TWI565266B - A server system that prevents network congestion, and a connection method - Google Patents

Description

防止網路壅塞之伺服器系統以及其連線處理方法

本發明係有關一種伺服器系統，尤指一種防止網路壅塞之伺服器系統以及其連線處理方法。

網際網路的使用，已成為現代社會的生活必需品之一，物聯網、雲端的興起，帶動一連串世界性的改革，各方業者藉由建立網路平台，提供通路以及交易媒介供使用者進行更為方便的娛樂、購物或宣傳。而在這之中，最重要的便是伺服器以及網路系統的建立，網路系統中不斷出現因使用者過多造成的網路壅塞問題，或者因惡意的網路殭屍攻擊事件造成的伺服器癱瘓問題，不斷的困擾著各家業者。

現今的網際網路傳輸應用上電腦之間依照網際網路傳輸層，應用伺服器最常使用的協定為TCP或者UDP且不同的應用伺服器有不同的對應埠，如伺服器應用程序與一個公開的埠號相連接，以提供網路服務。如應用程式伺服器，提供一個應用程式執行的環境。用於為應用程式提供安全、資料、事務支援、負載平衡大型分布式系統管理等服務。雖然伺服器程式有可執行不同應用，若採用HTTP做為一個網頁伺服器程式當網路應用伺服器接受HTTP請求，然後提供HTTP回覆給請求者，因HTTP之Request請求訊息放在佇列中，因在此應用上先天上就有限制。在一般的作法上會採取包括一或多個預留位置來回應內容。再者HTTP採取先進先出的訊息接收模式。命令是依序進入請求處理器中執行。這也說明為何在網頁服務或者HTTP服務時遇到大量連線所造成的問題。佇列前端阻塞仍將是無法避免的難題，若由DDoS發起的網路攻擊更會無法招架而造成網路資源及系統資源 耗盡甚至造成網路癱瘓。HTTP規範及其架構中說明解決訊息壅塞問題必然採用加大頻寬及減少封包對應。HTTP並建議採用管線技術(HTTP pipelining)如將多個HTTP要求(request)整批送出的技術，而在傳送過程中不需先等待伺服端的回應，但服務器端必須按照客戶端的請求順序恢復請求，這樣整個連接還是先進先出的對於解決訊息壅塞問題幫助不大。若伺服器另採取重定向的任務(URL Reditection)，按照HTTP/1.0版規範的建議，瀏覽器不應自動存取超過5次的重定向，以免導致伺服器和客戶端大量不必要的資源消耗。再者HTTP應用程式伺服器於所設定之一通訊埠執行HTTP訊息收發，不能在同一台電腦下設置多組HTTP Server，因HTTP協議中規範即採取單執行緒之非同步傳輸方法。

由於以上網頁應用程式伺服器採取被動的回應機制及HTTP的種種限制，如在URL轉址之後，便轉接到對應的應用伺服器的網頁位址，而一般發生網路壅塞的狀況並不是在網際網路的路由系統中，而是在特定的網路伺服器主機，也就是因太多使用者同時連接至單一應用伺服器，造成所有使用者全部卡在等待應用伺服器的回應，並造成應用伺服器反應遲緩，而無法進行對應的存取。

一般為了解決這個問題，僅能透過加大網路頻寬並且設置多組網路伺服器的方式來因應，造成高額的支出成本問題；加載伺服器仍有其極限，且一旦遇到惡意的網路殭屍攻擊狀況，這樣的實體改善方式，實不符合經濟效益。

本發明之主要目的，在於解決多入同時大量連線單一伺服器主機時容易造成之網路壅塞問題。

本發明之另一目的，在於解決網路壅塞必須使用增加流量或增加伺服器主機方式，而不符合經濟效益的問題。

為達上述目的，本發明提供一種防止網路壅塞之伺服器系統，包含有一伺服器主機、一網際網路以及至少一客戶端。該伺服器主機包含有一基於網際網路傳輸控制協定(Transmission Control Protocol/Internet Protocal,TCP/IP)的動態埠點分配模組、複數與該動態埠點分配模組連接的問答處理單元，以及複數與該動態埠點分配模組連接的應用服務單元，該動態埠點分配模組包含有一監控分配單元、複數各別對應並供該些問答處理單元連接的問答埠點以及複數對應並供該些應用服務單元連接的應用埠點，該監控分配單元監控該些應用埠點的佔用與空閒，並分配空閒的應用埠點以供該些客戶端連接使用；該至少一客戶端包含有一透過該網際網路連接至該伺服器主機的埠點預設選擇單元，該埠點預設選擇單元對應於該動態埠點分配模組，而基於傳輸控制協定預先設定有該些問答埠點的連接位置，選擇空閒的問答埠點進行連接。

該些問答處理單元處理並確認該至少一客戶端的需求，回應客戶端更改目的埠點並透過該監控分配單元確認該些應用埠點的空閒狀態，進而回應客戶端進行更改目的埠點並轉接該至少一客戶端至空閒的應用埠點與需求的應用服務單元連接，以進行應用服務。

除此之外，本發明更提供一種防止網路壅塞之伺服器系統連線處理方法，包含有以下步驟：S1：基於傳輸控制協定下設定至少一客戶端中的一埠點預設選擇單元，對應至單一伺服器主機中的一動態埠點分配模組，該動態埠點分配模組包含複數問答埠點、複數應用埠點以及一監控分配單元，該埠點預設選擇單元係對應至該些問答埠點，該些問答埠點各連接有一問答處理單元； S2：經由該埠點預設選擇單元透過一網際網路，基於網際網路傳輸控制協定預先設定有該些問答埠點的連接位置，並以自動輪詢方式選擇空閒的問答埠點進行連接，使該客戶端連接至該伺服器主機中空閒的問答埠點；S3：透過與該問答埠點相對應連接的該問答處理單元進行需求問答，並於該伺服器主機中的複數應用服務單元中選擇合適的應用服務單元；S4：藉由該監控分配單元確認對應於被選擇的該應用服務單元的該些應用埠點之一為空閒；S5：轉接該至少一客戶端至空閒的該應用埠點以連接該應用服務單元進行應用服務；S6：轉接完成後，對應於該問答處理單元的該問答埠點轉變為空閒，繼續提供該至少一客戶端中另一客戶端進行連接。

經由上述說明可知，本發明具有下列特點：

一、在單一伺服器主機內基於傳輸控制協定(TCP)下進行網路壅塞問題的解決，減少使用增加網路頻寬或伺服器主機等實體方式，有效解決不符經濟效益的問題。

二、利用動態埠點分配模組配合問答處理單元的方式，快速且有效的導引客戶端找到對應的應用服務單元，達到流量分散的目的，而有效避免網路壅塞及網路攻擊。

三、利用該埠點預設選擇單元配合該動態埠點分配模組內的問答埠點數量，進行預先設定，而在連線時可選擇空閒的問答埠點進行連線，避免連線等候的狀況，造成網路壅塞的問題。

10、11、12、13、14‧‧‧客戶端

15‧‧‧埠點預設選擇單元

20‧‧‧網際網路

30‧‧‧伺服器主機

31‧‧‧動態埠點分配模組

311、311a、311b‧‧‧問答埠點

312、312a、312b、312c‧‧‧應用埠點

313‧‧‧監控分配單元

32、321、322‧‧‧問答處理單元

33、331、332‧‧‧應用服務單元

34‧‧‧非同步處理單元

35‧‧‧設定單元

S1~S6‧‧‧步驟

圖1，係本發明之網路連線示意圖。

圖2，係本發明之系統方塊示意圖。

圖3，係本發明之步驟流程示意圖。

圖4A，係本發明之埠點連線示意圖一。

圖4B，係本發明之埠點連線示意圖二。

圖5，係本發明之新客戶端埠點連線示意圖。

有關本發明之詳細說明及技術內容，現就配合圖式說明如下：

請參閱「圖1」及「圖2」所示，本發明為一種防止網路壅塞之伺服器系統，包含有一伺服器主機30、一網際網路20以及至少一客戶端10。該伺服器主機30包含有一基於傳輸控制協定(Transmission Control Protocol/Internet Protocol,TCP/IP)的動態埠點分配模組31、複數與該動態埠點分配模組31連接的問答處理單元32，以及複數與該動態埠點分配模組31連接的應用服務單元33，該動態埠點分配模組31包含有一監控分配單元313、複數各別對應並供該些問答處理單元32連接的問答埠點311以及複數對應並供該些應用服務單元33連接的應用埠點312，該監控分配單元313監控該些應用埠點312的佔用狀態與空閒狀態，並分配空閒的應用埠點312以供該至少一客戶端10連接使用；該至少一客戶端10包含有一透過該網際網路20連接至該伺服器主機30的埠點預設選擇單元15，於本實施例中，係具有複數個客戶端11、12、13、14，該埠點預設選擇單元15對應於該動態埠點分配模組31，而基於網際網路傳輸控制協定預先設定有該些問答埠點311的連接位置，並以自動輪詢方式選擇空閒的問答埠點311進行連接。

該些問答處理單元32處理並確認該至少一客戶端10的需求，並透過該監控分配單元313確認並取得該些應用埠點312的空閒狀態或服務質量，回應該至少一客戶端10進行更改連接目的埠位置，進而轉接該至少一 客戶端10至空閒的應用埠點312與需求的應用服務單元33連接，以進行應用服務。其中，該問答處理單元32更具有優先權機制，提供具有優先權之客戶端10優先對應用服務單元33進行存取。

更進一步的說明，該伺服器主機30更具有一與該動態埠點分配模組31連接的非同步處理單元34，以供該些問答處理單元32以及該些應用服務單元33進行非同步處理。除此之外，於客戶端10的該埠點預設選擇單元15係以順序性的連接該些問答埠點311，以確認並選擇空閒的問答埠點311，進而連接至該問答處理單元32，進行後續問答服務。各該應用服務單元33係可分別對應連接至複數個應用埠點312，以同時供多個該客戶端10進行連線。

除此之外，該伺服器主機30更具有一設定單元35，其用以對該動態埠點分配模組31之問答埠點311與應用埠點312進行數量設定、群組設定以及分配。

請再配合參閱「圖3」及「圖4A」所示，關於本發明的實際使用方式，可透過本發明之防止網路壅塞之伺服器系統連線處理方法進行說明，需先說明的是，於本實施例中，係以HTTP網頁存取的方式進行說明，但不以此為限。該方法包含有以下步驟：

S1：設定預設埠點，基於網際網路傳輸控制協定下設定至少一客戶端10中的一埠點預設選擇單元15，對應至單一伺服器主機30中的一動態埠點分配模組31，該動態埠點分配模組31包含複數問答埠點311、複數應用埠點312以及一監控分配單元313，該埠點預設選擇單元15係對應至該些問答埠點311，該些問答埠點311各連接有一問答處理單元32。當該至少一客戶端10藉由HTTP網址連接至一伺服器主機30時，HTTP的網址(Uniform Resource Locator，簡稱URL)屬於應用層的範圍，而一般在TCP中，也就是 傳輸層底下的連接埠(port)預設HTTP是80，伺服器主機30若改變連接埠位置，則客戶端10必須更改連接的連接埠位置對應至伺服器主機30，才能順利連接至該伺服器主機30。舉例來說，該些問答埠點311於本實施例中具有兩組，而分別為1001以及1002，則該埠點預設選擇單元15便先行設定有1001以及1002兩組號碼。

S2：網路連接，經由該埠點預設選擇單元15透過網際網路20(示於「圖1」)，使該客戶端10連接至該伺服器主機30中空閒的問答埠點311，於本實施例中，該埠點預設選擇單元15係以順序性的連接該些問答埠點311，直到連接至一空閒的問答埠點311。請配合參閱「圖4A」所示，客戶端n已先行連接至問答埠點311a，因而當客戶端12連接至問答埠點311a時，發現問答埠點311a已被佔線(如虛線表示)，因而會自動轉跳嘗試連接問答埠點311b，而確定問答埠點311b處於空閒狀況，便進行連線，而與該問答處理單元322達到連線的目的。

S3：問答確認需求，客戶端11及客戶端12分別透過與該問答埠點311a及問答埠點311b連接的該問答處理單元321及問答處理單元322進行需求問答，並於該伺服器主機30中的複數應用服務單元33中選擇合適的應用服務單元33。

S4：確認空閒應用埠點312，由於各問答埠點311a、311b及各應用埠點312a、312b、312c的閒置狀況皆由該監控分配單元313進行控管，因此當問答處理單元32確認客戶端10所需的服務後，便可藉由該監控分配單元313確認對應於該應用服務單元33的應用埠點312是否為空閒，進而進行空閒的應用埠點312分配。

S5：轉接服務，請配合參閱「圖4B」所示，於本實施例中，假設客戶端11及客戶端12需求為不同的服務，便可轉接該客戶端11透過空閒 的應用埠點312a至該應用服務單元331，轉接該客戶端12透過空閒的應用埠點312c至該應用服務單元332，進而分別進行所需的應用服務；除此之外，各個應用服務單元33亦可對應至複數個應用埠點312，如本實施例中的應用服務單元331，其係以群組方式對應連接至應用埠點312a及應用埠點312b，而當一個應用埠點312a被佔線使用時，可轉由另一個應用埠點312b進行連線，或供兩個客戶端10同時做連線。需特別說明的，由於該些問答埠點311a、311b及該些應用埠點312a、312b、312c係透過該非同步處理單元34而可以非同步處理的方式連接該客戶端10、問答處理單元32與該應用服務單元33，因此該應用服務單元331可透過應用埠點312a及應用埠點312b連接兩個客戶端10，而同時處理兩個客戶端10的需求。實務上操作時，該設定單元35可設定複數個應用埠點312為一群組，而對應至同一應用服務單元33，當該問答處理單元32轉接客戶端10至該群組的應用埠點312之一時，便可直接對應連線至對應的應用服務單元33，符合操作所需。除此之外，更改連接埠點的方式係透過動態埠點分配模組31回傳空閒的應用埠點312位置訊息給客戶端10，以供該客戶端10進行對應埠點位置的修改連線。

S6：繼續問答服務，請配合參閱「圖5」所示，轉接完成後，對應於該問答處理單元321的該問答埠點311a轉變為空閒，繼續提供另一個該客戶端13進行連接；同樣的，對應於該問答處理單元322的該問答埠點311b轉變為空閒，繼續提供另一個該客戶端14進行連接。

藉由以上步驟的重複運行，便可藉由埠點分配的方式達到分流的效果。另外需特別說明的，該應用服務單元33亦可提供轉接至其他伺服器主機的應用服務，而達到廣泛使用網路資源的目的。

綜上所述，本發明具有下列特點：

一、在單一伺服器主機內基於傳輸控制協定(TCP/IP)下進行網路壅塞問題的解決，減少使用增加網路頻寬或伺服器主機等實體方式，有效解決不符經濟效益的問題。

二、利用動態埠點分配模組配合問答處理單元的方式，快速且有效的導引客戶端找到對應的應用服務單元或者群組，達到流量分散的目的，而有效避免網路壅塞及攻擊。

三、利用該埠點預設選擇單元配合該動態埠點分配模組內的問答埠點數量，進行預先設定，而在連線時可選擇空閒的問答埠點進行連線，避免連線等候的狀況，造成網路壅塞的問題。

四、利用非同步處理的方式更有效率的使用頻寬，而讓更多的客戶端可同時連接操作。

五、各個應用服務單元亦可連接複數個應用埠點，進而達到同時服務多個客戶端的需求。

六、可經由動態埠分配模組進而回應並更改客戶端目的連接埠位置，並管控連線或者連線數以避免不當的連線及非法的網路攻擊。

10、11、12、13、14‧‧‧客戶端

15‧‧‧埠點預設選擇單元

30‧‧‧伺服器主機

31‧‧‧動態埠點分配模組

311、311a、311b‧‧‧問答埠點

312、312a、312b、312c‧‧‧應用埠點

313‧‧‧監控分配單元

32、321、322‧‧‧問答處理單元

33、331、332‧‧‧應用服務單元

34‧‧‧非同步處理單元

35‧‧‧設定單元

Claims (11)

1. 一種防止網路壅塞之伺服器系統，包含有：一伺服器主機，包含有一基於傳輸控制協定的動態埠點分配模組、複數與該動態埠點分配模組連接的問答處理單元，以及複數與該動態埠點分配模組連接的應用服務單元，該動態埠點分配模組包含有一監控分配單元、複數各別對應並供該些問答處理單元連接的問答埠點以及複數對應並供該些應用服務單元連接的應用埠點，該監控分配單元監控該些應用埠點的佔用與空閒；以及至少一客戶端，包含有一透過網際網路連接至該伺服器主機的埠點預設選擇單元，該埠點預設選擇單元對應於該動態埠點分配模組，而基於傳輸控制協定預先設定有該些問答埠點的連接位置，選擇空閒的問答埠點進行連接；該些問答處理單元處理並確認該至少一客戶端的需求，並透過該監控分配單元確認該些應用埠點的空閒狀態，轉接該至少一客戶端至空閒的應用埠點與需求的應用服務單元連接，以進行應用服務。
2. 如申請專利範圍第1項所述之防止網路壅塞之伺服器系統，其中該伺服器主機更具有一與該動態埠點分配模組連接的非同步處理單元，以供該些問答處理單元以及該些應用服務單元進行非同步處理。
3. 如申請專利範圍第1項所述之防止網路壅塞之伺服器系統，其中該埠點預設選擇單元係以順序性的連接該些問答埠點，以確認並選擇空閒的問答埠點。
4. 如申請專利範圍第1項所述之防止網路壅塞之伺服器系統，其中該些問答處理單元更具有優先權機制，提供具有優先權之客戶端優先對該些應用服務單元進行存取。
5. 如申請專利範圍第1項所述之防止網路壅塞之伺服器系統，其中該伺服器主機更具有一設定單元，其用以對該動態埠點分配模組之該些問答埠點與該些應用埠點進行數量設定、群組設定以及分配。
6. 如申請專利範圍第1項所述之防止網路壅塞之伺服器系統，其中各該應用服務單元係分別對應連接至複數個該應用埠點，以同時供該至少一客戶端及其他多個客戶端進行連線。
7. 一種防止網路壅塞之伺服器系統連線處理方法，包含有以下步驟：S1：基於網際網路傳輸控制協定下設定至少一客戶端中的一埠點預設選擇單元，對應至單一伺服器主機中的一動態埠點分配模組，該動態埠點分配模組包含複數問答埠點、複數應用埠點以及一監控分配單元，該埠點預設選擇單元係對應至該些問答埠點，該些問答埠點各連接有一問答處理單元；S2：經由該埠點預設選擇單元透過一網際網路，基於網際網路傳輸控制協定預先設定有該些問答埠點的連接位置，並以自動輪詢方式選擇空閒的問答埠點進行連接，使該至少一客戶端連接至該伺服器主機中空閒的問答埠點；S3：透過與該些問答埠點相對應連接的該問答處理單元進行需求問答，並於該伺服器主機中的複數應用服務單元中選擇合適的應用服務單元；S4：藉由該監控分配單元確認對應於被選擇的該應用服務單元的該些應用埠點之一為空閒；S5：轉接該至少一客戶端至空閒的該應用埠點以連接該應用服務單元進行應用服務；及S6：轉接完成後，對應於該問答處理單元的該問答埠點轉變為空閒，繼續提供該至少一客戶端中另一客戶端進行連接。
8. 如申請專利範圍第7項所述之防止網路壅塞之伺服器系統連線處理方法，其中於步驟S2中，該埠點預設選擇單元係以順序性的連接該些問答埠點，直到連接至一空閒的問答埠點。
9. 如申請專利範圍第7項所述之防止網路壅塞之伺服器系統連線處理方法，其中於步驟S2及步驟S4中，該些問答埠點及該些應用埠點係以非同步處理方式連接該至少一客戶端、該些問答處理單元與該些應用服務單元。
10. 如申請專利範圍第7項所述之防止網路壅塞之伺服器系統連線處理方法，其中於步驟S5中，各該應用服務單元對應至複數個該應用埠點，當其中一個應用埠點被佔線使用時，可轉由另一個應用埠點進行連線。
11. 如申請專利範圍第7項所述之防止網路壅塞之伺服器系統連線處理方法，其中於步驟S5中，其係透過該動態埠點分配模組回傳空閒的應用埠點位置訊息給該至少一客戶端，以供該至少一客戶端進行對應埠點位置的修改連線。