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一種負載均衡的方法及裝置.pdf

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一種 負載 均衡 方法 裝置
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摘要
申請專利號:

CN201210091962.3

申請日:

2012.03.30

公開號:

CN102761476B

公開日:

2015.01.14

當前法律狀態:

有效性:

法律詳情: 專利權人的姓名或者名稱、地址的變更IPC(主分類):H04L 12/70變更事項:專利權人變更前:杭州華三通信技術有限公司變更后:新華三技術有限公司變更事項:地址變更前:310053 浙江省杭州市高新技術產業區之江科技園六和路310號變更后:310052 浙江省杭州市濱江區長河路466號|||授權|||實質審查的生效IPC(主分類):H04L 12/56申請日:20120330|||公開
IPC分類號: H04L12/70(2013.01)I; H04L29/08 主分類號: H04L12/70
申請人: 杭州華三通信技術有限公司
發明人: 胡國華
地址: 310053 浙江省杭州市高新技術產業區之江科技園六和路310號
優先權:
專利代理機構: 北京德琦知識產權代理有限公司 11018 代理人: 謝安昆;宋志強
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201210091962.3

授權公告號:

|||102761476B||||||

法律狀態公告日:

2017.05.17|||2015.01.14|||2013.02.27|||2012.10.31

法律狀態類型:

專利權人的姓名或者名稱、地址的變更|||授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明提供一種應用在網絡設備上的負載均衡裝置及方法,處理流程包括:A,收到報文后查詢報文的目的IP地址是否在動態探測表中有對應的表項,如果沒有則轉B,如果有則從動態探測表中獲得與該目的IP地址對應的ISP鏈路;B,在預設的ISP地址表中查詢報文的目的IP地址所對應的ISP鏈路,將查詢到的ISP鏈路作為當前ISP鏈路并轉C;C,從當前ISP鏈路向所述目的IP地址發送探測報文,并檢查目的IP地址的響應時間是否超過預設的閾值,如果否,則更新動態探測表。本發明有機地將靜態表項與動態探測融合在一起,降低了設備的探測壓力與維護成本。

權利要求書

1.一種負載均衡裝置,應用于網絡設備上,其中該網絡設備包括多個作
為網絡出口的ISP鏈路,該裝置包括第一查詢單元、第二查詢單元以及探測
單元,其特征在于:
第一查詢單元,用于在網絡設備收到數據報文后,查詢報文的目的IP地
址是否在動態探測表中有對應的表項,如果沒有則轉第二查詢單元處理,如
果有則從動態探測表中獲得與該目的IP地址對應的ISP鏈路;
第二查詢單元,用于在預設的ISP地址表中查詢報文的目的IP地址所對
應的ISP鏈路,將查詢到的ISP鏈路作為當前ISP鏈路并通知探測單元發起
探測;
探測單元,用于從當前ISP鏈路向所述目的IP地址發送探測報文,并檢
查目的IP地址對探測報文的響應時間是否超過預設的閾值,如果否,則更新
動態探測表。
2.如權利要求1所述的裝置,其特征在于,所述探測單元進一步用于
如果在所述響應時間超過閾值時選擇另一個ISP鏈路作為當前ISP鏈路重新
向所述目的IP地址發送探測報文。
3.如權利要求2所述的裝置,其特征在于,所述探測單元,進一步用于
通過動態表項中的ISP鏈路向與ISP鏈路對應的目的IP地址發送探測報文,
并檢查目的IP地址對探測報文的響應時間是否超過閾值,如果是則刪除該表
項。
4.如權利要求1所述的裝置,其特征在于,所述第二查詢單元,進一步
用于如果查詢不到與目的IP地址對應的ISP鏈路,則根據預設的規則選擇一
個ISP鏈路作為當前ISP鏈路。
5.如權利要求1所述的裝置,其特征在于,所述探測單元,進一步用于
在多個ISP鏈路上分別向動態探測表中的目的IP地址發送探測報文,比較各
個ISP鏈路上的響應時間,選擇響應時間最短的ISP鏈路更新到動態探測表
中對應表項中。
6.一種負載均衡方法,應用于網絡設備上,其中該網絡設備包括多個作
為網絡出口的ISP鏈路,該方法包括:
A、在網絡設備收到數據報文后,查詢報文的目的IP地址是否在動態探
測表中有對應的表項,如果沒有則轉步驟B,如果有則從動態探測表中獲得
與該目的IP地址對應的ISP鏈路;
B、在預設的ISP地址表中查詢報文的目的IP地址所對應的ISP鏈路,
將查詢到的ISP鏈路作為當前ISP鏈路并轉步驟C;
C、從當前ISP鏈路向所述目的IP地址發送探測報文,并檢查目的IP地
址對探測報文的響應時間是否超過預設的閾值,如果否,則更新動態探測表。
7.如權利要求6所述的方法,其特征在于,步驟B進一步包括:
C1、如果在所述響應時間超過閾值時選擇另一個ISP鏈路作為當前ISP
鏈路重新向所述目的IP地址發送探測報文。
8.如權利要求7所述的方法,其特征在于,步驟C進一步包括:
C2、通過動態表項中的ISP鏈路向與ISP鏈路對應的目的IP地址發送探
測報文,并檢查目的IP地址對探測報文的響應時間是否超過閾值,如果是則
刪除該表項。
9.如權利要求6所述的方法,其特征在于,步驟B進一步包括:
B1、如果查詢不到與目的IP地址對應的ISP鏈路,則根據預設的規則選
擇一個ISP鏈路作為當前ISP鏈路。
10.如權利要求6所述的方法,其特征在于,步驟C進一步包括:
C3、在多個ISP鏈路上分別向動態探測表中的目的IP地址發送探測報文,
比較各個ISP鏈路上的響應時間,選擇響應時間最短的ISP鏈路更新到動態
探測表中對應表項中。

說明書

一種負載均衡的方法及裝置

技術領域

本發明涉及一種負載均衡的方法及裝置,尤其涉及一種多ISP出口的負
載均衡的方法及裝置。

背景技術

在企業網應用中,很多網絡規模較大的用戶都會有兩個或多個運營商
(ISP)出口(如中國電信與中國聯通等)。企業用戶希望在自己網絡出口的
網關設備上實現多鏈路的負載均衡功能,同時也能避免某個ISP網絡異常導
致企業員工無法互聯網接入的問題。負載均衡就將出口的流量在多條鏈路上
根據某種算法進行負載分擔。請參考圖1所示的典型多ISP出口的企業組網
圖,企業內網的PC個人用戶需要訪問Internet上的遠程服務器的業務,PC
發出去的業務報文被企業網出口部署的負載均衡設備按某種算法在多條ISP
鏈路上選擇較優的一條鏈路進行分發。目前主流的鏈路負載分擔算法目前主
要有兩種:

第一種是靜態算法:根據遠程服務器IP地址來判斷是屬于某個ISP網段
就直接分發到該ISP鏈路,也就是說遠程服務器屬于電信網段的走電信鏈路,
屬于聯通網段的走聯通鏈路等。如果某個IP地址不屬于任何一個ISP鏈路,
則根據其他算法(如輪轉算法等)在各個ISP鏈路上進行分發。

然而由于ISP網段是經常會有變更的(多數是新增IP地址),因此如果
采用靜態算法,則需要負載均衡設備經常維護ISP地址表,增大用戶的維護
壓力。一旦用戶維護不夠及時,可能導致訪問新增IP地址的業務報文分錯鏈
路從而影響用戶業務體驗,比如訪問速度較慢。另外,如果某個ISP鏈路出
現質量問題(比如特定鏈路中斷),靜態算法缺乏鏈路探測機制而無法感知
到這樣的變化,從而導致從該ISP鏈路訪問相應的服務器都會出現業務中斷。

第二種是動態算法:定期從每條鏈路向遠程服務器發送鏈路探測報文,
根據探測報文回應的時間等因素來決定發往該服務器的報文應該走哪條鏈
路。比如ISP1鏈路回應的報文時間比從ISP2鏈路回應的要短,則后續報文
都從ISP1發出去。

動態算法解決了鏈路探測問題,但是動態算法有個最大缺陷在于負載均
衡設備探測壓力過大。尤其當企業網絡有比較多的ISP鏈路的時候,同時又
訪問大量的遠程服務器的業務情況下,網絡出口的負載均衡設備需要針對每
一個遠程服務器分別在多條鏈路上發起探測報文。因此這種情況下會導致負
載均衡設備同時處理大量的探測報文,并直接導致設備性能出現瓶頸從而影
響用戶實際業務報文的發送,情況更嚴重的可能引起負載均衡設備完全不可
用的狀況。

發明內容

有鑒于此,本發明提供一種負載均衡方法,應用于網絡設備上,其中
該網絡設備包括多個作為網絡出口的ISP鏈路,該方法包括:

A、在網絡設備收到數據報文后,查詢報文的目的IP地址是否在動態探
測表中有對應的表項,如果沒有則轉步驟B,如果有則從動態探測表中獲得
與該目的IP地址對應的ISP鏈路;

B、在預設的ISP地址表中查詢報文的目的IP地址所對應的ISP鏈路,
將查詢到的ISP鏈路作為當前ISP鏈路并轉步驟C;

C、從當前ISP鏈路向所述目的IP地址發送探測報文,并檢查目的IP地
址對探測報文的響應時間是否超過預設的閾值,如果否,則更新動態探測表。

本發明還提供一種負載均衡裝置,應用于網絡設備上,其中該網絡設備
包括多個作為網絡出口的ISP鏈路,該裝置包括第一查詢單元、第二查詢單
元以及探測單元,其特征在于:

第一查詢單元,用于在網絡設備收到數據報文后,查詢報文的目的IP地
址是否在動態探測表中有對應的表項,如果沒有則轉第二查詢單元處理,如
果有則從動態探測表中獲得與該目的IP地址對應的ISP鏈路;

第二查詢單元,用于在預設的ISP地址表中查詢報文的目的IP地址所對
應的ISP鏈路,將查詢到的ISP鏈路作為當前ISP鏈路并通知探測單元發起
探測;

探測單元,用于從當前ISP鏈路向所述目的IP地址發送探測報文,并檢
查目的IP地址對探測報文的響應時間是否超過預設的閾值,如果否,則更新
動態探測表。

通過以上的處理過程可以看出,一方面,本發明對遠程服務器的探測僅
僅發生在內部用戶首次訪問某個遠程服務器,網絡設備的負擔相較于現有技
術來說大幅度縮小。另一方面,由于探測機制的存在,對于ISP地址表的維
護工作頻率可以大幅度降低,而且即便用戶維護不及時,探測機制依然可以
保證選擇到合適的ISP鏈路作為轉發出口。因此本發明把兩種方式有機融合
之后在性能和降低維護成本上都有大幅度的提升。

附圖說明

圖1是典型的多ISP出口的企業網絡組網圖。

圖2是本發明一種實施方式中網絡設備硬件架構圖。

圖3是本發明一種實施方式中負載均衡裝置邏輯結構圖。

圖4是本發明一種實施方式中負載均衡方法流程圖。

具體實施方式

本發明將融合靜態表與動態探測的優點,規避掉兩者固有的缺陷,取得
探測效果與負載均衡設備業務性能的較佳平衡。以下結合流程圖以及結構圖
來描述本發明較佳的實施方式。

請參考圖3,以計算機軟件實現為例,本發明的負載均衡裝置應用于網
絡設備上,該負載均衡裝置包括第一查詢單元、第二查詢單元以及探測單元。
其中,第一查詢單元主要負責動態探測表的查詢,第二查詢單元負責ISP地
址表的查詢,而探測單元主要是用來維護動態探測表。該負載均衡裝置是一
個邏輯裝置,其所在的網絡設備的硬件架構如圖2所示,其中如果網絡設備
是一臺傳統的路由器,轉發芯片則可能不存在,轉發任務可以由CPU執行計
算機軟件實現的。如前所述,本實施方式中負載均衡的過程采用是由CPU執
行軟件來實現的,以下將重點講述這一過程。而數據報文進入網絡設備到被
上送到CPU進行軟件處理之前過程,以及軟件層面處理之后怎樣離開網絡設
備的過程不再詳細講述,因為這一過程有眾多的現有技術可以作為參考,本
發明的實現不依賴于這些更為底層的實現,為了更為簡潔精準的描述本發明,
在以下描述中將這些底層的處理透明化。

請參考圖4,在較佳的實施方式中,本發明負載均衡裝置一般性的處理
流程包括以下步驟:

步驟101,在網絡設備接收到數據報文后,查詢報文的目的IP地址是否
在動態探測表中,如果是則轉步驟102,如果否則轉步驟103;

步驟102,從動態表中獲得與該目的IP地址對應的ISP鏈路;

步驟103,在ISP地址表中查詢報文的目的IP地址所對應的ISP鏈路;

步驟104,從當前ISP鏈路向所述目的IP地址發送探測報文;

步驟105,檢查目的IP地址對探測報文的響應時間是否超過閾值,如果
是,則選擇另一個ISP鏈路作為當前ISP鏈路并返回步驟104,如果否,則
更新動態探測表。

請參考表1,在本發明中動態探測表包括遠程服務器IP地址以及對應的
ISP鏈路標識。表中的每一個表項表明了對一個遠程服務器來說,有一個對
應的ISP鏈路對于用戶訪問來說是較佳的,處于可接受范圍中的(后文將進
一步解釋其中緣由)。

??遠程服務器IP地址
??ISP鏈路
??223.2.0.13
??電信
??110.16.0.25
??聯通
??111.160.0.7
??聯通
??120.192.0.9
??移動
???……
??……
???……
??……

表1

當網絡設備收到一個待轉發的數據報文,該數據報文的目的IP是某個遠
程服務器,如果該數據報文是企業網絡內第一次訪問該遠程服務器的數據報
文,那么動態探測表中并不會存在相應表項。如果該數據報文并不是企業網
絡第一次訪問該遠程服務器的數據報文,動態探測表中則可能存在對應的表
項。如果從動態探測表中找到了對應的ISP鏈路,則可以ISP鏈路可以作為
數據報文的轉發出口。

當動態探測表中不能找到需要使用的ISP鏈路,此時需要借助ISP地址
表。ISP地址表的組織結構如表2所示,其可以采用與圖1一樣的結構。不
同的是,動態探測表初始的時為空;而ISP地址表初始時已經配置了相對完
整的表項內容,并且可以由網絡管理側定期來更新。值得注意的是,本發明
中表1的遠程主機IP地址是一個32位的主機IP地址,而表2中則是通常是
一個IP地址段,因為各個ISP的擁有的地址資源往往是成段的,如果用單個
主機的地址來維護表2,表2的表項長度顯然會太長,不利于節約網絡設備
的硬件資源,更不利于表項的查詢速度。同樣的道理,表1也可以按照網段
的方式進行聚合以減少表項的內容。值得注意的是,在這里表1和表2中的
ISP鏈路標識只是示例性的,其實際上完全可以是網絡設備的出接口或者下
一跳IP地址等其他標識,這個標識的作用是用來指導轉發的,并無特殊限制。

??遠程服務器IP地址
??ISP鏈路
??111.120.0.0/14
??電信
??111.124.0.0/16
??電信
??125.32.0.0/12
??聯通
??139.9.0.0/16
??聯通
??211.103.0.0/17
??移動
??211.136.0.0/13
??移動
??……
??……

表2

通常查詢表2會從表項中得到與遠程服務器的IP地址對應的ISP鏈路,
如果表2中也不存在具體表項,則可以采用一些預設的規則來選擇一個ISP
鏈路來發送數據報文,預設的規則可以依據鏈路帶寬,鏈路優先級等一個或
多個因素選擇一個ISP鏈路。當然也可以采用一些簡單的預設規則,比如表
2放入一個默認表項,所有沒有精確匹配的都選擇某一個默認的ISP鏈路(比
如出口帶寬最高的ISP鏈路),就好像三層轉發中的默認路由一樣。在查詢
表2獲得ISP鏈路標識之后,負載均衡裝置可以把這個告知網絡設備的轉發
單元去處理,具體細節不再描述。

在獲得了ISP鏈路之后,就可以指導轉發當前的數據報文了,但是這一
指導只是臨時性的,因為當前這個ISP鏈路對于遠程服務器來說未必是一個
較佳的轉發出口。因此,步驟104的工作就是檢查與確認這一臨時性的指導。
從當前ISP鏈路上針對數據報文的目的IP地址(也就是遠程服務器的IP地
址)發起探測,比如使用發送一個或者多個Ping報文的方式,同時啟動一個
定時器來檢查能否在定時器超時之前收到所述目的IP地址的回應。定時器的
超時時間即前文所述的閾值,它可以是基于經驗預先設定的一個值,比如
512ms等。定時器超時之前如果收到該目的IP地址的回應,則說明當前這個
ISP鏈路對于當前這個遠程服務器來說是一個較佳的出口ISP(未必是最佳出
口ISP),至少是用戶業務層面上可接受的,因為響應時間小于用戶可以容
仍的閾值,此時可以更新動態探測表中的表項。如前所述的那樣,一旦動態
表項中有對應的表項,下次再有數據報文需要發送到同樣的遠程服務器,那
么就會在步驟102查詢命中,不再需要重復探測。這里的更新表項很多時候
往往是保持表項內容不變,因為每收到一個待轉發的數據報文都需要進行探
測,但是探測的結果可能一致,畢竟實際網絡不會總是大幅度地發生變化,
新增IP地址段也并不是每時每刻都發生的事情。

需要注意的是,本發明向數據報文的目的IP地址發送探測報文與轉發該
數據報文之間是不存在依賴關系的,兩者是相互獨立的。獲得ISP鏈路之后
就可以同時進行轉發與探測工作。從此前的描述過程可以看出,當前數據報
文的轉發不需要參考當前的探測結果。顯然當前的探測結果僅僅對轉發下一
個以該遠程服務器IP地址為目的IP地址的數據報文有意義。

如果定時器超時之后還沒有收到目的IP地址的回應,則說明當前的ISP
鏈路可能不是較佳的通往所述遠程服務器的轉發出口。此時可以嘗試其他從
其他ISP鏈路上針對同一個目的IP進行再次探測,即返回到步驟103去直到
找到一個較佳的ISP鏈路。如果對于一個遠程服務器來說所有的ISP鏈路的
探測的回應時間都超過閾值,則返回。也就是說下一次再收到發送到該遠程
服務器的數據報文,沒有動態探測表項可以命中,本發明需要再次重復上述
步驟。當然,這種情況在實際業務中屬于比較少見的情形,對網絡設備的性
能影響較低。

對于企業內部的網絡用戶來說,經過一段時間互聯網訪問后,動態探測
表中的很多表項會相對固定起來。考慮到一些ISP鏈路可能出現故障或者優
先級降低的可能性,本發明的探測單元還可以定期對動態地址表進行檢查。
比如說選擇業務比較空閑的晚上或者凌晨時段或系統CPU利用率很低及接
口流量也很低的情況下對動態地址表中的各表項重新進行探測,如果探測中
發現某個遠程服務器的響應時間超過閾值,則將對應ISP鏈路刪除掉,可以
選擇其他ISP再針對同一個遠程服務器進行探測,也可以等待下次用戶真實
的業務訪問會來觸發探測。另外,如果ISP地址表被用戶更新之后,也可以
觸發探測單元對動態探測表中的各個表項重新進行探測,因為有一部分ISP
地址表的更新可能使得部分動態探測表中的表項不再能夠滿足要求。

另外,如前所述,動態探測表中各個表項中的ISP鏈路對于對應的目的
IP地址來說未必是最優的,因此進一步來說,探測單元可以在空閑時段針對
目的IP地址在多個ISP鏈路上都發送探測報文,然后比較各個ISP鏈路上的
響應時間,選擇響應時間最短的ISP更新到動態探測表中對應表項中。這樣
一來網絡設備能夠在空閑時間,將動態探測表中各個表項進行更新,使得每
個表項中的ISP鏈路從較佳變為最優。

通過以上的處理過程可以看出,一方面,本發明對遠程服務器的探測僅
僅發生在內部用戶首次訪問某個遠程服務器,網絡設備的負擔相較于現有技
術來說大幅度縮小。另一方面,由于探測機制的存在,對于ISP地址表的維
護工作頻率可以大幅度降低,而且即便用戶維護不及時,探測機制依然可以
保證選擇到合適的ISP鏈路作為轉發出口。因此本發明把兩種方式有機融合
之后在性能和降低維護成本上都有大幅度的提升。

以上所述僅為本發明的較佳實施例而已,并不用以限制本發明,凡在本
發明的精神和原則之內,所做的任何修改、等同替換、改進等,均應包含在
本發明保護的范圍之內。

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