CN113938519A - 一种基于软硬件结合的网络流量负载均衡方法及系统 - Google Patents
一种基于软硬件结合的网络流量负载均衡方法及系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于软硬件结合的网络流量负载均衡方法及系统,通过获取数据报文,配置TRUNK接口中成员接口数;利用TRUNK接口接收数据报文,并进行ACL规则配置,得到配置后的数据报文;然后利用RTAG7算法结合配置后的数据报文得到成员出接口引索,完成数据报文的配对,实现网络流量均衡;本发明通过交换芯片的链接聚合功能,将报文散列到各个处理器绑定的接收队列上去,充分利用多核处理的性能,减少处理器之间的竞争问题,避免性能的损失,实现流量的负载均衡。
Description
技术领域
本发明涉及数据网络通信技术领域,具体涉及一种基于软硬件结合的网络流量负载均衡方法及系统。
背景技术
随着网络技术的发展,骨干网络中的数据流量也急剧增加,对通信设备的处理能力要求也越来越高。在单核处理器性能提升逐渐到达瓶颈后,通信网络中的设备逐渐采用多核处理器来提高数据处理能力。但多个处理器之间对于报文的收发往往存在竞争的问题,可能导致部分处理器占用率高发生堵塞而部分处理在空转的情况。
链路聚合组Link Aggregation Group(LAG)又称为Trunk Group,通过将多个接口通过捆绑组成一个逻辑接口,在数据通信领域较为常见。通过该技术,可以提高带宽,实现流量均摊。同时,也提供了链路的冗余备份。链路聚合组中为了将数据报文散列开来,通常使用RTAG算法,对提取到的报文信息进行HASH计算,得到成员接口的索引。
RTAG算法计算HASH的方式可分为以下几种:
1)RTAG0:不提取报文的任何信息,用于HASH计算的字段值设置为0,HASH计算后得到的结果也是为0;
2)RTAG1:提取报文的SMAC,VLAN ID,ETHER TYPE以及SPORT来计算HASH;
3)RTAG2:提取报文的DMAC,VLAN ID,ETHER TYPE以及SPORT来计算HASH;
4)RTAG3:提取报文的SMAC,DMAC,VLAN ID,ETHER TYPE以及SPORT来计算HASH;
5)RTAG4:提取报文的SIP以及L4SPORT来计算HASH;
6)RTAG5:提取报文的DIP以及L4DPORT来计算HASH;
7)RTAG6:提取报文的SIP,DIP,TCP SPORT以及TCP DPORT来计算HASH;
8)RTAG7:提取报文的五元组信息(SIP,DIP,IP PROTOCOL,L4 SPORT,L4 DPORT)来计算HASH。
发明内容
针对现有技术中的上述不足,本发明提供了一种基于软硬件结合的网络流量负载均衡方法及系统。
为了达到上述发明目的,本发明采用的技术方案为:
一方面,一种基于软硬件结合的网络流量负载均衡方法,包括以下步骤:
S1、获取数据报文;
S2、配置TRUNK接口中成员接口数;
S3、利用TRUNK接口接收数据报文,并进行ACL规则配置,得到配置后的数据报文;
S4、利用RTAG7算法结合配置后的数据报文得到成员出接口引索;
S5、根据成员出接口索引对配置后的数据报文进行匹配,进行网络流量均衡。
进一步地,步骤S2具体包括以下分步骤:
S21、根据交换芯片管理程序创建TRUNK接口,并添加预设数量虚拟接口作为TRUNK接口的初始成员接口,得到初始成员接口数;
S22、设置匹配交换芯片的ACL规则,将接入口流量引流到TRUNK接口;
S23、建立交换芯片管理程序与中央处理器将的进程间通信,获得交换芯片管理程序间转发使能的接收队列数;
S24、根据接收队列数调整初始成员接口数;
S25、判断调整后的初始成员接口数是否大于预设数量虚拟接口,若大于则添加相应数量的成员接口到TRUNK接口,否则删除TRUNK接口相应数量的成员接口数,完成TRUNK接口中成员接口数的配置。
该进一步方案的有益效果为:
通过交换芯片管理程序与转发进程之间建立进程间通信,交换芯片管理程序可以获取到转发进程中使能的收发队列数。然后根据获取到的队列数来动态调整TRUNK接口中成员接口的数量。
进一步地,步骤S24中根据接收队列数调整初始成员接口数的表达式为:
N=(Nmax/m)*m
其中,N为调整后的初始成员接口数,Nmax是交换芯片最大支持的TRUNK成员接口数,取值的最大阈值取决于交换芯片的具体型号,m为转发进程的接收队列数。
该进一步方案的有益效果为:
根据获取到的收发队列数,通过公式计算,得到最佳数量的TRUNK接口成员数。和预设的接口成员数对比,适当的增加或减少TRUNK接口成员数量,保持成员接口数是收发队列数的整数倍。
进一步地,步骤S3具体为:
利用TRUNK接口接收数据报文,并提取数据报文的入接口信息,根据入接口信息匹配ACL规则,并执行该ACL规则对应指令,将数据报文重新定向到TRUNK接口中。
该进一步方案的有益效果为:
通过预设好的ACL规则,能够将不同接口进入交换芯片的报文,汇聚到同一个TRUNK接口。为后续交换芯片将报文散列到不同的出接口做准备。
进一步地,步骤S4具体为:
交换芯片利用RTAG7法根据配置后的数据报文内五元组信息进行HASH计算,得到成员出接口索引。
该进一步方案的有益效果为:
通过对数据报文计算HASH,能够有效的将报文散列到各个成员出接口,避免数据报文都被送到同一个队列,导致收发性能低下。
进一步地,步骤S5具体为:
根据成员出接口索引,查询TRUNK接口的成员接口与转发程序的接收队列之间的映射关系表,确定数据报文的接收队列,完成对配置后的数据报文的匹配。
第二方面,一种基于软硬件结合的网络流量负载均衡系统,包括:
数据报文采集模块,用于获取数据报文;
成员接口配置模块,用于创建TRUNK接口,并配置TRUNK接口中成员接口;
数据报文配置模块,用于利用TRUNK接口接收数据报文,并进行ACL规则配置,得到配置后的数据报文;
成员出接口索引构建模块,用于利用RTAG7算法结合配置后的数据报文得到成员出接口索引;
数据报文匹配模块,用于根据成员出接口索引对配置后的数据报文进行匹配,进行网络流量均衡。
第三方面,一种基于软硬件结合的网络流量负载均衡设备,包括:
存储器,用于存储计算机程序;
处理器,用于执行所述计算机程序时实现上述的基于软硬件结合的网络流量负载均衡方法的步骤。
第四方面,一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时实现上述的基于软硬件结合的网络流量负载均衡方法的步骤。
本发明具有以下有益效果:
通过获取数据报文,配置TRUNK接口中成员接口数;利用TRUNK接口接收数据报文,并进行ACL规则配置,得到配置后的数据报文;然后利用RTAG7算法结合配置后的数据报文得到成员出接口引索,完成数据报文的配对,实现网络流量均衡;本发明通过交换芯片的链接聚合功能,将报文散列到各个处理器绑定的接收队列上去,充分利用多核处理的性能,减少处理器之间的竞争问题,避免性能的损失,实现流量的负载均衡。
附图说明
图1为本发明提供的一种基于软硬件结合的网络流量负载均衡方法的步骤流程图;
图2为本发明提供的一种基于软硬件结合的网络流量负载均衡方法的结构示意图;
图3为本发明中步骤S2的分步骤流程图;
图4为本发明中交换芯片管理程序与转发程序的动态交互图;
图5为本发明提供的一种基于软硬件结合的网络流量负载均衡系统的结构示意图;
图6为本发明提供的一种基于软硬件结合的网络流量负载均衡设备的结构示意图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述,以便于本技术领域的技术人员理解本发明,但应该清楚,本发明不限于具体实施方式的范围,对本技术领域的普通技术人员来讲,只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内,这些变化是显而易见的,一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
如图1,图2所示,本发明实施例中提供了一种基于软硬件结合的网络流量负载均衡方法,包括以下步骤S1至步骤S5:
S1、获取数据报文;
实际中,数据报文适用于交换芯片和中央处理器CPU上运行的转发程序之间进行数据交互。
如图3所示,本发明实施例中,步骤S2具体为:
S21、根据交换芯片管理程序创建TRUNK接口,并添加预设数量虚拟接口作为TRUNK接口的初始成员接口,得到初始成员接口数;
实际中,通过对交换芯片的初始化,利用交换芯片管理程序创建TRUNK接口,然后根据预设数量虚拟接口作为TRUNK接口的初始成员接口,得到初始成员接口数。
S22、设置匹配交换芯片的ACL规则,将接入口流量引流到TRUNK接口;
实际中,利用交换芯片的交换芯片管理程序提供的API接口,为每一个入接口创建ACL规则,用于匹配流量的入接口,当数据报文匹配ACL规则后,则根据ACL规则对应的重定向指令,将流量重定向到创建的TRUNK接口中。
S23、建立交换芯片管理程序与中央处理器的进程间通信,获得交换芯片管理程序间转发使能的接收队列数;
实际上,建立交换芯片上交换芯片管理程序与中央处理器CPU上运行的转发程序间的进程间通信,得到转发使能的接收队列数。
S24、根据接收队列数调整初始成员接口数;
本发明实施例中,步骤S24中根据接收队列数调整初始成员接口数的表达式为:
N=(Nmax/m)*m
其中,N为调整后的初始成员接口数,Nmax为交换芯片最大支持的TRUNK成员接口数,取值的最大阈值取决于交换芯片的具体型号,m为转发进程的接收队列数,其中0<m。
实际中,不同信号的交换芯片可提供不同数量的内部虚拟接口,需要确保TRUNK中成员接口数小于交换芯片所能提供的最大内部虚拟接口数量,以保证流量的均匀性。
S25、判断调整后的初始成员接口数是否大于预设数量虚拟接口,若大于则添加相应数量的成员接口到TRUNK接口,否则删除TRUNK接口相应数量的成员接口数,完成TRUNK接口中成员接口数量的配置。
如图4所示,交换芯片管理程序负责管理交换芯片上的相关配置,其中包括了ACL规则的添加和删除,TRUNK接口的创建和删除,以及TRUNK成员接口的添加和删除,通过交换芯片管理程序与转发进程之间建立进程间通信,交换芯片管理程序可以获取到转发进程中使能的收发队列数。然后根据获取到的队列数来动态调整TRUNK接口中成员接口的数量,确保TRUNK接口中成员接口数量为使能的队列数的整数倍。
S3、利用TRUNK接口接收数据报文,并进行ACL规则配置,得到配置后的数据报文;
本发明实施例中,步骤S3具体为:
利用TRUNK接口接收数据报文,并提取数据报文的入接口信息,根据入接口信息匹配ACL规则,并执行该ACL规则对应指令,将数据报文重新定向到TRUNK接口中。
S4、利用RTAG7算法结合配置后的数据报文得到成员出接口引索;
本发明实施例中,交换芯片利用RTAG7法根据配置后的数据报文内五元组信息进行HASH计算,得到成员出接口索引。
S5、根据成员出接口索引对配置后的数据报文进行匹配,进行网络流量均衡。
本发明实施例中,步骤S5具体为:
根据成员出接口索引,查询TRUNK接口的成员接口与转发程序的接收队列之间的映射关系表,确定数据报文的接收队列,完成对配置后的数据报文的匹配。
如图5所示,一种基于软硬件结合的网络流量负载均衡系统,包括:
数据报文采集模块,用于获取数据报文;
成员接口配置模块,用于创建TRUNK接口,并配置TRUNK接口中成员接口;
数据报文配置模块,用于利用TRUNK接口接收数据报文,并进行ACL规则配置,得到配置后的数据报文;
成员出接口索引构建模块,用于利用RTAG7算法结合配置后的数据报文得到成员出接口索引;
数据报文匹配模块,用于根据成员出接口索引对配置后的数据报文进行匹配,进行网络流量均衡。
本发明实施例提供的基于软硬件结合的网络流量负载均衡系统具有上述基于软硬件结合的网络流量负载均衡方法的有益效果。
如图6所示,一种基于软硬件结合的网络流量负载均衡设备,包括:
存储器,用于存储计算机程序;
处理器,用于执行所述计算机程序时实现上述的基于软硬件结合的网络流量负载均衡方法的步骤。
本发明实施例提供的基于软硬件结合的网络流量负载均衡设备具有上述基于软硬件结合的网络流量负载均衡方法的有益效果。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时实现上述的基于软硬件结合的网络流量负载均衡方法的步骤。
本发明实施例提供的计算机可读存储介质具有上述基于软硬件结合的网络流量负载均衡方法的有益效果。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、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、嵌入式处理机或其他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他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。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他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多个流程和/或方框图一个方框或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他可编程数据处理设备上,使得在计算机或其他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,从而在计算机或其他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。
本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处,综上所述,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
本领域的普通技术人员将会意识到,这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理,应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合,这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种基于软硬件结合的网络流量负载均衡方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1、获取数据报文;
S2、配置TRUNK接口中成员接口数;
S3、利用TRUNK接口接收数据报文,并进行ACL规则配置,得到配置后的数据报文;
S4、利用RTAG7算法结合配置后的数据报文得到成员出接口引索;
S5、根据成员出接口索引对配置后的数据报文进行匹配,进行网络流量均衡。
2.根据权利要求1所述的基于软硬件结合的网络流量负载均衡方法,其特征在于,步骤S2具体为:
S21、根据交换芯片管理程序创建TRUNK接口,并添加预设数量虚拟接口作为TRUNK接口的初始成员接口,得到初始成员接口数;
S22、设置匹配交换芯片的ACL规则,将接入口流量引流到TRUNK接口;
S23、建立交换芯片管理程序与中央处理器的进程间通信,获得转发使能的接收队列数;
S24、根据接收队列数调整初始成员接口数;
S25、判断调整后的初始成员接口数是否大于预设数量虚拟接口,若大于则添加相应数量的成员接口到TRUNK接口,否则删除TRUNK接口相应数量的成员接口数,完成TRUNK接口中成员接口数的配置。
3.根据权利要求2所述的基于软硬件结合的网络流量负载均衡方法,其特征在于,步骤S24中根据接收队列数调整初始成员接口数的表达式为:
N=(Nmax/m)*m
其中,N为调整后的初始成员接口数,Nmax为交换芯片最大支持的TRUNK成员接口数,m为转发进程的接收队列数。
4.根据权利要求1所述的基于软硬件结合的网络流量负载均衡方法,其特征在于,步骤S3具体为:
利用TRUNK接口接收数据报文,并提取数据报文的入接口信息,根据入接口信息匹配ACL规则,并执行该ACL规则对应指令,将数据报文重新定向到TRUNK接口中。
5.根据权利要求1所述的基于软硬件结合的网络流量负载均衡方法,其特征在于,步骤S4具体为:
交换芯片利用RTAG7法根据配置后的数据报文内五元组信息进行HASH计算,得到成员出接口索引。
6.根据权利要求1所述的基于软硬件结合的网络流量负载均衡方法,其特征在于,步骤S5具体为:
根据成员出接口索引,查询TRUNK接口的成员接口与转发程序的接收队列之间的映射关系表,确定数据报文的接收队列,完成对配置后的数据报文的匹配。
7.一种基于软硬件结合的网络流量负载均衡系统,其特征在于,包括:
数据报文采集模块,用于获取数据报文;
成员接口配置模块,用于创建TRUNK接口,并配置TRUNK接口中成员接口;
数据报文配置模块,用于利用TRUNK接口接收数据报文,并进行ACL规则配置,得到配置后的数据报文;
成员出接口索引构建模块,用于利用RTAG7算法结合配置后的数据报文得到成员出接口索引;
数据报文匹配模块,用于根据成员出接口索引对配置后的数据报文进行匹配,进行网络流量均衡。
8.一种基于软硬件结合的网络流量负载均衡设备,其特征在于,包括:
存储器,用于存储计算机程序;
处理器,用于执行所述计算机程序时实现如权利要求1至6任一项所述的基于软硬件结合的网络流量负载均衡方法的步骤。
9.一种计算机可读存储介质,其特征在于,所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6任一项所述的基于软硬件结合的网络流量负载均衡方法的步骤。
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