[发明专利]一种基于漏桶算法的动态负载均衡机制

说明书

技术领域

本发明属于通信技术领域，涉及一种基于漏桶算法的动态负载均衡机制。具体地说，利用网络处理器实现对于高层协议分析处理器的负载均衡功能，从而可以动态地反馈负载信息，实现发送到高层协议分析处理器上的数据流负载均衡。

背景技术

随着互联网业务数量和种类的不断发展，千兆高速网络的数据流量对网络监控系统的处理能力与计算强度提出了更高的要求，使得以往单一的设备无法完成大流量的信息分析任务。

采用网络处理器进行协议处理，可以满足高速率网络协议分析的需要，成为目前发展的一个方向。网络处理器是面向网络应用领域的特定应用指令处理器，是面向数据分组处理的、具有体系结构特征和特定电路的、软件可编程器件。它是一种专用于网络通信设备的通用芯片，其灵活的软件体系提供硬件级的处理性能是网络处理器的关键特性。在此软件结构上运行的主要有两种代码，微引擎代码(ME)和核代码(Core)。ME主要进行数据平面的快通道数据处理，实现高速数据包转发。Core主要完成与控制处理器相连，实现慢通道的异常数据包处理以及微引擎的管理与配置。

目前一个高容量的数据包过滤系统基于网络处理器的协议处理单元，以单板机作为高层协议分析处理器，利用先进电信运算架构的高性能，高集成度，在同一个机框中插入交换板，网络处理器板和服务器刀片从而实现数据包过滤功能。基于网络处理器的协议处理单元是该系统的一个子系统，在协议处理单元系统中，网络处理器负责所有数据的接收和发送，并进行底层协议的规则匹配过滤。对于需要进行高层协议分析、鉴权认证等的数据包需要交由单板机进行处理。系统中有多个单板机网元，为了能够均衡各个单板机的计算任务，充分利用系统计算和存储资源，减小任务执行时间，需要在单板机间进行有效的负载均衡。

负载均衡(Traffic Balancing)是指在一个集群系统中，通过一定的算法和逻辑，使得系统中的多个服务器或处理器能够获得与其处理能力相当的任务量，提高系统综合利用率，降低整体任务处理时间。负载均衡分为静态负载均衡和动态负载均衡两种。静态负载均衡是指提前知道任务和环境的各种数据，预先静态将任务量分配给相应的处理器，该方法实现简单，但不能跟踪系统状态变化，缺乏控制突发事件能力。动态负载均衡是指实时分析系统负载信息和处理器计算、存储等资源情况，动态地调度不同处理器间的任务量，实时轻载或重载，该方法能动态跟踪系统负载状态变化，实时调整，灵活有效利用系统资源。

基于状态检测的网络设备，一般只需要判断建立TCP连接的第一数据包。如果这个包是满足某种规则允许通过的，就为其分配一个高层协议分析的服务器转发，并将其所属的连接的所有数据包都发往上述指定的服务器而不进行规则匹配操作。这样如果能够使得高层的服务器在任意时刻所负担的连接数目与该服务器的处理能力成正比，那么整个系统的工作效率就可以处在一种很高的状态，处理数据包的速率也会达到最快。这样的过程就是基于连接的负载均衡过程。

图1表示了利用网络处理器实现的数据包过滤系统中负载均衡模块的位置和与各个模块的相互关系。负载均衡模块有两部分功能，即对于会话建立的SYN(同步字符，Synchronous character)包，分配一个负载最轻的SBC(单板机，single board compute)，以及对于所有的SBC，动态地监控目前的负载，是否过载以及负载的实时变化情况。

发明内容

本发明的目的是利用网络处理器实现的对于SBC的负载均衡。利用一种令牌桶算法来实现基于数据流的动态负载均衡过程，动态地反馈负载信息，实现发送到SBC上的数据流负载均衡。

为了实现上述目的，本发明的具体步骤如下：

第一步骤：初始化令牌桶。

由控制平面根据SBC下发的信息初始化令牌桶，即共有几个令牌桶，各个令牌桶包含多少令牌等信息。

本发明采用了动态负载均衡机制，网络处理器接收由SBC传来的消息，包括SBC是否过载，是否关闭，以及定期沟通心跳信息(即即时状态信息)。

如果接收到SBC的过载信息，就向数据平面的负载均衡模块发送过载的信息。数据平面收到过载信息，就将相应的令牌桶设置为过载状态，这时不能从该令牌桶中提取令牌，也不能查找它的令牌数的大小，但是可以回收令牌。

如果接收到SBC的关闭信息，就向数据平面的负载均衡模块发送关闭的信息。数据平面收到过载信息，就将相应的令牌桶设置为关闭状态，对应的令牌桶不可用。