CN111901248B - 一种负载均衡方法、装置、设备及机器可读存储介质 - Google Patents

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Abstract

本公开提供一种负载均衡方法、装置、设备及机器可读存储介质，该方法包括：接收进行CAR动作的报文，获取所述报文的流量ID；根据流量ID查询对应的CAR状态记录；根据CAR状态记录对所述报文执行对应的操作，并更新CAR状态记录；所述CAR状态记录记录有流量的报文丢弃状态。本公开的技术方案，通过分析触发CAR操作的报文的流量ID对应的报文丢弃状态，得知当前报文对应的流量通道和其他流量通道报文丢弃的数量和顺序，从而判断当前报文对应的流量通道是否是连续被丢弃，若是，则使当前报文能够被正常转发，从而实现负载均衡。

Description

一种负载均衡方法、装置、设备及机器可读存储介质
技术领域
本公开涉及通信技术领域，尤其是涉及一种负载均衡方法、装置、设备及机器可读存储介质。
背景技术
IP(Internet Protocol，网际互连协议)是TCP/IP体系中的网络层协议。设计IP的目的是提高网络的可扩展性：一是解决互联网问题，实现大规模、异构网络的互联互通；二是分割顶层网络应用和底层网络技术之间的耦合关系，以利于两者的独立发展。
IPv4是互联网通信协议第四版，是网际协议开发过程中的第四个修订版本，也是此协议第一个被广泛部署的版本。IPv4是互联网的核心，也是使用最广泛的网际协议版本，其后继版本为IPv6。
IPv6是互联网通信协议第六版，是网际协议开发过程中的第六个修订版本，是互联网工程任务组(IETF)设计的用于替代IPv4的下一代IP协议，其地址数量号称可以为全世界的每一粒沙子编上一个地址。
CAR(Committed Access Rate，承诺访问速率)，用户可以使用standard ipaccess list来确定哪些进行访问(被访问)的IP的流量需要进行rate-limit，也可以用extended ip access list来确定哪些访问(被访问)的IP的协议类型流量(如HTTP，FTP)需要进行rate-limit。例如我们想限制用户到内部网站上浏览网页的速度，则可以采用如下的access list来定义流量。
随着IPv6的普及，有些地方如教育网IPv6和IPv4的流量基本已经相当，但在使用中会出现一些很奇怪的问题,同一个用户配置CAR限速10M流量。IPv6和IPv4各有10M流量进来，IPv4流量大部分正常转发，IPv6只有极少量报文转发出去，和预期的大致各有一半流量出去相差甚远，严重影响用户的IPv6使用体验。
发明内容
有鉴于此，本公开提供一种负载均衡方法、装置及电子设备、机器可读存储介质，以改善上述IPv4、IPv6负载不均衡的问题。
具体地技术方案如下：
本公开提供了一种负载均衡方法，应用于网络设备，所述方法包括：接收进行CAR动作的报文，获取所述报文的流量ID；根据流量ID查询对应的CAR状态记录；根据CAR状态记录对所述报文执行对应的操作，并更新CAR状态记录；所述CAR状态记录记录有流量的报文丢弃状态。
作为一种技术方案，所述接收报文，获取所述报文的流量ID，包括：根据报文的特征值，计算哈希值，根据哈希值获取流量ID；所述特征值包括IP协议类型和五元组信息。
作为一种技术方案，所述根据CAR状态记录对所述报文执行对应的操作，包括：若根据CAR状态记录，当前流量ID对应的报文丢弃状态为预设状态，则正常转发所述报文。
作为一种技术方案，所述报文丢弃状态包括所述报文对应的流量ID对应的报文丢弃次数，以及其他流量ID对应的报文丢弃次数。
本公开同时提供了一种负载均衡装置，应用于网络设备，所述装置包括：接收单元，接收进行CAR动作的报文，获取所述报文的流量ID；查询单元，根据流量ID查询对应的CAR状态记录；处理单元，根据CAR状态记录对所述报文执行对应的操作，并更新CAR状态记录；所述CAR状态记录记录有流量的报文丢弃状态。
作为一种技术方案，所述接收报文，获取所述报文的流量ID，包括：根据报文的特征值，计算哈希值，根据哈希值获取流量ID；所述特征值包括IP协议类型和五元组信息。
作为一种技术方案，所述根据CAR状态记录对所述报文执行对应的操作，包括：若根据CAR状态记录，当前流量ID对应的报文丢弃状态为预设状态，则正常转发所述报文。
作为一种技术方案，所述报文丢弃状态包括所述报文对应的流量ID对应的报文丢弃次数，以及其他流量ID对应的报文丢弃次数。
本公开同时提供了一种电子设备，包括处理器和机器可读存储介质，所述机器可读存储介质存储有能够被所述处理器执行的机器可执行指令，处理器执行所述机器可执行指令以实现前述的负载均衡方法。
本公开同时提供了一种机器可读存储介质，所述机器可读存储介质存储有机器可执行指令，所述机器可执行指令在被处理器调用和执行时，所述机器可执行指令促使所述处理器实现前述的负载均衡方法。
本公开提供的上述技术方案至少带来了以下有益效果：
通过分析触发CAR操作的报文的流量ID对应的报文丢弃状态，得知当前报文对应的流量通道和其他流量通道报文丢弃的数量和顺序，从而判断当前报文对应的流量通道是否是连续被丢弃，若是，则使当前报文能够被正常转发，从而实现负载均衡。
附图说明
为了更加清楚地说明本公开实施方式或者现有技术中的技术方案，下面将对本公开实施方式或者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公开中记载的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据本公开实施方式的这些附图获得其他的附图。
图1是本公开一种实施方式中的负载均衡方法的流程图；
图2是本公开一种实施方式中的负载均衡装置的结构图；
图3是本公开一种实施方式中的电子设备的硬件结构图.
具体实施方式
在本公开实施方式使用的术语仅仅是出于描述特定实施方式的目的，而非限制本公开。本公开和权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其它含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
应当理解，尽管在本公开实施方式可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本公开范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，此外，所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。
随着IPv6的普及，有些地方如教育网IPv6和IPv4的流量基本已经相当，但在使用中会出现一些很奇怪的问题,同一个用户配置CAR限速10M流量。IPv6和IPv4各有10M流量进来，IPv4流量大部分正常转发，IPv6只有极少量报文转发出去，和预期的大致各有一半流量出去相差甚远，严重影响用户的IPv6使用体验。
一种CAR实现是令牌桶算法，假如用户配置的平均发送速率为r，则每隔1/r秒一个令牌被加入到桶中；假设桶最多可以存发b个令牌。如果令牌到达时令牌桶已经满了，那么这个令牌会被丢弃；一个n个字节的数据包到达时，就从令牌桶中删除n个令牌，并且数据包被发送到网络；如果令牌桶中少于n个令牌，那么不会删除令牌，并且认为这个数据包在流量限制之外，一般做丢弃处理；算法允许最长b个字节的突发，但从长期运行结果看，数据包的速率被限制成常量r。
如果IPv4进来刚好把前面累加的令牌消耗殆尽，紧随其后的IPv6报文因为没有足够的令牌而丢弃。一旦IPv4和IPv6持续以这种先后顺序做CAR，就形成了IPv6大部分被丢弃，导致IPv6的使用体验非常差，而上网总流量还是保持在10M的水准。
把IPv4和IPv6抽象成流量a与流量b，只要流量a与流量b满足相关流量模型，现象是一样的；在数据备份存储，或服务器负载均衡做CAR限速都有可能遇到这个问题，所以需要有解决方案提升系统的可靠性和用户体验。
最常规的思路是流量a与流量b分别使用自己的CAR限速，如前述问题可以配置流量a和流量b分别限速5M保持互不干扰。但在流量a和流量b完全不均衡的场景,如流量a有8M流量，流量b只有2M,结果是流量a带宽不够用，流量b分配的带宽却闲置。
简单的配置流量a与流量b分别使用自己的CAR限速，流量不均衡的场景带宽利用缺陷非常明显，不超过总带宽却已开始丢包，导致用户无法使用到全部带宽。
有鉴于此，本公开提供一种负载均衡方法、装置及电子设备、机器可读存储介质，以改善上述IPv4、IPv6负载不均衡的问题。
具体地技术方案如后述。
本公开提供了一种负载均衡方法，应用于网络设备，所述方法包括：接收进行CAR动作的报文，获取所述报文的流量ID；根据流量ID查询对应的CAR状态记录；根据CAR状态记录对所述报文执行对应的操作，并更新CAR状态记录；所述CAR状态记录记录有流量的报文丢弃状态。
具体地，如图1，包括以下步骤：
步骤S11，接收进行CAR动作的报文，获取所述报文的流量ID。
步骤S12，根据流量ID查询对应的CAR状态记录。
步骤S13，根据CAR状态记录对所述报文执行对应的操作，并更新CAR状态记录。
通过分析触发CAR操作的报文的流量ID对应的报文丢弃状态，得知当前报文对应的流量通道和其他流量通道报文丢弃的数量和顺序，从而判断当前报文对应的流量通道是否是连续被丢弃，若是，则使当前报文能够被正常转发，从而实现负载均衡。
作为一种技术方案，所述接收报文，获取所述报文的流量ID，包括：根据报文的特征值，计算哈希值，根据哈希值获取流量ID；所述特征值包括IP协议类型和五元组信息。
作为一种技术方案，所述根据CAR状态记录对所述报文执行对应的操作，包括：若根据CAR状态记录，当前流量ID对应的报文丢弃状态为预设状态，则正常转发所述报文。
作为一种技术方案，所述报文丢弃状态包括所述报文对应的流量ID对应的报文丢弃次数，以及其他流量ID对应的报文丢弃次数。
流量a与流量b之一刚好与令牌消耗形成同步，导致被丢弃，从而导致技术问题存在。如果能够精确选择应该丢弃那条流量，则能控制两条流量的丢包率误差大小。根据这个思路，利用报文特征值，如IPv4/IPv6等标记和五元组计算得到的哈希值组合识别流量，对于连续出现两次或以上CAR红色丢弃的流量进行保护，采取措施尽量放过当前流量报文而强制丢弃另一个流量的报文。
具体地：
当前报文触发CAR操作的时候，读取CAR记录，CAR记录数据结构包括car_state和flow_id两个字段，car_state为CAR状态记录，flow_id为流量ID。
car_state的值为IDLE,表示初始态，一般系统初始化为0；
car_state的值为RED_ONE,表示最近一次红色丢弃为flow_id对应的流量；
car_state的值为RED_TWO,表示最近两次红色丢弃为flow_id对应的流量；
car_state的值为RED_2_SUB_1,表示flow_id对应的流量有连续两次红色丢弃之后，另外一条流量也有一次丢弃；
car_state的值为RED_2_SUB_2,表示flow_id对应的流量有连续两次红色丢弃之后，另外一条流量也有两次丢弃；
car_state的值为OTHER,表示其它状态，防止状态机挂死。
flow_id标识用来区分流量，可以是报文类型加五元组等特征值哈希得到的一个值。
如果CAR记录状态是IDLE，CAR结果是红色(代表应当CAR操作丢弃当前报文)则修改car_state为RED_ONE，并更新CAR记录flow_id为当前报文flow_id,当前报文标为丢弃；CAR结果是非红色(代表应当CAR操作正常处理报文)则不做特殊处理，走正常流程。
如果CAR记录状态是RED_ONE，CAR结果是红色,比较当前报文flow_id和CAR记录flow_id，相同则修改CAR记录car_state为RED_TWO，当前报文标为丢弃；如果flow_id不相同则更新CAR记录flow_id为当前报文flow_id,当前报文标为丢弃。CAR结果是非红色则不做特殊处理，走正常流程。
如果CAR记录状态是RED_TWO，CAR结果是红色,比较当前报文flow_id和CAR记录flow_id，相同则不修改CAR记录，当前报文标为正常转发；如果flow_id不相同则更新CAR记录car_state为RED_2_SUB_1，当前报文标为丢弃。CAR结果是非红色，比较当前报文flow_id和CAR记录flow_id，相同则不做特殊处理，走正常流程。如果flow_id不相同则更新CAR记录car_state为RED_2_SUB_1，当前报文标为丢弃。
如果CAR记录状态是RED_2_SUB_1，CAR结果是红色,比较当前报文flow_id和CAR记录flow_id，相同则不修改CAR记录，当前报文标为正常转发；如果flow_id不相同则更新CAR记录car_state为RED_2_SUB_2，当前报文标为丢弃。CAR结果是非红色，比较当前报文flow_id和CAR记录flow_id，相同则不做特殊处理，走正常流程。如果flow_id不相同则更新CAR记录car_state为RED_2_SUB_2，当前报文标为丢弃。
如果CAR记录状态是RED_2_SUB_2，CAR结果是红色则修改car_state为RED_ONE，并更新CAR记录flow_id为当前报文flow_id,标为丢弃。CAR结果是非红色则不做特殊处理，走正常流程。
如果CAR记录状态是OTHER，代表可能异常进入，为防止挂死，默认当作IDLE处理。CAR结果是红色则修改car_state为RED_ONE，并更新CAR记录flow_id为当前报文flow_id,标为丢弃。CAR结果是非红色则修改car_state为IDLE。
本公开同时提供了一种负载均衡装置，如图2，应用于网络设备，所述装置包括：接收单元21，接收进行CAR动作的报文，获取所述报文的流量ID；查询单元22，根据流量ID查询对应的CAR状态记录；处理单元23，根据CAR状态记录对所述报文执行对应的操作，并更新CAR状态记录；所述CAR状态记录记录有流量的报文丢弃状态。
作为一种技术方案，所述接收报文，获取所述报文的流量ID，包括：根据报文的特征值，计算哈希值，根据哈希值获取流量ID；所述特征值包括IP协议类型和五元组信息。
作为一种技术方案，所述根据CAR状态记录对所述报文执行对应的操作，包括：若根据CAR状态记录，当前流量ID对应的报文丢弃状态为预设状态，则正常转发所述报文。
作为一种技术方案，所述报文丢弃状态包括所述报文对应的流量ID对应的报文丢弃次数，以及其他流量ID对应的报文丢弃次数。
装置实施方式与方法实施方式相同或相似，在此不再赘述
在一种实施方式中，本公开提供了一种电子设备，包括处理器和机器可读存储介质，所述机器可读存储介质存储有能够被所述处理器执行的机器可执行指令，处理器执行所述机器可执行指令以实现前述的负载均衡方法，从硬件层面而言，硬件架构示意图可以参见图3所示。
在一种实施方式中，本公开提供了一种机器可读存储介质，所述机器可读存储介质存储有机器可执行指令，所述机器可执行指令在被处理器调用和执行时，所述机器可执行指令促使所述处理器实现前述的负载均衡方法。
这里，机器可读存储介质可以是任何电子、磁性、光学或其它物理存储装置，可以包含或存储信息，如可执行指令、数据，等等。例如，机器可读存储介质可以是：RAM(RadomAccess Memory，随机存取存储器)、易失存储器、非易失性存储器、闪存、存储驱动器(如硬盘驱动器)、固态硬盘、任何类型的存储盘(如光盘、dvd等)，或者类似的存储介质，或者它们的组合。
上述实施方式阐明的系统、装置、模块或单元，具体可以由计算机芯片或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。一种典型的实现设备为计算机，计算机的具体形式可以是个人计算机、膝上型计算机、蜂窝电话、相机电话、智能电话、个人数字助理、媒体播放器、导航设备、电子邮件收发设备、游戏控制台、平板计算机、可穿戴设备或者这些设备中的任意几种设备的组合。
为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种单元分别描述。当然，在实施本公开时可以把各单元的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。
本领域内的技术人员应明白，本公开的实施方式可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本公开可采用完全硬件实施方式、完全软件实施方式、或结合软件和硬件方面的实施方式的形式。而且，本公开实施方式可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本公开是参照根据本公开实施方式的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可以由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其它可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其它可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
而且，这些计算机程序指令也可以存储在能引导计算机或其它可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或者多个流程和/或方框图一个方框或者多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其它可编程数据处理设备上，使得在计算机或者其它可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其它可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
本领域技术人员应明白，本公开的实施方式可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本公开可以采用完全硬件实施方式、完全软件实施方式、或者结合软件和硬件方面的实施方式的形式。而且，本公开可以采用在一个或者多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(可以包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
以上所述仅为本公开的实施方式而已，并不用于限制本公开。对于本领域技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的权利要求范围之内。

Claims (6)

1.一种负载均衡方法，其特征在于，应用于网络设备，所述方法包括：
接收进行CAR动作的报文，获取所述报文的流量ID；
根据流量ID查询对应的CAR状态记录；
根据CAR状态记录对所述报文执行对应的操作，并更新CAR状态记录；
所述CAR状态记录记录有流量的报文丢弃状态；
其中，所述根据CAR状态记录对所述报文执行对应的操作，包括：
若根据CAR状态记录，当前流量ID对应的报文丢弃状态为预设状态，则正常转发所述报文；
所述报文丢弃状态包括所述报文对应的流量ID对应的报文丢弃次数，以及其他流量ID对应的报文丢弃次数。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取所述报文的流量ID，包括：
根据报文的特征值，计算哈希值，根据哈希值获取流量ID；
所述特征值包括IP协议类型和五元组信息。
3.一种负载均衡装置，其特征在于，应用于网络设备，所述装置包括：
接收单元，接收进行CAR动作的报文，获取所述报文的流量ID；
查询单元，根据流量ID查询对应的CAR状态记录；
处理单元，根据CAR状态记录对所述报文执行对应的操作，并更新CAR状态记录；
所述CAR状态记录记录有流量的报文丢弃状态；
其中，所述根据CAR状态记录对所述报文执行对应的操作，包括：
若根据CAR状态记录，当前流量ID对应的报文丢弃状态为预设状态，则正常转发所述报文；
所述报文丢弃状态包括所述报文对应的流量ID对应的报文丢弃次数，以及其他流量ID对应的报文丢弃次数。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述获取所述报文的流量ID，包括：
根据报文的特征值，计算哈希值，根据哈希值获取流量ID；
所述特征值包括IP协议类型和五元组信息。
5.一种电子设备，其特征在于，包括：处理器和机器可读存储介质，所述机器可读存储介质存储有能够被所述处理器执行的机器可执行指令，所述处理器执行所述机器可执行指令，以实现权利要求1-2任一所述的方法。
6.一种机器可读存储介质，其特征在于，所述机器可读存储介质存储有机器可执行指令，所述机器可执行指令在被处理器调用和执行时，所述机器可执行指令促使所述处理器实现权利要求1-2任一所述的方法。
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