專利名稱：負載均衡方法和負載均衡器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明總體上涉及計算機網(wǎng)絡，尤其涉及一種負載均衡方法和負載均衡器。
背景技術：
隨著計算機等技術的發(fā)展，網(wǎng)絡已遍及人們生活的各個角落。目前現(xiàn)有網(wǎng)絡的各個核心部分隨著業(yè)務量的提高，訪問量和數(shù)據(jù)流量也得以快速增長，對其處理能力和計算能力的需求也相應地增大，這使得單個服務器根本無法承擔。為了解決該問題，一種方法是扔掉現(xiàn)有設備而進行大量的硬件升級。這樣，一方面會造成現(xiàn)有資源的浪費，另一方面如果再一次面臨業(yè)務量提升時又將難以處理，我們知道即使性能再卓越的設備也不能滿足無限增長的業(yè)務需求，所以當業(yè)務量再提升時就又需要進行大量的硬件升級的高額成本投入，因此，該方法成本很高，而且隨著業(yè)務量提升，成本投入也不斷加大。另一種方法是使用多臺服務器來共同分擔業(yè)務量，即，多個服務器。可以將后端的多個物理服務器進行分組，每組服務器支持某種應用，并為該組服務器設置一個虛IP/端口(v_ip:v_p0rt)來對外提供服務，而且在域名服務器(DNQ中存儲的每個應用服務器地址就是該虛IP/端口，而不是真實的服務器地址。當客戶端要訪問服務器時，可以以v_ip v_port為目的IP/端口來發(fā)送數(shù)據(jù)包，根據(jù)該數(shù)據(jù)包中的目的IP/端口，在地址為 v_ip v_port的該組服務器中選擇一個實服務器，然后將連接請求發(fā)給該實服務器。在多個服務器中選擇一個實服務器，也即在各服務器間進行負載均衡，其目的是擴展現(xiàn)有網(wǎng)絡和服務器的帶寬、增加吞吐量、加強網(wǎng)絡數(shù)據(jù)處理能力、提高網(wǎng)絡的靈活性和可用性。當前，在服務器間對網(wǎng)絡數(shù)據(jù)流進行負載均衡的方法，比較常用的是4層負載均衡方法和7層負載均衡方法。下面介紹在NAT (Network Address ^Translate，網(wǎng)絡地址轉(zhuǎn)換)模式下4層負載均衡方法，如圖1所示，其包括步驟1)以從客戶端接收到的數(shù)據(jù)包的源IP/端口(c_ip:c_p0rt)和目的IP/端口(V_ip:V_port)為索引查找會話表(Session)，其中，所述kssion指用于記錄客戶端連接信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，v_ip:v_port指虛IP/端口，c_ip:c_p0rt指客戶端IP/端口 ；如果找到，轉(zhuǎn)到步驟4)；如果未找到，進行步驟2)選擇一臺實服務器作為目標服務器；步驟 3)在 kssion 中建立一條條目(v_ip:v_port/c_ip:c_port/r_ip:r_port)， 其中，r_ip:r_port指實服務器IP/端口 ；步驟4)根據(jù)kssion中與v_ip v_port/c_ip c_port對應的實服務器的IP和服務器端口(r_ip:r_p0rt)，把所述數(shù)據(jù)包的目的IP/端口修改為實服務器IP和服務器端 Π ；步驟幻計算該數(shù)據(jù)包的校驗和；步驟6)將數(shù)據(jù)包發(fā)給所述實服務器。上述是對進入數(shù)據(jù)流，即，從客戶端到服務器的數(shù)據(jù)流的處理方法。
如圖2所示，對于外出數(shù)據(jù)流，S卩，從服務器到客戶端的數(shù)據(jù)流的處理，按如下步驟1’)以從實服務器發(fā)出的數(shù)據(jù)包的源IP/端口(r_ip:r_p0rt)和目的IP/端口(c_ip:c_port)為索弓I查找 Session ；如果未找到，丟棄該數(shù)據(jù)包，否則步驟2’ )根據(jù)義^化！!中相應的條目，把該數(shù)據(jù)包的源IP/端口修改為虛IP和端口(v_ip:v_p0rt)；步驟3’)計算該數(shù)據(jù)包的校驗和；步驟4’)將所述數(shù)據(jù)包發(fā)送給客戶端。從上述可知，由于外出數(shù)據(jù)流的目的IP是客戶端IP，所以無法在客戶端配置主機或者網(wǎng)段路由(這是因為客戶端IP地址包含了互聯(lián)網(wǎng)各網(wǎng)段的IP地址，設定主機或者網(wǎng)段路由需要指定特定的IP地址或者網(wǎng)段匹配源IP地址，無法用少數(shù)幾條路由涵蓋所有客戶端IP)，而只能用默認路由處理(這是因為默認路由不需要指定特定的IP地址或者網(wǎng)段匹配源IP地址，可以用一條默認路由涵蓋所有客戶端)，所以實服務器的默認路由必須指向負載均衡器。由于通過默認路由，服務器IP地址和負載均衡器后端IP地址需要設置為相同的網(wǎng)段，路由信息只能根據(jù)2層MAC地址獲得，從而必須與負載均衡器2層互通。2層互通也即在OSI網(wǎng)絡模型中的數(shù)據(jù)鏈路層連通，這將導致所有的實服務器都在一個廣播域中，如果所有的實服務器并非都在一個廣播域中，例如在不同交換機的 VLAN(Virtual LAN，虛擬局域網(wǎng))中，那么需要打VLAN Trunk(VLAN Trunk是讓連接在不同交換機上的相同VLAN中的主機2層互通的技術)，并且還要在后端實服務器的同一塊網(wǎng)卡上綁定多個IP地址通過策略路由實現(xiàn)和負載均衡器的3層互通。這將使機房的網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)和RS配置的復雜化，從而導致維護困難。目前解決上述問題的方法是采用7層負載均衡技術。但是此方法修改了客戶端的 IP地址，即將客戶端IP地址修改為7層負載均衡器的后端IP地址，使得后端RS只能看到 7層負載均衡器的后端IP地址，由于常常需要對客戶的行為進行分析，而對客戶的行為進行分析是基于日志進行的，可是采用此方法，RS根本看不到客戶端IP地址，也就是說，在日志中不存在客戶端IP地址的影子，因此導致對客戶行為的分析難以進行。其他7層負載均衡針對該問題的解決方案是將客戶端IP地址放入HTTP頭部X-Forwarded-For選項中，需要后端RS上的應用程序解析HTTP頭，因此需要修改應用程序而導致復雜性增大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的主要技術問題是提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)跨網(wǎng)段互聯(lián)的負載均衡方法和負載均衡器。為了解決上述問題，本發(fā)明負載均衡方法的技術方案為其使用會話表來存儲客戶端IP/端口和虛IP/端口，并在所述會話表中增加了存儲后端IP/端口的項，對于進入數(shù)據(jù)流處理步驟包括步驟(10)，在該步驟(10)中以從客戶端接收到的進入數(shù)據(jù)包的進入數(shù)據(jù)流源IP/ 端口和進入數(shù)據(jù)流目的IP/端口為索引查找所述會話表；如果未找到，執(zhí)行步驟(20)，在該步驟00)中選擇一臺實服務器作為目標服務器；否則執(zhí)行步驟(50)；在步驟00)之后執(zhí)行步驟(30)，在該步驟(30)中選擇后端IP和后端端口 ；
步驟(40)，在該步驟00)中根據(jù)所選擇的目標服務器、后端IP和后端端口在會話表中建立一條條目，所述條目包括虛IP/端口、客戶端IP/端口、實服務器IP/端口和后端 IP/端口 ；步驟(50)，在該步驟(50)中根據(jù)會話表中的相應條目，把所述進入數(shù)據(jù)包的進入數(shù)據(jù)流目的IP/端口修改為實服務器IP/端口，以及把所述進入數(shù)據(jù)包的進入數(shù)據(jù)流源IP/ 端口修改為后端IP/端口 ；步驟(60)，在該步驟(60)中計算所述進入數(shù)據(jù)包的校驗和；步驟(70)，在該步驟(70)中將計算過校驗和的進入數(shù)據(jù)包發(fā)給所述實服務器。對于外出數(shù)據(jù)流處理步驟包括步驟(10’)，在該步驟(10’ )中以從所述實服務器接收的外出數(shù)據(jù)包的外出數(shù)據(jù)流源IP/端口和外出數(shù)據(jù)流目的IP/端口為索引查找所述會話表；如果未找到，丟棄所述外出數(shù)據(jù)包；否則執(zhí)行步驟00’)，在該步驟00’ )中根據(jù)所述會話表中的相應條目，把所述外出數(shù)據(jù)包的外出數(shù)據(jù)流源IP/端口修改為虛IP/端口并把所述外出數(shù)據(jù)包的外出數(shù)據(jù)流目的IP/端口修改為客戶端IP/端口 ；步驟(30’)，在該步驟(30’ )中計算所述外出數(shù)據(jù)包的校驗和；步驟00’)，在該步驟00’)中將計算過校驗和的外出數(shù)據(jù)包發(fā)送給所述客戶端。其中，所述步驟O0)進一步包括步驟O01)，在該步驟O01)中將所有實服務器的IP地址和端口以及當前負載通過列表組織起來；步驟002)，在該步驟Q02)中將采用輪詢算法在所述列表中順次選擇所述實服務器IP地址和端口。此外，所述步驟(30)進一步包括步驟(301)，在步驟(301)中采用輪詢算法選擇一個后端IP ；步驟(302)，在步驟(302)中采用輪詢算法選擇一個后端端口 ；步驟(303)，在步驟(30 中在所述會話表中查找所選擇的后端IP/端口，若找到， 則轉(zhuǎn)到步驟(302)。優(yōu)選地，在所述步驟(50)后還包括步驟(51)，在步驟(51)中將所述相應條目中的客戶端IP/端口作為新的TCP選項條目添加在數(shù)據(jù)報TCP頭中。所述校驗和包括IP頭部校驗和以及TCP頭部校驗和。所述會話表還包括流量統(tǒng)計、自旋鎖和標志位。相應地，本發(fā)明負載均衡器的技術方案包括存儲客戶端IP/端口和虛IP/端口的會話表，所述會話表還包括存儲后端IP/端口的項，所述負載均衡器還包括如下用于處理進入數(shù)據(jù)流的單元進入數(shù)據(jù)流查找單元，以從客戶端接收到的進入數(shù)據(jù)包的進入數(shù)據(jù)流源IP/端口和進入數(shù)據(jù)流目的IP/端口為索引查找所述會話表；選擇實服務器單元，用于選擇一臺實服務器作為目標服務器；選擇后端IP和后端端口單元，用于選擇后端IP和后端端口 ；建立條目單元，用于根據(jù)所選擇的目標服務器、后端IP和后端端口在會話表中建
6立一條條目，所述條目包括虛IP/端口、客戶端IP/端口、實服務器IP/端口和后端IP/端
π ；進入數(shù)據(jù)流修改單元，用于根據(jù)會話表中的相應條目，把所述進入數(shù)據(jù)包的進入數(shù)據(jù)流目的IP/端口修改為實服務器IP/端口，以及把所述進入數(shù)據(jù)包的進入數(shù)據(jù)流源IP/ 端口修改為后端IP/端口 ；進入數(shù)據(jù)流校驗單元，用于計算所述進入數(shù)據(jù)包的校驗和；進入數(shù)據(jù)流發(fā)送單元，用于將計算過校驗和的進入數(shù)據(jù)包發(fā)給所述實服務器；其中，如果所述進入數(shù)據(jù)流查找單元的結(jié)果為否，則觸發(fā)所述選擇實服務器單元，否則觸發(fā)所述進入數(shù)據(jù)流修改單元；所述選擇實服務器單元連接所述選擇后端IP和后端端口單元，其進而連接所述建立條目單元；所述建立條目單元連接所述進入數(shù)據(jù)流修改單元，其進而連接所述進入數(shù)據(jù)流校驗單元后連接所述進入數(shù)據(jù)流發(fā)送單元。此外，本發(fā)明負載均衡器還包括下列處理外出數(shù)據(jù)流的單元外出數(shù)據(jù)流查找單元，用于以從所述實服務器接收的外出數(shù)據(jù)包的外出數(shù)據(jù)流源 IP/端口和外出數(shù)據(jù)流目的IP/端口為索引查找所述會話表；外出數(shù)據(jù)流修改單元，用于根據(jù)所述會話表中的相應條目，把所述外出數(shù)據(jù)包的外出數(shù)據(jù)流源IP/端口修改為虛IP/端口并把所述外出數(shù)據(jù)包的外出數(shù)據(jù)流目的IP/端口修改為客戶端IP/端口 ；外出數(shù)據(jù)流校驗單元，用于計算所述外出數(shù)據(jù)包校驗和；外出數(shù)據(jù)流發(fā)送單元，用于將所述外出數(shù)據(jù)包發(fā)送給客戶端；其中，如果所述外出數(shù)據(jù)流查找單元的結(jié)果為否，則丟棄所述數(shù)據(jù)包，否則觸發(fā)所述外出數(shù)據(jù)流修改單元；所述外出數(shù)據(jù)流修改單元連接所述外出數(shù)據(jù)流校驗單元，其進而連接所述外出數(shù)據(jù)流發(fā)送單元。另外，本發(fā)明負載均衡器還包括TCP選項添加單元，用于將所述相應條目中的客戶端IP/端口作為新的TCP選項條目添加在數(shù)據(jù)報TCP頭中。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明負載均衡方法和負載均衡器的有益效果為首先，由于本發(fā)明采用了兩次NAT轉(zhuǎn)換，即SNAT和DNAT，實現(xiàn)了跨網(wǎng)段互聯(lián)，從而不需要采用昂貴的7層負載均衡設備，扔掉現(xiàn)有設備進行大量硬件升級，也不需要設計復雜的網(wǎng)絡拓撲就能夠提高網(wǎng)絡數(shù)據(jù)流處理能力。其次，由于本發(fā)明把客戶端IP/端口作為新的TCP選項條目添加在數(shù)據(jù)報TCP頭， 所以應用程序不需要修改就可以獲得客戶端IP地址，便于大規(guī)模的應用程序遷移。


下面參考結(jié)合附圖所進行的下列描述以便更透徹地理解本公開內(nèi)容，在附圖中圖1是現(xiàn)有技術負載均衡方法對進入數(shù)據(jù)流的處理的流程圖；圖2是現(xiàn)有技術負載均衡方法對外出數(shù)據(jù)流的處理的流程圖3是本發(fā)明負載均衡方法對進入數(shù)據(jù)流的處理的流程圖；圖4是本發(fā)明負載均衡方法對外出數(shù)據(jù)流的處理的流程圖；圖5是本發(fā)明負載均衡器對進入數(shù)據(jù)流進行處理的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是本發(fā)明負載均衡器對外出數(shù)據(jù)流進行處理的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖7是包括兩臺負載均衡器的示例的示意圖。
具體實施例方式下面將詳細描述本發(fā)明的具體實施例，但本發(fā)明并不限于下述具體實施例。如圖3所示，本發(fā)明負載均衡方法，使用會話表來存儲客戶端IP/端口和虛IP/端口，在所述會話表中增加存儲后端IP/端口的項，例如下表1所示
權利要求
1.一種負載均衡方法，使用會話表來存儲客戶端IP/端口和虛IP/端口，其特征在于， 在所述會話表中增加存儲后端IP/端口的項，對于進入數(shù)據(jù)流處理步驟包括步驟(10)，在該步驟(10)中以從客戶端接收到的進入數(shù)據(jù)包的進入數(shù)據(jù)流源IP/端口和進入數(shù)據(jù)流目的IP/端口為索引查找所述會話表；如果未找到，執(zhí)行步驟(20)，在該步驟00)中選擇一臺實服務器作為目標服務器；否則執(zhí)行步驟(50)；在步驟00)之后執(zhí)行步驟(30)，在該步驟(30)中選擇后端IP和后端端口 ； 步驟(40)，在該步驟00)中根據(jù)所選擇的目標服務器、后端IP和后端端口在會話表中建立一條條目，所述條目包括虛IP/端口、客戶端IP/端口、實服務器IP/端口和后端IP/ 端□；步驟(50)，在該步驟(50)中根據(jù)會話表中的相應條目，把所述進入數(shù)據(jù)包的進入數(shù)據(jù)流目的IP/端口修改為實服務器IP/端口，以及把所述進入數(shù)據(jù)包的進入數(shù)據(jù)流源IP/端口修改為后端IP/端口 ；步驟(60)，在該步驟(60)中計算所述進入數(shù)據(jù)包的校驗和；步驟(70)，在該步驟(70)中將計算過校驗和的進入數(shù)據(jù)包發(fā)給所述實服務器。
2.如權利要求1所述的負載均衡方法，其特征在于，對于外出數(shù)據(jù)流處理步驟包括 步驟(10’)，在該步驟(10’ )中以從所述實服務器接收的外出數(shù)據(jù)包的外出數(shù)據(jù)流源IP/端口和外出數(shù)據(jù)流目的IP/端口為索弓I查找所述會話表；如果未找到，丟棄所述外出數(shù)據(jù)包；否則執(zhí)行步驟00’)，在該步驟00’ )中根據(jù)所述會話表中的相應條目，把所述外出數(shù)據(jù)包的外出數(shù)據(jù)流源IP/端口修改為虛IP/端口并把所述外出數(shù)據(jù)包的外出數(shù)據(jù)流目的IP/端口修改為客戶端IP/端口 ； 步驟(30’)，在該步驟(30’ )中計算所述外出數(shù)據(jù)包的校驗和； 步驟00’)，在該步驟00’ )中將計算過校驗和的外出數(shù)據(jù)包發(fā)送給所述客戶端。
3.如權利要求2所述的負載均衡方法，其特征在于，所述步驟O0)進一步包括 步驟001)，在該步驟O01)中將所有實服務器的IP地址和端口以及當前負載通過列表組織起來；步驟002)，在該步驟Q02)中將采用輪詢算法在所述列表中順次選擇所述實服務器 IP地址和端口。
4.如權利要求3所述的負載均衡方法，其特征在于，所述步驟(30)進一步包括 步驟(301)，在步驟(301)中采用輪詢算法選擇一個后端IP ；步驟(302)，在步驟(302)中采用輪詢算法選擇一個后端端口 ； 步驟(303)，在步驟(30 中在所述會話表中查找所選擇的后端IP/端口，若找到，則轉(zhuǎn)到步驟(302)。
5.如權利要求1至3任一項所述的負載均衡方法，其特征在于，在所述步驟(50)后還包括步驟(51)，在步驟(51)中將所述相應條目中的客戶端IP/端口作為新的TCP選項條目添加在數(shù)據(jù)報TCP頭中。
6.如權利要求5所述的負載均衡方法，其特征在于，所述校驗和包括IP頭部校驗和以及TCP頭部校驗和。
7.如權利要求6所述的負載均衡方法，其特征在于，所述會話表還包括流量統(tǒng)計、自旋鎖和標志位。
8.一種負載均衡器，包括存儲客戶端IP/端口和虛IP/端口的會話表，其特征在于，所述會話表還包括存儲后端IP/端口的項，所述負載均衡器還包括如下用于處理進入數(shù)據(jù)流的單元進入數(shù)據(jù)流查找單元，以從客戶端接收到的進入數(shù)據(jù)包的進入數(shù)據(jù)流源IP/端口和進入數(shù)據(jù)流目的IP/端口為索引查找所述會話表；選擇實服務器單元，用于選擇一臺實服務器作為目標服務器； 選擇后端IP和后端端口單元，用于選擇后端IP和后端端口 ； 建立條目單元，用于根據(jù)所選擇的目標服務器、后端IP和后端端口在會話表中建立一條條目，所述條目包括虛IP/端口、客戶端IP/端口、實服務器IP/端口和后端IP/端口；進入數(shù)據(jù)流修改單元，用于根據(jù)會話表中的相應條目，把所述進入數(shù)據(jù)包的進入數(shù)據(jù)流目的IP/端口修改為實服務器IP/端口，以及把所述進入數(shù)據(jù)包的進入數(shù)據(jù)流源IP/端口修改為后端IP/端口 ；進入數(shù)據(jù)流校驗單元，用于計算所述進入數(shù)據(jù)包的校驗和； 進入數(shù)據(jù)流發(fā)送單元，用于將計算過校驗和的進入數(shù)據(jù)包發(fā)給所述實服務器；其中， 如果所述進入數(shù)據(jù)流查找單元的結(jié)果為否，則觸發(fā)所述選擇實服務器單元，否則觸發(fā)所述進入數(shù)據(jù)流修改單元；所述選擇實服務器單元連接所述選擇后端IP和后端端口單元，其進而連接所述建立條目單元；所述建立條目單元連接所述進入數(shù)據(jù)流修改單元，其進而連接所述進入數(shù)據(jù)流校驗單元后連接所述進入數(shù)據(jù)流發(fā)送單元。
9.如權利要求8所述的負載均衡器，其特征在于，還包括下列處理外出數(shù)據(jù)流的單元 外出數(shù)據(jù)流查找單元，用于以從所述實服務器接收的外出數(shù)據(jù)包的外出數(shù)據(jù)流源IP/端口和外出數(shù)據(jù)流目的IP/端口為索引查找所述會話表；外出數(shù)據(jù)流修改單元，用于根據(jù)所述會話表中的相應條目，把所述外出數(shù)據(jù)包的外出數(shù)據(jù)流源IP/端口修改為虛IP/端口并把所述外出數(shù)據(jù)包的外出數(shù)據(jù)流目的IP/端口修改為客戶端IP/端口 ；外出數(shù)據(jù)流校驗單元，用于計算所述外出數(shù)據(jù)包校驗和； 外出數(shù)據(jù)流發(fā)送單元，用于將計算過校驗和的外出數(shù)據(jù)包發(fā)送給客戶端；其中， 如果所述外出數(shù)據(jù)流查找單元的結(jié)果為否，則丟棄所述數(shù)據(jù)包，否則觸發(fā)所述外出數(shù)據(jù)流修改單元；所述外出數(shù)據(jù)流修改單元連接所述外出數(shù)據(jù)流校驗單元，其進而連接所述外出數(shù)據(jù)流發(fā)送單元。
10.如權利要求9所述的負載均衡器，其特征在于，還包括TCP選項添加單元，用于將所述相應條目中的客戶端IP/端口作為新的TCP選項條目添加在數(shù)據(jù)報TCP頭中。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種負載均衡方法和負載均衡器。本發(fā)明負載均衡方法使用會話表來存儲客戶端IP/端口和虛IP/端口，在所述會話表中增加存儲后端IP/端口的項，對于進入數(shù)據(jù)流，若在所述會話表中找不到以進入數(shù)據(jù)流源IP/端口和進入數(shù)據(jù)流目的IP/端口為索引的條目，則選擇實服務器、后端IP和后端端口，并在會話表中建立一條條目，該條目包括虛IP/端口、客戶端IP/端口、實服務器IP/端口和后端IP/端口，然后根據(jù)會話表中的相應條目，把所述進入數(shù)據(jù)包的進入數(shù)據(jù)流目的IP/端口修改為實服務器IP/端口，以及把所述進入數(shù)據(jù)包的進入數(shù)據(jù)流源IP/端口修改為后端IP/端口，即進行兩次NAT轉(zhuǎn)換；對于外出數(shù)據(jù)流也同樣進行兩次NAT轉(zhuǎn)換。因此，采用本發(fā)明的技術方案能夠?qū)崿F(xiàn)跨網(wǎng)段互聯(lián)。
文檔編號H04L29/08GK102255932SQ201010184118
公開日2011年11月23日 申請日期2010年5月20日 優(yōu)先權日2010年5月20日
發(fā)明者吳佳明, 孫垚光, 李聞, 田燕, 陳建 申請人:百度在線網(wǎng)絡技術(北京)有限公司