太阳城集团

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一种负载均衡的方法及装置.pdf

摘要
申请专利号:

太阳城集团CN201210091962.3

申请日:

2012.03.30

公开号:

CN102761476B

公开日:

2015.01.14

当前法律状态:

有效性:

法律详情: 专利权人的姓名或者名称、地址的变更IPC(主分类):H04L 12/70变更事项:专利权人变更前:杭州华三通信技术有限公司变更后:新华三技术有限公司变更事项:地址变更前:310053 浙江省杭州市高新技术产业区之江科技园六和路310号变更后:310052 浙江省杭州市滨江区长河路466号|||授权|||实质审查的生效IPC(主分类):H04L 12/56申请日:20120330|||公开
IPC分类号: H04L12/70(2013.01)I; H04L29/08 主分类号: H04L12/70
申请人: 杭州华三通信技术有限公司
发明人: 胡国华
地址: 310053 浙江省杭州市高新技术产业区之江科技园六和路310号
优先权:
专利代理机构: 北京德琦知识产权代理有限公司 11018 代理人: 谢安昆;宋志强
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法律状态
申请(专利)号:

太阳城集团CN201210091962.3

授权太阳城集团号:

|||102761476B||||||

法律状态太阳城集团日:

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

法律状态类型:

太阳城集团专利权人的姓名或者名称、地址的变更|||授权|||实质审查的生效|||公开

摘要

本发明提供一种应用在网络设备上的负载均衡装置及方法,处理流程包括:A,收到报文后查询报文的目的IP地址是否在动态探测表中有对应的表项,如果没有则转B,如果有则从动态探测表中获得与该目的IP地址对应的ISP链路;B,在预设的ISP地址表中查询报文的目的IP地址所对应的ISP链路,将查询到的ISP链路作为当前ISP链路并转C;C,从当前ISP链路向所述目的IP地址发送探测报文,并检查目的IP地址的响应太阳城集团是否超过预设的阈值,如果否,则更新动态探测表。本发明有机地将静态表项与动态探测融合在一起,降低了设备的探测压力与维护成本。

权利要求书

1.一种负载均衡装置,应用于网络设备上,其中该网络设备包括多个作
为网络出口的ISP链路,该装置包括第一查询单元、第二查询单元以及探测
单元,其特征在于:
第一查询单元,用于在网络设备收到数据报文后,查询报文的目的IP地
址是否在动态探测表中有对应的表项,如果没有则转第二查询单元处理,如
果有则从动态探测表中获得与该目的IP地址对应的ISP链路;
第二查询单元,用于在预设的ISP地址表中查询报文的目的IP地址所对
应的ISP链路,将查询到的ISP链路作为当前ISP链路并通知探测单元发起
探测;
探测单元,用于从当前ISP链路向所述目的IP地址发送探测报文,并检
查目的IP地址对探测报文的响应太阳城集团是否超过预设的阈值,如果否,则更新
动态探测表。
2.如权利要求1所述的装置,其特征在于,所述探测单元进一步用于
如果在所述响应太阳城集团超过阈值时选择另一个ISP链路作为当前ISP链路重新
向所述目的IP地址发送探测报文。
3.如权利要求2所述的装置,其特征在于,所述探测单元,进一步用于
通过动态表项中的ISP链路向与ISP链路对应的目的IP地址发送探测报文,
并检查目的IP地址对探测报文的响应太阳城集团是否超过阈值,如果是则删除该表
项。
4.如权利要求1所述的装置,其特征在于,所述第二查询单元,进一步
用于如果查询不到与目的IP地址对应的ISP链路,则根据预设的规则选择一
个ISP链路作为当前ISP链路。
5.如权利要求1所述的装置,其特征在于,所述探测单元,进一步用于
在多个ISP链路上分别向动态探测表中的目的IP地址发送探测报文,比较各
个ISP链路上的响应太阳城集团,选择响应太阳城集团最短的ISP链路更新到动态探测表
中对应表项中。
6.一种负载均衡方法,应用于网络设备上,其中该网络设备包括多个作
为网络出口的ISP链路,该方法包括:
A、在网络设备收到数据报文后,查询报文的目的IP地址是否在动态探
测表中有对应的表项,如果没有则转步骤B,如果有则从动态探测表中获得
与该目的IP地址对应的ISP链路;
B、在预设的ISP地址表中查询报文的目的IP地址所对应的ISP链路,
将查询到的ISP链路作为当前ISP链路并转步骤C;
C、从当前ISP链路向所述目的IP地址发送探测报文,并检查目的IP地
址对探测报文的响应太阳城集团是否超过预设的阈值,如果否,则更新动态探测表。
7.如权利要求6所述的方法,其特征在于,步骤B进一步包括:
C1、如果在所述响应太阳城集团超过阈值时选择另一个ISP链路作为当前ISP
链路重新向所述目的IP地址发送探测报文。
8.如权利要求7所述的方法,其特征在于,步骤C进一步包括:
C2、通过动态表项中的ISP链路向与ISP链路对应的目的IP地址发送探
测报文,并检查目的IP地址对探测报文的响应太阳城集团是否超过阈值,如果是则
删除该表项。
9.如权利要求6所述的方法,其特征在于,步骤B进一步包括:
B1、如果查询不到与目的IP地址对应的ISP链路,则根据预设的规则选
择一个ISP链路作为当前ISP链路。
10.如权利要求6所述的方法,其特征在于,步骤C进一步包括:
C3、在多个ISP链路上分别向动态探测表中的目的IP地址发送探测报文,
比较各个ISP链路上的响应太阳城集团,选择响应太阳城集团最短的ISP链路更新到动态
探测表中对应表项中。

说明书

一种负载均衡的方法及装置

技术领域

本发明涉及一种负载均衡的方法及装置,尤其涉及一种多ISP出口的负
载均衡的方法及装置。

背景技术

在企业网应用中,很多网络规模较大的用户都会有两个或多个运营商
(ISP)出口(如中国电信与中国联通等)。企业用户希望在自己网络出口的
网关设备上实现多链路的负载均衡功能,同时也能避免某个ISP网络异常导
致企业员工无法互联网接入的问题。负载均衡就将出口的流量在多条链路上
根据某种算法进行负载分担。请参考图1所示的典型多ISP出口的企业组网
图,企业内网的PC个人用户需要访问Internet上的远程服务器的业务,PC
发出去的业务报文被企业网出口部署的负载均衡设备按某种算法在多条ISP
链路上选择较优的一条链路进行分发。目前主流的链路负载分担算法目前主
要有两种:

第一种是静态算法:根据远程服务器IP地址来判断是属于某个ISP网段
就直接分发到该ISP链路,也就是说远程服务器属于电信网段的走电信链路,
属于联通网段的走联通链路等。如果某个IP地址不属于任何一个ISP链路,
则根据其他算法(如轮转算法等)在各个ISP链路上进行分发。

然而由于ISP网段是经常会有变更的(多数是新增IP地址),因此如果
采用静态算法,则需要负载均衡设备经常维护ISP地址表,增大用户的维护
压力。一旦用户维护不够及时,可能导致访问新增IP地址的业务报文分错链
路从而影响用户业务体验,比如访问速度较慢。另外,如果某个ISP链路出
现质量问题(比如特定链路中断),静态算法缺乏链路探测机制而无法感知
到这样的变化,从而导致从该ISP链路访问相应的服务器都会出现业务中断。

第二种是动态算法:定期从每条链路向远程服务器发送链路探测报文,
根据探测报文回应的太阳城集团等因素来决定发往该服务器的报文应该走哪条链
路。比如ISP1链路回应的报文太阳城集团比从ISP2链路回应的要短,则后续报文
都从ISP1发出去。

动态算法解决了链路探测问题,但是动态算法有个最大缺陷在于负载均
衡设备探测压力过大。尤其当企业网络有比较多的ISP链路的时候,同时又
访问大量的远程服务器的业务情况下,网络出口的负载均衡设备需要针对每
一个远程服务器分别在多条链路上发起探测报文。因此这种情况下会导致负
载均衡设备同时处理大量的探测报文,并直接导致设备性能出现瓶颈从而影
响用户实际业务报文的发送,情况更严重的可能引起负载均衡设备完全不可
用的状况。

发明内容

有鉴于此,本发明提供一种负载均衡方法,应用于网络设备上,其中
该网络设备包括多个作为网络出口的ISP链路,该方法包括:

A、在网络设备收到数据报文后,查询报文的目的IP地址是否在动态探
测表中有对应的表项,如果没有则转步骤B,如果有则从动态探测表中获得
与该目的IP地址对应的ISP链路;

B、在预设的ISP地址表中查询报文的目的IP地址所对应的ISP链路,
将查询到的ISP链路作为当前ISP链路并转步骤C;

C、从当前ISP链路向所述目的IP地址发送探测报文,并检查目的IP地
址对探测报文的响应太阳城集团是否超过预设的阈值,如果否,则更新动态探测表。

本发明还提供一种负载均衡装置,应用于网络设备上,其中该网络设备
包括多个作为网络出口的ISP链路,该装置包括第一查询单元、第二查询单
元以及探测单元,其特征在于:

第一查询单元,用于在网络设备收到数据报文后,查询报文的目的IP地
址是否在动态探测表中有对应的表项,如果没有则转第二查询单元处理,如
果有则从动态探测表中获得与该目的IP地址对应的ISP链路;

第二查询单元,用于在预设的ISP地址表中查询报文的目的IP地址所对
应的ISP链路,将查询到的ISP链路作为当前ISP链路并通知探测单元发起
探测;

探测单元,用于从当前ISP链路向所述目的IP地址发送探测报文,并检
查目的IP地址对探测报文的响应太阳城集团是否超过预设的阈值,如果否,则更新
动态探测表。

通过以上的处理过程可以看出,一方面,本发明对远程服务器的探测仅
仅发生在内部用户首次访问某个远程服务器,网络设备的负担相较于现有技
术来说大幅度缩小。另一方面,由于探测机制的存在,对于ISP地址表的维
护工作频率可以大幅度降低,而且即便用户维护不及时,探测机制依然可以
保证选择到合适的ISP链路作为转发出口。因此本发明把两种方式有机融合
之后在性能和降低维护成本上都有大幅度的提升。

附图说明

图1是典型的多ISP出口的企业网络组网图。

图2是本发明一种实施方式中网络设备硬件架构图。

图3是本发明一种实施方式中负载均衡装置逻辑结构图。

图4是本发明一种实施方式中负载均衡方法流程图。

具体实施方式

本发明将融合静态表与动态探测的优点,规避掉两者固有的缺陷,取得
探测效果与负载均衡设备业务性能的较佳平衡。以下结合流程图以及结构图
来描述本发明较佳的实施方式。

请参考图3,以计算机软件实现为例,本发明的负载均衡装置应用于网
络设备上,该负载均衡装置包括第一查询单元、第二查询单元以及探测单元。
其中,第一查询单元主要负责动态探测表的查询,第二查询单元负责ISP地
址表的查询,而探测单元主要是用来维护动态探测表。该负载均衡装置是一
个逻辑装置,其所在的网络设备的硬件架构如图2所示,其中如果网络设备
是一台传统的路由器,转发芯片则可能不存在,转发任务可以由CPU执行计
算机软件实现的。如前所述,本实施方式中负载均衡的过程采用是由CPU执
行软件来实现的,以下将重点讲述这一过程。而数据报文进入网络设备到被
上送到CPU进行软件处理之前过程,以及软件层面处理之后怎样离开网络设
备的过程不再详细讲述,因为这一过程有众多的现有技术可以作为参考,本
发明的实现不依赖于这些更为底层的实现,为了更为简洁精准的描述本发明,
在以下描述中将这些底层的处理透明化。

请参考图4,在较佳的实施方式中,本发明负载均衡装置一般性的处理
流程包括以下步骤:

步骤101,在网络设备接收到数据报文后,查询报文的目的IP地址是否
在动态探测表中,如果是则转步骤102,如果否则转步骤103;

步骤102,从动态表中获得与该目的IP地址对应的ISP链路;

步骤103,在ISP地址表中查询报文的目的IP地址所对应的ISP链路;

步骤104,从当前ISP链路向所述目的IP地址发送探测报文;

步骤105,检查目的IP地址对探测报文的响应太阳城集团是否超过阈值,如果
是,则选择另一个ISP链路作为当前ISP链路并返回步骤104,如果否,则
更新动态探测表。

请参考表1,在本发明中动态探测表包括远程服务器IP地址以及对应的
ISP链路标识。表中的每一个表项表明了对一个远程服务器来说,有一个对
应的ISP链路对于用户访问来说是较佳的,处于可接受范围中的(后文将进
一步解释其中缘由)。

  远程服务器IP地址
  ISP链路
  223.2.0.13
  电信
  110.16.0.25
  联通
  111.160.0.7
  联通
  120.192.0.9
  移动
   ……
  ……
   ……
  ……

表1

当网络设备收到一个待转发的数据报文,该数据报文的目的IP是某个远
程服务器,如果该数据报文是企业网络内第一次访问该远程服务器的数据报
文,那么动态探测表中并不会存在相应表项。如果该数据报文并不是企业网
络第一次访问该远程服务器的数据报文,动态探测表中则可能存在对应的表
项。如果从动态探测表中找到了对应的ISP链路,则可以ISP链路可以作为
数据报文的转发出口。

当动态探测表中不能找到需要使用的ISP链路,此时需要借助ISP地址
表。ISP地址表的组织结构如表2所示,其可以采用与图1一样的结构。不
同的是,动态探测表初始的时为空;而ISP地址表初始时已经配置了相对完
整的表项内容,并且可以由网络管理侧定期来更新。值得注意的是,本发明
中表1的远程主机IP地址是一个32位的主机IP地址,而表2中则是通常是
一个IP地址段,因为各个ISP的拥有的地址资源往往是成段的,如果用单个
主机的地址来维护表2,表2的表项长度显然会太长,不利于节约网络设备
的硬件资源,更不利于表项的查询速度。同样的道理,表1也可以按照网段
的方式进行聚合以减少表项的内容。值得注意的是,在这里表1和表2中的
ISP链路标识只是示例性的,其实际上完全可以是网络设备的出接口或者下
一跳IP地址等其他标识,这个标识的作用是用来指导转发的,并无特殊限制。

  远程服务器IP地址
  ISP链路
  111.120.0.0/14
  电信
  111.124.0.0/16
  电信
  125.32.0.0/12
  联通
  139.9.0.0/16
  联通
  211.103.0.0/17
  移动
  211.136.0.0/13
  移动
  ……
  ……

表2

通常查询表2会从表项中得到与远程服务器的IP地址对应的ISP链路,
如果表2中也不存在具体表项,则可以采用一些预设的规则来选择一个ISP
链路来发送数据报文,预设的规则可以依据链路带宽,链路优先级等一个或
多个因素选择一个ISP链路。当然也可以采用一些简单的预设规则,比如表
2放入一个默认表项,所有没有精确匹配的都选择某一个默认的ISP链路(比
如出口带宽最高的ISP链路),就好像三层转发中的默认路由一样。在查询
表2获得ISP链路标识之后,负载均衡装置可以把这个告知网络设备的转发
单元去处理,具体细节不再描述。

在获得了ISP链路之后,就可以指导转发当前的数据报文了,但是这一
指导只是临时性的,因为当前这个ISP链路对于远程服务器来说未必是一个
较佳的转发出口。因此,步骤104的工作就是检查与确认这一临时性的指导。
从当前ISP链路上针对数据报文的目的IP地址(也就是远程服务器的IP地
址)发起探测,比如使用发送一个或者多个Ping报文的方式,同时启动一个
定时器来检查能否在定时器超时之前收到所述目的IP地址的回应。定时器的
超时太阳城集团即前文所述的阈值,它可以是基于经验预先设定的一个值,比如
512ms等。定时器超时之前如果收到该目的IP地址的回应,则说明当前这个
ISP链路对于当前这个远程服务器来说是一个较佳的出口ISP(未必是最佳出
口ISP),至少是用户业务层面上可接受的,因为响应太阳城集团小于用户可以容
仍的阈值,此时可以更新动态探测表中的表项。如前所述的那样,一旦动态
表项中有对应的表项,下次再有数据报文需要发送到同样的远程服务器,那
么就会在步骤102查询命中,不再需要重复探测。这里的更新表项很多时候
往往是保持表项内容不变,因为每收到一个待转发的数据报文都需要进行探
测,但是探测的结果可能一致,毕竟实际网络不会总是大幅度地发生变化,
新增IP地址段也并不是每时每刻都发生的事情。

需要注意的是,本发明向数据报文的目的IP地址发送探测报文与转发该
数据报文之间是不存在依赖关系的,两者是相互独立的。获得ISP链路之后
就可以同时进行转发与探测工作。从此前的描述过程可以看出,当前数据报
文的转发不需要参考当前的探测结果。显然当前的探测结果仅仅对转发下一
个以该远程服务器IP地址为目的IP地址的数据报文有意义。

如果定时器超时之后还没有收到目的IP地址的回应,则说明当前的ISP
链路可能不是较佳的通往所述远程服务器的转发出口。此时可以尝试其他从
其他ISP链路上针对同一个目的IP进行再次探测,即返回到步骤103去直到
找到一个较佳的ISP链路。如果对于一个远程服务器来说所有的ISP链路的
探测的回应太阳城集团都超过阈值,则返回。也就是说下一次再收到发送到该远程
服务器的数据报文,没有动态探测表项可以命中,本发明需要再次重复上述
步骤。当然,这种情况在实际业务中属于比较少见的情形,对网络设备的性
能影响较低。

对于企业内部的网络用户来说,经过一段太阳城集团互联网访问后,动态探测
表中的很多表项会相对固定起来。考虑到一些ISP链路可能出现故障或者优
先级降低的可能性,本发明的探测单元还可以定期对动态地址表进行检查。
比如说选择业务比较空闲的晚上或者凌晨时段或系统CPU利用率很低及接
口流量也很低的情况下对动态地址表中的各表项重新进行探测,如果探测中
发现某个远程服务器的响应太阳城集团超过阈值,则将对应ISP链路删除掉,可以
选择其他ISP再针对同一个远程服务器进行探测,也可以等待下次用户真实
的业务访问会来触发探测。另外,如果ISP地址表被用户更新之后,也可以
触发探测单元对动态探测表中的各个表项重新进行探测,因为有一部分ISP
地址表的更新可能使得部分动态探测表中的表项不再能够满足要求。

另外,如前所述,动态探测表中各个表项中的ISP链路对于对应的目的
IP地址来说未必是最优的,因此进一步来说,探测单元可以在空闲时段针对
目的IP地址在多个ISP链路上都发送探测报文,然后比较各个ISP链路上的
响应太阳城集团,选择响应太阳城集团最短的ISP更新到动态探测表中对应表项中。这样
一来网络设备能够在空闲太阳城集团,将动态探测表中各个表项进行更新,使得每
个表项中的ISP链路从较佳变为最优。

通过以上的处理过程可以看出,一方面,本发明对远程服务器的探测仅
仅发生在内部用户首次访问某个远程服务器,网络设备的负担相较于现有技
术来说大幅度缩小。另一方面,由于探测机制的存在,对于ISP地址表的维
护工作频率可以大幅度降低,而且即便用户维护不及时,探测机制依然可以
保证选择到合适的ISP链路作为转发出口。因此本发明把两种方式有机融合
之后在性能和降低维护成本上都有大幅度的提升。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本
发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在
本发明保护的范围之内。

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一种 负载 均衡 方法 装置
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