KR20030021114A - 부하분산기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 부하분산기에 관한 것으로서, 다수의 분산서버에 접속하는 클라이언트의 접속부하를 분산하여 중계하는 부하분산기에 있어서, 상기 분산서버의 물리적서버주소가 기록된 물리적서버주소필드를 갖는 서버할당DB와, 상기 클라이언트로부터 전송되는 패킷 중 일부를 해쉬함수의 입력값으로 하고, 상기 해쉬함수가 작동하여 생성된 해쉬값 중 전부 또는 일부를 추출하여 인덱스를 생성하는 인덱스생성모듈과, 상기 서버할당DB상에서 상기 인덱스와 동일한 엔트리의 물리적서버주소의 서버로 상기 클라이언트를 포워딩하는 포워딩모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 부하분산기는, 해쉬함수를 이용함으로써 클라이언트가 처음 접속한 서버에 계속 접속되도록 하며, 서버의 삭제나 증설시에 바로 새로운 서버에 접속되도록 하여 서비스응답시간을 줄일 수 있고, 연결설정 테이블을 생성하지 않고 연결관리 비용을 줄일 수 있으며, 구조를 단순화함으로써 대용량의 서버분산시스템에서도 간단하게 구현할 수 있는 효과가 있다.

Description

부하분산기{LOAD SHARING SYSTEM}

본 발명은 부하분산기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다수의 클라이언트가 접속하는 웹사이트의 부하를 분산시키기 위하여 다수의 분산서버로 구성하고, 상기 분산서버에 접속중계를 하는 부하분산기에 관한 것이다.

대한민국 공개특허 제2000-10호(출원번호 10-1998-47905호)에는 부하분산기에 클라이언트테이블과 웹서버테이블 등의 연결관계를 설정한 테이블을 두고, 상기 클라이언트테이블과 웹서버테이블을 검색하여 모든 클라이언트를 상기 클라이언트테이블에 등록하고, 웹서버테이블에는 접속한 클라이언트의 상태를 기록하여, 각 클라이언트가 접속될 때마다 패킷을 분석하여 이전에 접속했던 적이 있으며 그 서비스 후 현재까지 접속상태를 유지하고 있는 클라이언트는 이전의 접속을 재사용하여 바로 패킷을 전송시키고, 이전에 접속한 적이 없거나 웹서버가 없어진 상태인 것은 새로운 접속을 실시한 다음 패킷을 전송시키는 기술이 개시되어 있다.

그러나, 상기한 종래의 기술은 모든 클라이언트를 관리하는 클라이언트테이블이 필요하고, 브라우저상에서는 접속이 되어 있다하더라도 많은 시간이 경과하여 접속상태가 유지되지 않는 상황에서는 이전과 다른 서버에 연결되는 현상이 발생할 수 있으며, 상기 클라이언트를 처음으로 연결설정할 때 어떤 방법으로 부하를 분산시킬지에 대한 제시가 없어 어떻게 부하가 분산되는지에 대하여 의문이 있다. 또한, 기존의 서버에 부하가 가중되어 서버를 증설할 때에는 새로운 클라이언트가 접속하지 않는 한 종래의 클라이언트를 새로운 서버로 전환시킬 수 없어 부하가 분산되지 않는 등의 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 부하분산기에 물리적서버주소필드를 갖는 서버할당DB와 해쉬함수를 사용하여 목적지서버를 정하고, 클라이언트를 목적지서버로 포워딩하여 서버의 삭제나 증설시에 바로 다른 서버로 연결되도록 하는 부하분산기를 제공하고자 하는 것을 그 목적으로 한다.

도1은 본 발명에 따른 일실시예에 있어서 시스템 구성도.

도2는 본 발명에 따른 다른 실시예에 있어서 시스템 구성도.

도3은 본 발명에 따른 일실시예에 있어서 데이터의 흐름도.

도4는 본 발명에 따른 일실시예에 있어서 흐름도.

*** 도면의 주요부분에 대한 부호설명 ***

10. 클라이언트20. 웹서버30. 네트워크

40. 부하분산기42. 서버할당DB44. 인덱스생성모듈

46. 패킷변경모듈48. 포워딩모듈50. 캐쉬서버

100. 패킷102. 목적지MAC104. 소스MAC

106. 소스아이피108. 목적지아이피110. 소스포트

112. 목적지포트114. 데이터

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 부하분산기는, 다수의 분산서버에 접속하는 클라이언트의 접속부하를 분산하여 중계하는 부하분산기로서, 서버할당DB와 인덱스생성모듈과 포워딩모듈을 포함하고 있다.

서버할당DB는 일련번호(엔트리)에 따른 분산서버의 물리적서버주소가 기록되어 있다. 상기 일련번호(엔트리)는 중복되지 않는 정수로서, 1에서부터 n까지 또는 0에서부터 n-1까지 총 n개가 존재한다. 따라서 서버할당DB의 레코드는 n개이며, 물리적서버주소는 n번 기록되어 있다.

상기 분산서버의 갯수는 적어도 n보다는 적은 갯수인 것이 바람직하다. 예를들어, 상기 n이 16인 경우, 분산서버의 갯수가 16개를 넘는다면, 상기 서버할당DB의 물리적서버주소필드에는 기록되지 않는 분산서버가 생길 것이며, 기록되지 않은 분산서버에는 클라이언트로부터의 접속이 발생하지 않을 것이기 때문이다.

통상적으로는 상기 분산서버의 갯수보다 상기 n은 상당히 큰 수이다. 왜냐하면, 상기 분산서버는 각각의 서버의 성능이 다르므로 접속되는 클라이언트의 비율을 상기 분산서버의 성능비율대로 분산하기 위해서는 상기 n은 분산서버의 갯수보다 상당히 큰 수인 것이 바람직하다. 예를들면, 분산서버가 3개(서버1, 서버2, 서버3)이며, 성능비가 서버1:서버2:서버3 = 0.5:1:1.5라면, 상기 n을 8로 하는 경우에는 서버할당DB의 레코드 8개에 서버1, 서버2, 서버3의 물리적서버주소를 배정하면, 1:3:4로 배분을 하여야 하므로 성능과 비슷하게 분산하였다고 보기는 애매하다. 그러나 n이 256인 경우에는 43:85:128로 거의 0.5:1:1.5로 배분할 수 있다.

또한 상기 n은 2^m인(m은 정수)인 것이 바람직하다. 즉, n은 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256ㆍㆍㆍ인 것이 바람직하다. 왜냐하면, 상기 인덱스생성모듈에서 생성하는 인덱스는 해쉬함수의 출력값중 하위 m자리를 택하여 인덱스로 할 것이므로, 0부터 2^m-1까지 2^m개의 인덱스가 생성되므로 n은 2^m와 같은 것이 바람직하다.

상기 인덱스생성모듈은 해쉬함수를 포함하는 모듈로 인덱스를 생성하는 모듈이다. 상기 인덱스생성모듈은 상기 클라이언트로부터 전송되는 패킷 중 일부를 해쉬함수의 입력값으로 하고, 상기 해쉬함수가 작동하여 생성된 해쉬값 중 전부 또는 일부를 추출하여 인덱스를 생성한다.

여기서, "해쉬함수"란, 입력값의 모든 비트로부터 영향을 받도록 출력값(해쉬값)을 생성하는 함수이다. 상기 해쉬함수에 의해 출력된 해쉬값은 랜덤값을 추출한 것처럼 소정의 범위 내에서 고르게 분산되되, 동일한 입력값이 주어질때는 동일한 해쉬값이 생성된다. 해쉬함수에는, 입력값을 제곱한 후에 중간의 몇 비트를 취하여 해쉬값으로 하는 것으로 중간의 비트들은 입력되는 모든 비트들로부터 영향을 받으므로 해쉬값이 고르게 분산될 가능성이 높은 mid-square함수, 입력값을 서버할당DB의 레코드수로 나눈 나머지값을 해쉬값으로 하는 division함수 등이 있으며, 본 발명에서는 필요에 따라 적당한 해쉬함수를 선택하거나, 제작하여 사용할 수 있다. 또한, "패킷"이란, 클라이언트와 서버간에 통신을 하기 위하여 전송데이터를 일정한 길이로 묶어서 블록 단위로 한 것으로, 통상적으로 패킷에는 패킷번호, 발신원, 행선, 전송경로, 오류검사 등의 전송 제어 정보와 데이터가 포함된다.

상기 해쉬함수에 입력되는 입력값은, 클라이언트로부터 송출되는 다수의 패킷들 중에 공통적으로 존재하는 정보를 사용하는 경우에는 항상 해쉬값이 일정하므로, 소스아이피, 목적지아이피, 소스포트, 목적지포트 등을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 입력값은, 웹사이트의 웹서버들 또는 캐쉬서버들과, 네트워크의 사이에 설치된 부하분산기, 즉 서버쪽에서의 부하분산을 목적으로하는 부하분산기에서는 소스아이피 및/또는 소스포트를 사용하는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 목적지아이피 및/또는 목적지포트를 입력값으로 하는 경우에는, 접속하는 클라이언트들은 패킷에 동일한 목적지아이피를 가지고 있을 것이며, 목적지포트도 해쉬값이 고르게 분산될 정도로 다양하지 않기 때문이며, 소스아이피와 소스포트는 접속되는 클라이언트마다 모두 다르기 때문이다.

상기 입력값은, 클라이언트들과 라우터 사이에 설치된 부하분산기, 즉 클라이언트쪽에서의 외부접속을 줄이도록 캐쉬서버를 두는 부하분산기에서는 목적지아이피 및/또는 목적지포트를 사용하는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 목적지아이피 및/또는 목적지포트를 입력값으로 하는 경우에는, 어느 하나의 웹사이트에 대한 캐쉬내용은 어느 하나의 캐쉬서버에 집중적으로 캐쉬되어 있으므로, 캐쉬서버의 자원을 낭비하지 않기 때문이며, 소스아이피와 소스포트를 입력값으로 하는 경우에는 여러 캐쉬서버에 어느 하나의 웹사이트의 동일한 내용이 중복되어 캐쉬되어 있을 수 있기 때문이다.

상기 포워딩모듈은 상기 서버할당DB상에서 상기 인덱스와 동일한 엔트리의 물리적서버주소를 찾아서 상기 물리적서버주소에 해당하는 서버로 상기 클라이언트를 포워딩한다.

상기 포워딩모듈이 작동하기 전에 상기 패킷의 목적지주소를 상기 임시메모리에 저장된 물리적서버주소로 대체할 수도 있다. 상기 패킷의 목적지주소를 변경하는 것은 패킷변경모듈이 수행한다. 최초의 패킷의 목적지주소에는 가상의 물리적서버주소가 기재되어 있으며, 상기 패킷변경모듈이 상기 목적지주소를 변경시키므로써, 이후 재전송되는 패킷에는 실제 서버의 물리적서버주소가 기재되어 있으므로 이를 수정하지 않아도 된다.

상기 포워딩모듈은 실제 서버의 물리적서버주소가 기재된 목적지주소에 해당하는 서버로 포워딩한다.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명한다. 그러나, 이들 실시예는 예시적인 목적일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1:

도1, 도3, 도4는 본 발명에 따른 실시예1이다. 도1은 실시예1의 시스템 구성도이며, 도3은 데이터 흐름도, 도4는 흐름도이다.

본 발명에 의한 실시예1은 서버측에서의 부하분산방법으로 부하분산기는 서버와 네트워크를 연결한다.

도1을 살펴보면, 본 발명에 의한 실시예1의 부하분산기(40)는 분산서버(21~29)들과 네트워크(30)의 사이에 위치한다. 네트워크(30)에는 다수의 클라이언트(11~19)가 연결되어 분산서버(21~29)에 구축된 웹사이트에 접속한다.

클라이언트(10)는 필요에 따라 네트워크(30)을 통하여 웹사이트(20)에의 접속을 시도한다. 중간에 위치한 부하분산기(40)는 클라이언트(10)의 웹사이트(20)에의 접속요청신호(패킷)를 수신하여, 패킷에 포함된 데이터를 기반으로 인덱스생성모듈(44)을 가동하여 인덱스를 생성한다. 패킷변경모듈(46)은 생성된 인덱스에 해당하는 물리적서버주소를 서버할당DB(42)로부터 추출하여, 패킷의 목적지주소를 상기 물리적서버주소로 대체한다. 포워딩모듈(48)은 클라이언트(10)을 패킷의 목적지주소에 기재된 물리적서버주소에 해당하는 서버로 포워딩한다.

도1에서의 데이터의 흐름을 좀 더 상세히 설명하기 위하여 도3을 참조한다.

도3을 살펴보면, 클라이언트(10)가 웹사이트(20)에 접속하기 위하여 네트워크(30)을 통하여 패킷(100)을 송신한다. 패킷(100)은 목적지주소(102),소스주소(104), 소스아이피(106), 목적지아이피(108), 소스포트(110), 목적지포트(112) 및 기타 데이터(114)를 포함하고 있다. 도3의 패킷에서는 목적지주소(102)와 소스주소(104)는 48bit이며, 소스아이피(106)와 목적지아이피(108)는 32bit, 소스포트(110)와 목적지포트(112)는 16bit이다.

인덱스생성모듈(44)은 전송된 패킷(100)의 소스아이피(106)와 소스포트(110)은 추출(총 48bit)하여 해쉬함수를 거치고, 해쉬함수를 거쳐 생성된 출력값인 해쉬값(48bit)의 일부를 다시 추출하여 인덱스를 생성한다. 여기서는 해쉬값(48bit)의 하위 8bit를 추출한다. 여기서는 생성된 인덱스를 63(해쉬값의 하위8bit를 10진수로 바꾼 값)이라고 가정한다. 상기 인덱스는 소스아이피(106)와 소스포트(110)가 변동되지 않는다면 동일하게 63이 생성된다.

패킷변경모듈(46)은 서버할당DB(42)에서 63엔트리에 해당하는 서버1의 물리적서버주소값인 111100001111ㆍㆍㆍ을 가져다, 패킷(100)의 목적지주소(102)를 대체한다.

여기서, 서버할당DB(42)의 물리적서버주소필드에는 서버1(21), 서버2(22), 서버3(23)의 서버성능에 따라 분배되어 있으며, 각 서버의 성능은 각각 1:1:2로 가정하였다. 또한, 서버1(21)의 물리적주소는 111100001111ㆍㆍㆍ, 서버2(22)의 물리적주소는 111100000000ㆍㆍㆍ, 서버3(23)의 물리적주소는 000000000000ㆍㆍㆍ로 가정하였다.

포워딩모듈(48)은 클라이언트(10)을 수정된 패킷(100)의 목적지주소(102)의 물리적서버주소 (111100001111ㆍㆍㆍ)에 해당하는 서버1(21)에 포워딩한다.

본 발명에 의한 부하분산기(40)는, 패킷변경모듈(46)이 없는 상태에서도 작동이 가능한 바, 상기 패킷변경모듈(46)이 없는 경우에는 상기 포워딩모듈(48)은 클라이언트(10)를 서버할당DB(42)에서 63엔트리에 해당하는 서버1의 물리적서버주소값인 111100001111ㆍㆍㆍ로 바로 포워딩한다.

서버의 증설과 감축시의 본 발명에 의한 부하분산기(40)의 작동을 설명한다.

서버의 감축을 살펴보자. 예를들어 서버1(21)이 다운되었다고 가정하자. 서버1(21)의 다운을 확인한 운영자는 서버할당DB(42)의 엔트리0부터 엔트리63까지의 물리적서버주소를 서버2(22)와 서버3(23)의 성능비에 따라, 엔트리0부터 엔트리20까지는 서버2(22)의 물리적서버주소로 대체하고, 엔트리21부터 엔트리63까지는 서버3(23)의 물리적서버주소로 대체하여 저장한다.

서버의 증설을 살펴보자. 예를들어 서버4(24)가 새로 증설되었다고 가정하자. 물론 서버4(24)에는 서버1(21)내지 서버3(23)과 동일한 내용이 탑재되어 있다. 서버4(24)의 성능은 서버3(23)의 성능과 동일하다고 가정하자. 이 경우에는

서버1:서버2:서버3:서버4 = 1:1:2:2 로 되며, 따라서 엔트리43~엔트리63은 서버1의 물리적서버주소에서 서버4의 물리적서버주소로, 엔트리107~엔트리127은 서버2의 물리적서버주소에서 서버4의 물리적서버주소로, 엔트리213~엔트리255는 서버3의 물리적서버주소에서 서버4의 물리적서버주소로 대체하여 저장한다.

상기와 같이, 서버의 감축이나 증설시에 서버할당DB(42)만을 약간 수정하여 저장하므로써, 클라이언트의 웹사이트에의 연결이 유지된다.

상기 방법이외에도 보다 작은단위 예를들면, 엔트리의 처음부터 3개단위로 서버를 배정할 수도 있으며, 서버의 성능비를 유지하는 것이 바람직하다.

상기 도1의 시스템구성 및 도3의 데이터흐름을 단계별로 살펴보면 도4와 같다.

도4를 살펴보면, 본 발명에 의한 부하분산기에서의 부하분산방법은, 클라이언트가 네트워크를 통하여 부하분산기로 패킷을 전송하는 단계(S1)와, S1단계에서 전송된 패킷중에서 소스아이피와 소스포트번호를 해슁하는 단계(S2)와, S2단계에서 해슁의 결과 발생한 해쉬값중에서 일부를 취하여 인덱스를 생성하는 단계(S3)와, S3단계에서 생성된 인덱스에 대응되는 엔트리의 물리적서버주소를 추출하는 단계(S4)와, S1단계에서 전송된 패킷의 목적지주소를 S4단계에서 추출한 물리적서버주소로 대체하는 단계(S5)와, S5단계에서 생성된 새로운 패킷의 목적지주소에 기재된 물리적서버주소에 해당하는 서버로 클라이언트를 포워딩하는 단계(S6)로 구성된다.

실시예 2:

도2는 본 발명에 따른 실시예2에 있어서 시스템 구성도이다.

본 발명에 의한 실시예2는 클라이언트측에서의 부하분산방법으로 부하분산기는 클라이언트와 네트워크를 연결한다.

도2를 살펴보면, 본 발명에 의한 실시예2의 부하분산기(40)는 네트워크(30)에 연결되는 라우터(도면부호 미표시)와 클라이언트(11~19)의 사이에 위치하며, 다수의 캐쉬서버(51~59)와 연결된다.

실시예2는 통상의 인트라넷에서 외부 웹사이트로의 트래픽을 줄이기 위한 방법으로 사용하는 캐쉬서버에서 사용한다.

인트라넷 내부에서의 클라이언트(10)는 라우터(도면부호 미표시)와 네트워크(30)를 통하여 웹사이트(20)에의 접속을 시도한다. 그러나, 클라이언트(10)가 많은 인트라넷에서는 라우터와 네트워크(30)을 연결하는 회선의 트래픽이 심하며, 이를 해소하기 위해서 캐쉬서버(50)를 다수개 연결하여, 웹사이트(20)의 내용을 캐쉬서버(50)에 캐쉬해 놓고, 클라이언트(10)가 정보를 요구하는 경우에 해당정보를 상기 캐쉬서버(50)에서 상기 클라이언트(10)로 바로 보내줄 수 있도록 한다.

예를들면, 특정 웹사이트(20)의 정보가 캐쉬서버(51)에 저장되어 있다고 가정하자. 어느 하나의 클라이언트(11)로부터 특정 웹사이트(20)의 정보를 요청받았을 때, 라우터와 네트워크(30)를 통하여 웹사이트(20)에 접속하지 않고, 내부의 캐쉬서버(51)에서 클라이언트(11)가 요청한 내용을 클라이언트(11)로 보내준다.

실시예2에서의 부하분산기(40)는 실시예1과 동일한 인덱스생성모듈(44)을 갖고 있으나, 인덱스생성모듈(44)은 실시예1과는 달리 클라이언트(10)로부터 전송되는 패킷의 목적지아이피주소(108)와 목적지포트번호(112)를 이용하여 인덱스를 생성한다. 캐쉬서버(50)의 갯수가 적은 경우에는 캐쉬서버자원의 절약을 위하여, 어느하나의 웹사이트(20)의 캐쉬내용은 어느 하나의 캐쉬서버(50)에만 위치하는 것이바람직하므로, 상기 인덱스생성모듈(44)은 목적지아이피주소(108)만을 이용하여 인덱스를 생성하는 것이 바람직하다.

클라이언트(10)가 요청한 자료가 캐쉬서버(50)에 없는 경우에, 캐쉬서버(50)는 부하분산기(40)와 라우터와 네트워크(30)를 통하여 해당 웹사이트(20)에 접속하여 자료를 받아 캐쉬서버(50)에 캐쉬시켜놓고, 그 내용을 클라이언트(10)에 전송한다.

서버할당DB(42)에서의 물리적서버주소는 캐쉬서버(51~59) 중 어느하나의 물리적서버주소이며, 포워딩모듈은 클라이언트(10)를 캐쉬서버(50)로 포워딩한다.

당업자라면, 실시예2에서의 데이터의 흐름이나 단계별흐름은 실시예1과 동일한 개념이므로 수월하게 구성할 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 해쉬함수를 이용함으로써 클라이언트가 처음 접속한 서버에 계속 접속되도록 하며, 서버의 삭제나 증설시에 바로 새로운 서버에 접속되도록 하여 서비스응답시간을 줄일 수 있고, 연결설정 테이블을 생성하지 않으므로서 연결관리 비용을 줄일 수 있으며, 구조를 단순화하고 대용량의 서버분산시스템에서도 간단하게 구현할 수 있는 부하분산기를 제공하는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 다수의 분산서버에 접속하는 클라이언트의 접속부하를 분산하여 중계하는 부하분산기에 있어서,

   상기 분산서버의 물리적서버주소가 기록된 물리적서버주소필드를 갖는 서버할당DB와;

   상기 클라이언트로부터 전송되는 패킷 중 일부를 해쉬함수의 입력값으로 하고, 상기 해쉬함수가 작동하여 생성된 해쉬값 중 전부 또는 일부를 추출하여 인덱스를 생성하는 인덱스생성모듈과;

   상기 서버할당DB상에서 상기 인덱스와 동일한 엔트리의 물리적서버주소의 서버로 상기 클라이언트를 포워딩하는 포워딩모듈;을 포함하는 부하분산기.
2. 제1항에 있어서,

   상기 패킷의 목적지주소를 상기 인덱스에 해당하는 엔트리의 물리적서버주소로 대체하는 패킷변경모듈;을 추가로 가지는 부하분산기.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 입력값은,

   상기 패킷의 소스아이피주소와 소스포트번호인 것을 특징으로 하는 부하분산기.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 입력값은,

   상기 패킷의 목적지아이피주소와 목적지포트번호인 것을 특징으로 하는 부하분산기.