SE507720C2 - Arrangemang för lastbalansering i datornät - Google Patents

Description

507 720 10 15 20 25 30 35 40 2 (round robin) eller slumpmässig teknik. I denna sekventiella tekniken väljs servrarna sekventiellt i tur och ordning medan slumptekniken väljer servrar i godtycklig ordning. I ingen av dessa tekniker utnyttjar man information om servrarnas belastning eller om servrarnas lokalisering i nätet.

Föreliggande uppfinning löser problemen ovan genom att utnyttja information om servrarnas belastning och nättopo- login tillsammans med en teknik att adressera lämpliga servrar, nämligen anycast-tekniken (anycast-dirigering och anycast-adressering). Därigenom kan uppfinningen fördela trafik till geografiskt spridda servrar så att trafiken fördelas till exempelvis minst belastad server.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Således tillhandahåller föreliggande uppfinning ett arrangemang för lastbalansering i datornät innefattande ett Större antal användare eller klienter med datorer, åtmin- stone en tjänstleverantör som tillhandahåller tjänster via ett antal replikerade servrar, ett datornät med dirigerare som kan förbinda klientdatorerna med servrarna för att förbinda en klientdator som efterfrågar en tjänst med lämplig server.

Enligt uppfinningen tillhör ett antal replikerade servrar en gemensam samadressgrupp (anycast-grupp) och varje samadressgrupp är ansluten till en domännamnsserver som har förmågan att välja en av de replikerade servrarna, så att en dirigerare kan upprätta en förbindelse mellan den valda servern och den tjänstefterfràgande klientdatorn.

Företrädesvis är domännamnsservern anordnad att välja den minst belastade replikerade servern eller den närmaste replikerade servern. Varje replikerad server kan utsända ett resursmeddelande som innehåller information om tillgängliga resurser hos vederbörande server och om serverns länkpara- metrar.

Tack vare den nya tekniken enligt föreliggande upp- finning erhålles ett antal fördelar. Ãndanvändarna drar nytta av lägre fördröjning och högre prestanda. Antalet servrar i nätet eller hos tjänstleverantören kan minskas.

Det är lätt att lägga till eller ta bort servrar utan att 10 15 20 25 30 35 40 507 720 3 ändanvändarna påverkas, dvs utan att avbryta pågående tjänster. Detta innebär väsentligt minskade investerings- kostnader och hanteringskostnader för nätoperatören och tjänstleverantören medan ändanvändaren samtidigt erbjuds högre prestanda. Ãndanvändarna är omedvetna om att det finns flera servrar som tillhandahåller samma tjänst.

Uppfinningen tillhandahåller kostnadseffektiva, auto- matiskt konfigurerbara och användartransparenta lösningar.

Uppfinningen möjliggör stegvis expansion av servrar och anpassar kapaciteten efter behovet. Genom att dirigera trafik till den minst belastade servern minskas antalet hopp och potentiella tidsfördröjningar.

KORTFATTAD BESKRIVNING AV RITNINGARNA En föredragen utföringsform av uppfinningen kommer att beskrivas i detalj nedan med hänvisning till åtföljande ritningar varav: figur 1 är ett schema över arrangemanget enligt upp- finningen och figur 2 är en illustration över formatet för ett resursmeddelande enligt uppfinningen.

DETALJERAD BESKRIVNING AV FÖREDRAGNA UTFÖRINGSFORMER En av de betydelsefulla begränsade resurserna t.ex. i World Wide Web är nätbandsbredd och processorkapacitet hos servrar och klientdatorer. Nätbandsbredden och processor- kraften ökar allmänt sett men inte tillräckligt fort för att hålla takten med det allt mer ökande antalet användare i nätet. Antalet användare uppgår snart till en miljard.

Detta skulle inte vara något problem om användarna begränsade sina aktiviteter till sina lokala maskiner men nätet möjliggör för användare att begära dokument och tjänster från servrar på avlägsna platser. Det är också så att vissa servrar är mera populära än andra, vilket innebär att dessa servrar får bära en för hög belastning trots att det finns många servrar som kan leverera samma tjänster. En lösning på detta problem är att lagra dokumenten närmare användarna. Detta minskar både nättrafiken och serverbelast- ningen. En liknande lösning är replikation eller kopiering 5Û7 720 10 l5 20 25 30 35 40 4 vilket väsentligen innebär buffertlagring innan dokumenten beställes. Kostnaden för massreplikation kan minskas genom att använda flödessändningsfördelning såsom stöds av NNTP (Network News Transfer Protocol). Vidare kan replikation tillämpas såväl vid tjänster som dokument. Om replikerade servrar finns i kluster nära originalservern minskar detta belastningen för den enskilda servern men minskar inte nät- trafiken eftersom alla beställningar fortfarande gär till klustret. Om emellertid replikerade servrar fördelas över nätet och om klienter automatiskt kan lokalisera den när- maste eller minst belastade servern skulle detta minska nättrafiken också.

Syftet med föreliggande uppfinning är att tillhanda- hälla ett arrangemang med vilket nätresurserna kan användas effektivare. Màlet är att dynamiskt rikta användartrafiken till en minst belastad tillämpningsserver. Fördelarna som därvid erhålles är nämnda ovan. Även om uppfinningen be- skrivs med särskild hänvisning till IP över ATM (dvs nät som arbetar med Internet-protokoll med Asynchronous Transfer Mode) kan uppfinningen likaväl tillämpas vid andra tekniker än ATM.

I figur 1 visas ett schema över ett föredraget arrange- mang enligt uppfinningen. En klientdator 1 har en virtuell kretsförbindelse upprättad till sina domännamnsservrar (DNS) 2, varav en visas i figuren, via nätet 3. Det kan finnas en sekundär förbindelse till en reservdomännamnsserver (visas ej) som kan kontaktas vid fel eller avbrott. I nätet finns ett antal dirigerare 4 som upprättar förbindelser med servrar 5A till 5E hos tjänstleverantörer. Alla servrarna 5A, 5B, 5C, 5D, SE är kopior av varandra och utgör samma anycast-grupp eller ”samadressgrupp". Anycast-grupper ut- sänder endast en virtuell IP-adress till sina grannar. En logisk adress kan motsvara flera fysiska adresser.

Domännamnsservern har kännedom om alla anycast- grupperna. Av skalbarhets- och prestandaskäl kan anycast- grupper vara fördelade över flera domännamnsservrar.

Anycast-gruppmedlemmarna är kopplade till domännamns- servrarna med en punkt-till-multipunkt-förbindelse.

Arrangemangets funktion kan sammanfattas som följer.

Klientdatorn sänder först en begäran till en domännamns- 10 15 20 25 30 35 40 507 720 5 server att upplösa ett domännamn till en IP-adress. Styr- meddelanden till och frán domännamnsservern representeras av de grövre pilarna 6 i figuren. Domännamnsservern kontrol- lerar först semantiken hos DNS-begäran för att ta reda på vilken tillämpning som begärdes. Till exempel behandlas en ftp-begäran annorlunda än en ping-begäran. Den förra är lànglivad medan den senare är kortlivad. Typen av applika- tion hjälper domännamnsservern att välja den mest relevanta servern för varje begäran. I vissa fall väljs den minst belastade servern medan i andra fall väljs den billigaste länken och tillhörande server.

I ett IPATM-nät föredrar en sändare ibland att använda den kortaste vägen för tídskritiska applikationer, t.ex. bilder, ftp, föredra den billigaste vägen, video, och i andra fall skulle samma sändare såsom ping, dns osv.

Domännamnsservern mottar kontinuerligt dirigerings- information frán alla anycast-servrar som den betjänar.

Dirigeringsinformationen sänds via förbindelserna märkta 7 i figuren 1. Dirigeringsinformationen inbegriper detaljer om den tillgängliga kapaciteten för varje länk, antalet hopp till varje server, varje länks bandbredd, processorkapaci- teten, uppmätt fördröjning osv. Domännamnsservern returnerar IP-adressen till servern som bäst är anpassad till applika- tionskraven som härleds ur DNS-begäran. När IP-adressen är upplöst returneras den till klientdatorn så att en direkt förbindelse upprättas mellan klientdatorn och servern. För- bindelsen är transparent för domännamnsservern. Tjänsten eller dokumentet som begärs kan sedan överföras till klient- datorn. Dataflödet är visat vid 8 i figur 1.

För att välja en server av de olika lämpliga, likadana servrarna används anycast-teknik. En anycast-adress (sam- adress) används för att representera en grupp av noder, var- av en skall väljas. När en anycast-adress mottages levererar domännamnsservern IP-adressen till alla destinationer som representeras av anycast-adressen. Eftersom många servrar kan ha samma anycast-adress väljer dirigeraren konventio- nellt en av dem genom att hämta information om antalet hopp till de olika servrarna och välja den närmaste. Länkanvänd- ning är ett annat för närvarande tillgängligt kriterium.

Andra möjliga kriterier är kostnad, processorbelastning, 10 15 20 25 30 35 40 507 720 6 minnesutrymme, dirigeringspolicy osv.

En viktig aspekt av uppfinningen är att använda anycast-tekniken för att accessa tjänster som levereras av en av ett större antal servrar som arbetar på olika nät- noder. Speciellt kan samma tjänst accessas med en enda anycast-adress oberoende av hur många servrar som används för tjänsten och av var servrarna är lokaliserade i nätet.

Att kopiera tjänsten pà många servrar över nätet är värde- fullt när hög tjänsttillgänglighet erfordras. Andra tjänster som skulle kunna dra nytta av anycast-tekniken inbegriper: World Wide Web, videotjänster, domännamnsservrar, adressupp- lösningsservrar, Neighbor Discovery-servrar, O20-nummer- tjänster, telefonering via Internet och det publika tele- nätet för att hitta de mest kostnadseffektiva taltjänsterna osv.

En anycast-server ANS som kan vara placerad tillsammans med domännamnsservern 2, håller information om medlemskapet för alla anycast-tjänstmedlemmarna 5A-SE. En nod kan registrera sig vid anycast-tjänsten, inträda som medlem, utträda och sluta deltaga i ANS-tjänsten.

För att lastdelning fördelad på minst belastad server skall fungera behöver varje server meddela omgivningen sina tillgängliga resurser. I detta syfte utsänds ett resurs- meddelande RA (Resource Advertisement). Vid beräkning av tjänstkvalitetsrutter (QoS routes) används RA.

Varje server alstrar ett resursmeddelande för varje område och anger den största mängden tillgängliga resurser för reservationer pá vardera av serverns gränssnitt i om- rådet tillsammans med länkens fördröjningsparametrar. Dessa parametrar är grovt sett analoga med standardkostnadsvärdet öppna kortaste vägen först OSPF (Open Shortest Path First) men är oberoende av det standardmässiga tjänsttypsvärdet för att bättre karakterisera en länks statiska fördröjningsegen- skaper. Ett nytt exemplar av resursmeddelandet alstras när- helst ett nytt dirigeringsresursmeddelande alstras för om- rådet eller närhelst den tillgängliga bandbreddsresursen eller fördröjningen ändrar sig för en länk i omrâdet. En algoritm kan användas så att ett nytt resursmeddelande alstras endast när den tillgängliga bandbreddsresursen ändrar sig i betydande grad. Resursmeddelanden flödessänds 10 15 20 25 30 35 40 507 720 7 genom ett enda område. Resursmeddelandets format visas i figur 2.

Antalet länkar är länktalet som ingår i resursmeddelan- det. För varje länk är länktypen, länkidentiteten och länk- datat samma som för dirigeringsresursmeddelandet. Den till- gängliga länkresursen representeras av paketdataarea- parametrar i flyttalsformat med enkel precision enligt IEEE, liksom i tjänstmodellen Control Load. Länkfördröjningen är ett statiskt fördröjningsvärde för länken uttryckt i milli- sekunder.

Indata till dirigeringsberäkningen inbegriper käll- adress och destinationsadress och tjänstkvalitetskraven för flödet, vilka för närvarande är paketdataareaparametrarna från resursreservationsprotokollets Path-meddelande men skulle också kunna härröra från andra triggenheter. För att beräkna den bästa vägen eller vägen med lägst fördröjning används det statiska fördröjningsvärdet pà samma sätt som OSPF använder dirigerarens TOS (Type of Service) nollkost- nadsvärde.

DNS-servern behöver både information om tillgängliga resurser och befintlig resursreservation förutom den normala informationen om topologi och medlemskap.

När en ny replikerad server ansluter sig till en anycast-grupp informerar den lokala dirigeraren om före- komsten av tjänsten som en del av sina normala dirigerings- utbyten med granndirigerarna. Om den lokala dirigeraren observerar att en replikerad server har slutat skicka meddelanden, skickas även denna negativa information till granndirigerarna. Granndirigerarna studerar var och en ett UPP* daterar sina tabeller baserade på detta värde och vidare- distansvärde för den tillkännagivna anycast-servern, befordrar i sin tur den uppdaterade informationen till sina grannar. Varje dirigerare upprätthåller kunskap åtminstone om vägen till de närmaste anycast-servrarna och eventuellt en liten lista över alternativa servrar ifall det meddelas att den tidigare närmaste servern är nere. På detta sätt får varje dirigerare i nätet tillräcklig kunskap för att diri- gera anycast-paket till den närmaste servern men behöver inte upprätthålla en databas över alla anycast-servrarna i nätet. Om en klient sänder en anslutningsbegäran till 507 720 10 l5 20 25 30 35 8 anycast-gruppen och om det inte är en tjänst i det lokala undernätet vidarebefordrar den lokala dirigeraren paketet till den närmaste replikerade servern baserat på de aktuella dirigeringstabellerna.

Det antas att ett anycast-anrop kan dirigeras till någon av servrarna på en normalnivå i serverhierarkin oberoende av var dessa servrar fysiskt är lokaliserade i nätet. För många tillämpningar skulle normalnivàn vara antingen nivån för anycast-anroparens nod eller närmast överliggande nivå. Anycast-anroparen skall inte behöva känna till några detaljer om hur serverhierarkin är organiserad eller ens hur nivåerna i serverhierarkin är numrerade. Allt som anroparen behöver specificera är att ett anycast-anrop bör dirigeras till en server på den lägsta möjliga högre nivån där en server kan hittas. För att uppfylla kraven och adressera en serverhierarki med en enda adress föreslår uppfinningen att bredda definitionen av närhet som används av dirigeringsalgoritmer för att inkludera nya parametrar för att mäta närhet. Antag att PNNI-dirigeringsnivàer (Private Network Node Interface) används för att identifiera servrarnas hierarkinivå. Om vi låter skillnaden mellan två dirigeringsnivåidentifierare vara ett godtagbart mått på närhet mellan två motsvarande noder behöver en anycast- anropare inte direkt specificera en nivå i hierarkin. Med användning av denna mätparameter kan dirigering till servrar på den lägsta möjliga högre nivån i en hierarki av servrar stödjas oberoende av det fysiska avståndet mellan den be~ gärda servern och klienten.

Således tillhandahåller föreliggande uppfinning ett arrangemang för lastbalansering som löser de angivna pro- blemen. En fackman på området inser att uppfinningen kan implementeras på många olika sätt med olika kombinationer av hårdvara och mjukvara utan att gå ur uppfinningens ram.

Uppfinningens skyddsomfång är endast begränsat av patentkraven nedan.

Claims (6)

10 15 20 25 30 35 507 720 9 PATENTKRAV

1. Arrangemang för lastbalansering i datornät inne- fattande ett större antal klientdatorer (1), åtminstone en tjänstleverantör som tillhandahåller tjänster via ett antal replikerade servrar (SA-SE), (3) med dirigerare (4) som kan förbinda (1) (SA-5E) för att förbinda en klientdator som efterfrågar en tjänst med lämplig server, (SA-5E) ett datornät klientdatorerna med servrarna kännetecknat av att ett flertal replikerade servrar tillhör en samadressgrupp, att varje samadressgrupp är ansluten till en domän- namnsserver (2) som har förmågan att välja en av de repli- (5A-SE), (4) upprätta en förbindelse mellan den valda servern och den (1). kännetecknat av att kerade servrarna så att en dirigerare kan tjänstefterfràgande klientdatorn

2. Arrangemang enligt krav 1, (2) belastade replikerade servern domännamnsservern är anordnad att välja den minst (5A-5E).

3. Arrangemang enligt krav 2, kännetecknat av att varje (5A-5E) (RA) replikerad server är anordnad att utsända ett resursmeddelande som innehåller information om till- gängliga resurser hos servern.

4. Arrangemang enligt krav 1, kännetecknat av att (2) (SA-5E).

5. Arrangemang enligt krav 4, (SA-SE) är anordnad att utsända ett domännamnsservern är anordnad att välja den närmaste replikerade servern kännetecknat av att varje replikerad server resursmeddelande (RA) som innehåller information om serverns länkparametrar, t.ex. länkfördröjningsparametrar eller dirigeringsnivà.

6. Arrangemang enligt något av föregående krav, (2) utnyttja anycast-teknik för att välja en replikerad server (SA-5E). kännetecknat av att domännamnsservern är anordnad att