JP6413543B2 - 負荷分散装置、サーバ、負荷分散システム、負荷分散プログラム - Google Patents

負荷分散装置、サーバ、負荷分散システム、負荷分散プログラム Download PDF

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本発明は、負荷分散装置、サーバ、負荷分散システム、負荷分散プログラムに関する。
サーバの負荷分散を図る技術として、例えば、クライアント及びサーバ間に、負荷分散装置(Load Balancer)を設け、当該負荷分散装置にネットワークアドレスの変換(NAT)を行わせる技術が知られている。また、下記特許文献1には、負荷分散装置が扱うサーバ群に同一のIPアドレスを持たせ、割り当てたコンピュータをMACアドレスに変換して特定し、これにより負荷分散装置におけるネットワークアドレス変換による負担を減少する技術が開示されている。
特開2004−118622号公報
しかしながら、上記技術を用いた場合であっても、セッション数が増加した場合には負荷分散装置が管理するセッション数が増加する。本発明は、サーバ・クライアント間のセッション数が増加しても負荷分散装置が管理するセッション数の増加が防止される負荷分散装置、サーバ、負荷分散システムを実現することを目的とする。
請求項1に記載のサーバは、端末装置と負荷分散装置を介して接続されるサーバであって、前記端末装置から送信されるパケットの確認番号に基づいて分散先のサーバを特定するサーバ特定ルールと、送信するデータのデータサイズとに基づいて、前記データサイズを調整したパケットを生成するパケット生成手段と、前記生成されたパケットを前記負荷分散装置に送信するサーバ側パケット送受信手段と、を含むことを特徴とする。
請求項2に記載のサーバは、請求項1に記載の発明において、前記パケット生成手段は、前記サーバ側パケット送受信部が受信したパケットが前記負荷分散装置からのセッション確立要求を表すパケットである場合は、前記サーバ特定ルールに基づいて、シーケンス番号を調整したパケットを生成する、ことを特徴とする。
請求項3に記載のサーバは、請求項2に記載の発明において、前記サーバは、更に、前記シーケンス番号を調整したパケットの送信を遅延させるパケット遅延手段を含むことを特徴とする。
請求項4に記載の負荷分散装置は、端末と複数のサーバとの間に接続される負荷分散装置であって、パケットを送受信する負荷分散装置側パケット送受信手段と、前記パケット送受信手段が前記端末から受信したパケットがセッション確立要求を表すパケットである場合には、前記負荷分散装置側パケット送受信手段に該パケットを前記複数のサーバに送信するよう指示するマルチキャスト送受信制御手段と、前記セッション確立後に、前記端末から送信されるパケットの分散先であるサーバを決定するサーバ決定ルールと、前記端末装置から受信したパケットに含まれる確認番号とに基づいて、前記パケットの分散先であるサーバを決定する分散先サーバ決定手段と、を含み、前記パケットに対して、前記複数のサーバのうち、最初に前記負荷分散装置が受信したセッション確立を確認する応答確認パケットを送信したサーバとセッションを確立前記マルチキャスト送受信制御手段は、前記複数のサーバのうち前記セッションを確立するサーバ以外のサーバにセッションの確立を破棄するパケットを送信するよう指示し、前記パケット送受信手段は、前記決定された分散先サーバに前記取得したパケットを送信する、ことを特徴とする。
請求項に記載の負荷分散システムは、端末と、複数のサーバ、前記端末と前記複数のサーバに接続される負荷分散装置とを含む負荷分散システムであって、前記負荷分散装置は、パケットを送受信する負荷分散装置側パケット送受信手段と、前記端末装置から送信されるパケットの分散先であるサーバを決定するサーバ決定ルールと、端末から受信したパケットに含まれる確認番号とに基づいて、前記パケットの分散先であるサーバを決定する分散先サーバ決定手段と、を含み、前記パケット送受信手段は、前記決定された分散先サーバに前記取得したパケットを送信し、前記各サーバは、前記サーバ特定ルールと、送信するデータのデータサイズとに基づいて、前記データサイズを調整したパケットを生成するパケット生成手段と、前記生成されたパケットを前記負荷分散装置に送信するサーバ側パケット送受信手段と、を含む、ことを特徴とする。
請求項に記載の負荷分散プログラムは、端末装置と、負荷分散装置と、前記負荷分散装置を介して前記端末装置と接続されるサーバを含むシステムの負荷分散プログラムであって、前記端末装置から送信されるパケットの確認番号に基づいて分散先のサーバを特定するサーバ特定ルールと、送信するデータのデータサイズとに基づいて、前記データサイズを調整したパケットを生成するパケット生成手段、及び、前記生成されたパケットを前記負荷分散装置に送信するサーバ側パケット送受信手段、としてコンピュータを機能させることを特徴とする。
請求項1、2、に記載の発明によれば、サーバ・クライアント間のセッション数
が増加しても負荷分散装置が管理するセッション数の増加が防止される。
請求項3に記載の発明によれば、請求項2に記載の発明と比較してより分散先として最適なサーバが選択される。
請求項4に記載の発明によれば、サーバの死活情報の管理が不要となる。
本発明の実施の形態における負荷分散システムの構成の概要について説明するための図である。 端末装置の構成の概要について説明するための図である。 負荷分散装置の機能的構成の一例について説明するための図である。 サーバの機能的構成の一例について説明するための図である。 端末装置とサーバとのセッションの確立及びデータ転送のシーケンスの概要の一例を示す図である。 サーバ側から送信するデータのデータ構造の概要の一例を示す図である。 本実施の形態における負荷分散装置の処理のフローの概要の一例を示す図である。 本実施の形態における負荷分散装置の処理のフローの概要の一例を示す図である。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、図面については、同一又は同等の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
図1は、本発明の実施の形態における負荷分散システムの構成の概要について説明するための図である。図1に示すように、負荷分散システム100は、負荷分散先であるサーバ101、負荷分散装置102、端末装置103を含む。
サーバ101は、例えば、プライベートネットワーク103を介して、負荷分散装置102に接続される。また、負荷分散装置102は、例えば、インターネット104を介して、端末装置103に接続される。なお、図1に示した負荷分散システム100の構成は一例であって、本実施の形態における負荷分散システム100はこれに限定されるものではない。例えば、図1においては、図示の簡略化のため負荷分散システム100が3のサーバ101及び3の端末装置103を有する場合を示しているが、その他の数のサーバ101や端末装置103を含むように構成してもよいことはいうまでもない。
図2は、端末装置の構成の概要について説明するための図である。図2に示すように、端末装置103は、制御部201、記憶部202、操作部203、表示部204、通信部205を含む。なお、各部201乃至205は内部バス206により互いに、接続される。
制御部201は、例えば、CPUであって、記憶部202に格納されたプログラムに従って動作する。
記憶部202は、例えば、ROMやRAM、ハードディスク等の情報記録媒体で構成され、制御部201によって実行されるプログラムを保持する情報記録媒体である。また、記憶部202は、制御部201のワークメモリとしても動作する。
なお、当該プログラムは、例えば、ネットワークを介して、ダウンロードされて提供されてもよいし、または、CD−ROMやDVD−ROM等のコンピュータで読み取り可能な各種の情報記録媒体によって提供されてもよい。
操作部203は、例えば、キーボード等のインターフェースで構成され、ユーザの指示操作に応じて、当該指示操作の内容を制御部201に出力する。表示部204は、例えば、液晶ディスプレイ、有機ELディスプレイ等であって、制御部201からの指示に従い、情報を表示する。通信部205は、負荷分散装置102と接続される。
サーバ101及び負荷分散装置102は、例えば、制御部、記憶部、通信部を含むが、各部の構成は上記制御部201、記憶部202、通信部205と同様であるので、説明を省略する。また、上記サーバ101、負荷分散装置102、端末装置103、負荷分散システム100の構成は、一例であって、本実施の形態は上記に限定されるものではない。
次に、本実施の形態における負荷分散装置102の機能的構成について説明する。図3は、本実施の形態における負荷分散装置の機能的構成の一例について説明するための図である。
図3に示すように、負荷分散装置(LB : Load Balancer)102は、LB側パケット送受信部301、LB側パケット判定部302、マルチキャスト送受信制御部303、サーバ特定ルール保持部304、分散先サーバ決定部305を含む。ここで、下記においては、一例として、いわゆるTCPプロトコルを用いて端末装置103及びサーバ101が通信を行う場合について説明する。
LB側パケット送受信部301は、端末装置103からパケットを受信する。また、後述するように、LB側パケット送受信部301は、各サーバ101からSYN・ACKパケットを取得する。更に、後述するように、LB側パケット送受信部301は、決定されたサーバ101にパケットを送信する。
LB側パケット判定部302は、受信されたパケットが新規セッションを要求するパケット(SYNパケット)であるか否かを判定する。
LB側パケット判定部302が、SYNパケットであると判定した場合には、マルチキャスト送受信制御部303は、当該SYNパケットを各サーバ101に送信(マルチキャスト送信)するよう指示し、当該指示に応じてLB側パケット送受信部301は、当該SYNパケットを各サーバ101に送信する。これに対し、LB側パケット送受信部301は、各サーバ101からSYN・ACKパケットを受信する。
また、マルチキャスト送受信制御部303は、最初のSYN・ACKパケットを採用し、当該SYN・ACKパケットを送信したサーバ101とセッションを確立する。更に、マルチキャスト送受信制御部303は、当該最初のSYN・ACKパケットを送信したサーバ101以外のサーバ101には、セッションの確立を破棄するパケット(RESET)を返す。上記のようにして、当該SYN・ACKパケットを送信したサーバ101とセッションを確立される。
一方、LB側パケット判定部302が、受信したパケットがSYNパケットでないと判定した場合には、当該パケットのACK番号(確認番号)及び後述するサーバ特定ルールに基づいて、分散先サーバ決定部305は、分散先のサーバ101を決定する。そして、LB側パケット送受信部301は、決定されたサーバ101に当該パケットを送信する。
ここで、サーバ特定ルール保持部304は、分散先のサーバ101を特定するためのサーバ特定ルールを保持する。具体的には、例えば、当該サーバ特定ルールとは、受信したパケットのACK番号が偶数であれば第1のサーバ101を表し、受信したパケットのACK番号が奇数であれば第2のサーバ101を表す等である。この場合、サーバ特定ルール保持部304は、例えば、ACK番号が偶数か奇数かを表す情報とサーバ101を識別する識別情報を関連付けて、テーブルの形式で保持する等である。なお、上記は一例であって、例えば、ある数で割った剰余によりサーバ101が決定される等他の形式の特定ルールにより3以上のサーバ101から1のサーバ101が特定されるように構成してもよいことはいうまでもない。
図4は、本実施の形態におけるサーバの機能的構成の一例について説明するための図である。図4に示すように、サーバ101は、主に、サーバ側パケット送受信部401、サーバ側パケット判定部402、パケット生成部403、サーバ特定ルール保持部404を含む。
サーバ側パケット送受信部401は、負荷分散装置102から、パケットを受信する。また、後述するように、サーバ側パケット送受信部401は、パケット生成部403により生成されたパケットを負荷分散装置102に送信する。
サーバ側パケット判定部402は、受信したパケットがSYNパケットか否かを判定する。そして、サーバ側パケット判定部402が、SYNパケットであると判定した場合には、パケット生成部403は、サーバ特定ルールに基づいて、シーケンス番号を調整したSYN・ACKパケットを生成し、負荷分散装置102に送信する。
一方、サーバ側パケット判定部402が、SYNパケットでないと判定した場合には、パケット生成部403は、送信すべきデータがあるか否かを判定する。そして、パケット生成部403は、送信すべきデータがあると判定した場合には、サーバ特定ルール及び送信するデータに基づいて、データサイズを調整したパケットを生成する。一方、パケット生成部403は、送信すべきデータがないと判定した場合には、セッション終了を行うことを表すパケットを生成する。なお、サーバ特定ルール保持部404は、負荷分散装置102と同じ分散先サーバ101を特定するためのルールを保持する。また、上記サーバ側パケット判定部402及びパケット生成部403におけるシーケンス番号やデータサイズの調整のより具体的な詳細については後述する。
次に、本実施の形態における負荷分散システム100のフローの概要の一例について説明する。まず、図5及び図6を用いて、本実施の形態における端末装置103とサーバ101との間の信号のフローの概要の一例について説明する。ここで、図5は、TCPプロトコルを用いた場合の、端末装置103とサーバ101とのセッションの確立及びデータ転送のシーケンスの概要の一例を示す。なお、図5において、左側が端末装置103側のシーケンス番号(Seq)及び確認番号(Ack)を示し、右側がサーバ101側のシーケンス番号(Seq)及び確認番号(Ack)を示す。
また、下記においては、理解の容易化の観点から、サーバ特定ルール保持部304、404が、受信したパケットのACK番号が偶数であれば第1のサーバ101(図5のサーバ101は第1のサーバを表すものとする)を表し、受信したパケットのACK番号が奇数であれば第2のサーバ101を表すというルールを保持している場合について説明する。また、当該サーバ101は、ACK番号が偶数で特定される場合(上記第1のサーバ)について説明する。
また、図6は、TCPプロトコルで通信する場合におけるサーバ101側から送信するデータのデータ構造の概要の一例を示す。なお、図6は、当該データフィールドのデータサイズが奇数(1+2+2+1394=1399)の場合を示す。また、下記においては、説明の簡略化のために、主にサーバ101と端末装置102間の信号のフローについて説明し、負荷分散装置102における処理のフローの詳細については後述する。
図5に示すように、まず、サーバ101は、端末装置103から、SYNパケットを受信する(S101)。この際におけるSYNパケットは、負荷分散装置102によりマルチキャスト送信されたSYNパケットであることは上記のとおりである。
サーバ101は、パケットのシーケンス番号が偶数の場合は1を加算したSYN・ACKパケットを端末装置103に返す(S102)。これにより、端末装置103側から送信する後述するACKパケットのACK番号が偶数となり、当該サーバ101に次のパケットが取得される。
次に、端末装置103は、SYN・ACKパケットのシーケンス番号に1を加算したACKパケット(ACK番号が偶数)を返信する。これによりサーバ101と端末装置103のセッションが確立される(S103)。このようにして、セッション確立シーケンスが行われる。
次に、データ転送シーケンスの概要について説明する。端末装置103は、データを含むパケット(Client Hello(103))をセッションが確立されたサーバ101に送信する(S104)。なお、このときのデータサイズは、例えば、図5にClient Hello(103)として示すように103バイトであるとする。
サーバ101は、これに対するACKパケットを送信する(S105)。
次に、サーバ101は、端末装置103に送信するデータサイズが奇数であるので(図5及び6に示す場合データサイズは1399バイト)、当該データサイズに1を加算したパケット(Server Hello(1399+1))を端末装置103に送信する(S106)。
具体的には、例えば、図6のTCPプロトコルで通信する場合のデータ構造の場合、当該データ構造におけるデータフィールドのデータサイズが1399であるので、図6に示すように、Padding(1バイト)をデータに追加したパケットを端末装置103に送信する。より具体的には、例えば、TCPのペイロードを直接変更せずに、Lengthが指定できるアプリケーションレイヤのpaddingを行う。なお、偶数の場合は、上記1を加算せずに当該データを含むパケットを端末装置103に送信することはいうまでもない。これにより、端末装置103からのパケットのACK番号が偶数となり、サーバ101に次のパケットが取得される。
これに対し、端末装置103は、ACKパケットを送信する(S107)。そして、引き続き次のパケットの送信等が行われるが、同様であるので、説明を省略する。なお、上記のフローは一例であって、本実施の形態は上記に限定されるものではない。
次に、本実施の形態における負荷分散装置102の処理のフローの一例について説明する。図7は、本実施の形態における負荷分散装置の処理のフローの概要の一例を示す図である。
図7に示すように、まず、LB側パケット送受信部301は、端末装置103からパケットを受信する(S201)。LB側パケット判定部302は、取得されたパケットが新規セッションを要求するパケット(SYNパケット)であるか否かを判定する(S202)。
S202で、LB側パケット判定部302が、SYNパケットであると判定した場合には、マルチキャスト送受信制御部303は、当該SYNパケットを各サーバ101に送信するよう指示し、当該指示に応じてLB側パケット送受信部301は、当該SYNパケットを各サーバ101に送信する(S203)。LB側パケット送受信部301は、各サーバ101からSYN・ACKパケットを取得する(S204)。
マルチキャスト送受信制御部303は、最初に受信したSYN・ACKパケットを採用し、当該SYN・ACKパケットを送信したサーバ101とセッションを確立する(S205)。
マルチキャスト送受信制御部303は、当該最初のSYN・ACKパケットを送信したサーバ101以外のサーバ101には、セッションの確立を破棄するパケットを返す(S206)。そして、S201に戻る。
一方、LB側パケット判定部302が、S203でSYNパケットでないと判定した場合には、当該パケットのACK番号及びサーバ特定ルールに基づいて、分散先サーバ決定部305は、分散先サーバ101を決定する(S207)。
LB側パケット送受信部301は、決定されたサーバ101に当該パケットを送信する(S208)。そして、S201に戻る。なお、上記負荷分散装置102のフローは一例であって、本実施の形態は上記に限定されるものではない。
次に、本実施の形態におけるサーバ101の処理のフローの概要の一例について説明する。図8は、本実施の形態における負荷分散装置の処理のフローの概要の一例を示す図である。
サーバ側パケット送受信部401は、負荷分散装置102から、パケットを取得する(S301)。サーバ側パケット判定部402は、取得したパケットがSYNパケットか否かを判定する(S302)。
S302で、サーバ側パケット判定部402が、SYNパケットであると判定した場合には、パケット生成部403は、サーバ特定ルールに基づいて、シーケンス番号を調整したSYN・ACKパケットを生成し、負荷分散装置102に送信する(S303)。そして、S301に戻る。
一方、S302でサーバ側パケット判定部402が、SYNパケットでないと判定した場合には、パケット生成部403は、送信すべきデータがあるか否かを判定する(S304)。
パケット生成部403は、送信すべきデータがある場合には、サーバ特定ルール及び送信するデータサイズに基づいて、データサイズを調整したパケットを生成し、サーバ側パケット送受信部401は、当該生成されたパケットを負荷分散装置102に送信する(S305)。そして、S301に戻る。
送信すべきデータがない場合には、セッション終了処理を行う(S306)。なお、セッション終了処理については、例えば、TCPプロトコルにおけるセッション終了処理が行われるが、周知であるので、説明を省略する。なお、上記サーバ101の処理のフローは一例であって、本実施の形態は上記に限定されるものではない。
本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、上記実施の形態で示した構成と実質的に同一の構成、同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成で置き換えてもよい。
例えば、上記においては、主に通信プロトコルとして、TCPプロトコルを用いる場合について説明したが、上記と同様の目的を達成することのできる限り、その他のプロトコルを用いた場合に適用してもよい。
また、上記実施の形態の変形例として、サーバ101にパケット遅延部(図示なし)を設け、サーバ101にパケット生成部403により生成されたSYN/ACKパケットの送信をサーバ101の負荷に応じて遅延させて、サーバ側パケット送受信部401により負荷分散装置102に送信するように構成してもよい。
100 負荷分散システム、101 負荷分散先であるサーバ、102 負荷分散装置、103 端末装置、201 制御部、202 記憶部、203 操作部、204 表示部、205 通信部、301 LB側パケット送受信部、302 LB側パケット判定部、303 マルチキャスト送受信制御部、304 サーバ特定ルール保持部、305 分散先サーバ決定部、401 サーバ側パケット送受信部、402 サーバ側パケット判定部、403 パケット生成部、404 サーバ特定ルール保持部。

Claims (6)

  1. 端末装置と負荷分散装置を介して接続されるサーバであって、
    前記端末装置から送信されるパケットの確認番号に基づいて分散先のサーバを特定するサーバ特定ルールと、送信するデータのデータサイズとに基づいて、前記データサイズを調整したパケットを生成するパケット生成手段と、
    前記生成されたパケットを前記負荷分散装置に送信するサーバ側パケット送受信手段と、
    を含むことを特徴とするサーバ。
  2. 前記パケット生成手段は、前記サーバ側パケット送受信部が受信したパケットが前記負荷分散装置からのセッション確立要求を表すパケットである場合は、前記サーバ特定ルールに基づいて、シーケンス番号を調整したパケットを生成する、
    ことを特徴とする請求項1記載のサーバ。
  3. 前記サーバは、更に、前記シーケンス番号を調整したパケットの送信を遅延させるパケット遅延手段を含むことを特徴とする請求項2記載のサーバ。
  4. 端末と複数のサーバとの間に接続される負荷分散装置であって、
    パケットを送受信する負荷分散装置側パケット送受信手段と、
    前記パケット送受信手段が前記端末から受信したパケットがセッション確立要求を表すパケットである場合には、前記負荷分散装置側パケット送受信手段に該パケットを前記複数のサーバに送信するよう指示するマルチキャスト送受信制御手段と、
    前記セッション確立後に、前記端末から送信されるパケットの分散先であるサーバを決定するサーバ決定ルールと、前記端末装置から受信したパケットに含まれる確認番号とに基づいて、前記パケットの分散先であるサーバを決定する分散先サーバ決定手段と、を含み、
    前記パケットに対して、前記複数のサーバのうち、最初に前記負荷分散装置が受信したセッション確立を確認する応答確認パケットを送信したサーバとセッションを確立
    前記マルチキャスト送受信制御手段は、前記複数のサーバのうち前記セッションを確立するサーバ以外のサーバにセッションの確立を破棄するパケットを送信するよう指示し、
    前記パケット送受信手段は、前記決定された分散先サーバに前記取得したパケットを送信する、
    ことを特徴とする負荷分散装置。
  5. 端末と、複数のサーバ、前記端末と前記複数のサーバに接続される負荷分散装置とを含む負荷分散システムであって、
    前記負荷分散装置は、
    パケットを送受信する負荷分散装置側パケット送受信手段と、
    前記端末装置から送信されるパケットの分散先であるサーバを決定するサーバ決定ルールと、端末から受信したパケットに含まれる確認番号とに基づいて、前記パケットの分散先であるサーバを決定する分散先サーバ決定手段と、を含み、
    前記パケット送受信手段は、前記決定された分散先サーバに前記取得したパケットを送信し、
    前記各サーバは、
    前記サーバ特定ルールと、送信するデータのデータサイズとに基づいて、前記データサイズを調整したパケットを生成するパケット生成手段と、
    前記生成されたパケットを前記負荷分散装置に送信するサーバ側パケット送受信手段と、を含む、
    ことを特徴とする負荷分散システム。
  6. 端末装置と、負荷分散装置と、前記負荷分散装置を介して前記端末装置と接続されるサーバを含むシステムの負荷分散プログラムであって、
    前記端末装置から送信されるパケットの確認番号に基づいて分散先のサーバを特定するサーバ特定ルールと、送信するデータのデータサイズとに基づいて、前記データサイズを調整したパケットを生成するパケット生成手段、及び、
    前記生成されたパケットを前記負荷分散装置に送信するサーバ側パケット送受信手段、
    としてコンピュータを機能させることを特徴とする負荷分散プログラム。
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