网与业务网均可以采用vlan(虚拟局域网)网络。
所述第三部分中，具体实现步骤如下：
(1)用户向控制台下发创建公有云负载均衡实例的命令，控制台首先判断是否已经有共享负载均衡的节点，并且判断负载均衡节点的负荷状态；
如果已经存在负载均衡节点并且负荷在正常范围内，则发送创建负载均衡的命令；
如果当前没有负载均衡节点或者现有负载均衡节点已经满负荷，则创建启动负载均衡虚拟机节点；
(2)负载均衡虚拟机节点启动后，管理网、业务网和Floating IP网分别设有对应的网卡，且网卡上有对应的IP地址；
(3)所述Agent管理程序接收控制台下发的创建负载均衡命令，将已经申请的VIP设置到业务网卡的子网卡上，生成quagga运行所需要的配置文件，并且启动zebra和ospf进程；
以两台双活负载均衡节点为例，两台双活负载均衡节点做一样的配置操作，该负载均衡实例所对应的VIP即可在核心交换机上建立等价路径。
(4)所述Agent管理程序创建监听器和添加后端服务器，根据用户负载均衡的配置参数，将监听端口，VIP以及相关算法配置到LVS，并且根据IP和端口添加后端服务器；
(5)为负载均衡实例绑定EIP地址，EIP地址和VIP地址，并在防火墙上做NAT转换；
(6)当用户通过EIP访问负载均衡业务时，请求经过防火墙时做NAT转换，EIP被转化成VIP，然后请求到达核心交换机；核心交换机根据VIP查找业务路径，请求通过已经建立好的ECMP等价路径传输到各个负载均衡节点，然后LVS进行负载均衡转发和业务处理。
当负载均衡多活节点中的某一个节点出现问题时，用户业务将被转发到其他节点，不会影响业务正常运行。
以上所述的实施例，只是本发明具体实施方式的一种，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种集群共享式公有云负载均衡的实现方法，其特征在于：包括以下几个部分：
第一、构建共享式集群架构，使不同租户的负载均衡实例可以运行在同一个负载均衡虚拟节点上，并且根据节点负荷情况弹性伸缩；
第二、所述共享式集群架构采用多活集群模式，采用虚拟路由和核心交换机通讯，建立ECMP等价路径，既能保证HA功能，又能实现流量分发的功能；
第三、在负载均衡节点上引入负载均衡控制和执行器Agent，Agent管理程序接收控制台的命令，进行逻辑判断和处理，对节点上的网卡、VIP、LVS、Nginx以及quagga虚拟路由器进行配置管理。
2.根据权利要求1所述的集群共享式公有云负载均衡的实现方法，其特征在于：所述共享式集群架构包括核心交换机，quagga虚拟路由器，Agent管理程序，四种核心网络和管理控制台五个组成部分；
其构建流程，包括以下步骤：
第一步，提前规划负载均衡宿主机区域，所有的负载均衡虚拟实例全都跑在该区域宿主机上；
第二步，规划负载均衡所必需的四种核心网络，包括业务网、管理网、floating IP网以及租户私有网；
第三步，创建负载均衡节点，并运行Agent管理程序，用于下发管理配置；
第四步，在负载均衡节点上运行quagga虚拟路由器，配置ospf协议参数；
第五步，配置核心交换机ospf参数，用于和负载均衡节点交换学习网络；
第六步，在openstack对应的业务网下，申请分离port和VIP，并且将VIP设置到负载均衡业务网卡的子网卡下；
第七步，将VIP配置到quagga虚拟路由器配置文件中，通过quagga虚拟路由器将VIP和网段信息上报给交换机，建立ECMP等价路由。
3.根据权利要求2所述的集群共享式公有云负载均衡的实现方法，其特征在于：所述核心交换机是负载均衡多活节点的核心部件，在对应的vlan接口下开启ospf协议，配置与quagga虚拟路由器一样的hello时间和dead时间，建立ospf等价路由；负责在流量到达时，将流量按照hash算法平均分配到负载均衡多活节点。
4.根据权利要求2所述的集群共享式公有云负载均衡的实现方法，其特征在于：所述quagga虚拟路由器也是负载均衡多活节点的核心部件，包括zebra和ospf两个进程，需要配置与核心交换机一样的hello时间和dead时间，并负责将VIP路线信息上报给核心交换机。
5.根据权利要求2所述的集群共享式公有云负载均衡的实现方法，其特征在于：所述Agent管理程序运行在负载均衡节点上，是负载均衡的核心程序；负责接收用户负载均衡的配置请求，对负载均衡节点进行负载均衡的实际配置，以及对网卡和quagga虚拟路由器进行管理配置。
6.根据权利要求2所述的集群共享式公有云负载均衡的实现方法，其特征在于：所述管理控制台面向用户操作，负责负载均衡数据的配置管理，接收来自用户的负载均衡配置请求，并将用户配置数据记入数据库中，并且进一步将用户请求发到负载均衡节点，由lb-Agent接收处理。
7.根据权利要求2所述的集群共享式公有云负载均衡的实现方法，其特征在于：所述四种核心网络分别是管理网、业务网、Floating IP网络和租户VPC私网；
其中，所述管理网用于管理层面下发配置；
所述业务网是负载均衡实例对应的虚拟服务地址所在的网络，用于实现对负载均衡虚拟服务的访问，以及公有云负载均衡的EIP与负载均衡实例的业务网IP进行NAT；
所述Floating IP网络用于实现LVS与后端服务器的通信，每一个负载均衡实例占用一个Floating IP网络的IP地址，作为Local IP；
所述租户VPC网络是租户自定创建的VPC网络，即后端服务器所在的网络。
8.根据权利要求7所述的集群共享式公有云负载均衡的实现方法，其特征在于：所述管理网与业务网均可以采用vlan网络。
9.根据权利要求1～8任意一项所述的集群共享式公有云负载均衡的实现方法，其特征在于：所述第三部分中，具体实现步骤如下：
(1)用户向控制台下发创建公有云负载均衡实例的命令，控制台首先判断是否已经有共享负载均衡的节点，并且判断负载均衡节点的负荷状态；
如果已经存在负载均衡节点并且负荷在正常范围内，则发送创建负载均衡的命令；
如果当前没有负载均衡节点或者现有负载均衡节点已经满负荷，则创建启动负载均衡虚拟机节点；
(2)负载均衡虚拟机节点启动后，管理网、业务网和Floating IP网分别设有对应的网卡，且网卡上有对应的IP地址；
(3)所述Agent管理程序接收控制台下发的创建负载均衡命令，将已经申请的VIP设置到业务网卡的子网卡上，生成quagga运行所需要的配置文件，并且启动zebra和ospf进程；
(4)所述Agent管理程序创建监听器和添加后端服务器，根据用户负载均衡的配置参数，将监听端口，VIP以及相关算法配置到LVS，并且根据IP和端口添加后端服务器；
(5)为负载均衡实例绑定EIP地址，EIP地址和VIP地址，并在防火墙上做NAT转换；
(6)当用户通过EIP访问负载均衡业务时，请求经过防火墙时做NAT转换，EIP被转化成VIP，然后请求到达核心交换机；核心交换机根据VIP查找业务路径，请求通过已经建立好的ECMP等价路径传输到各个负载均衡节点，然后LVS进行负载均衡转发和业务处理。
10.根据权利要求9所述的集群共享式公有云负载均衡的实现方法，其特征在于：当负载均衡多活节点中的某一个节点出现问题时，用户业务将被转发到其他节点，不会影响业务正常运行。
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