負(fù)載均衡配置及數(shù)據(jù)模式

文/李斌 趙中英 王敏

在現(xiàn)有的信息化發(fā)展時(shí)代下，硬件設(shè)備的使用年限周期都存在很大問題，硬件設(shè)備的成本也在逐年增加，針對(duì)這種問題，ETSI曾在12年提出了虛擬化的概念，這種網(wǎng)絡(luò)虛擬化類似于設(shè)備的解耦工作，將網(wǎng)絡(luò)功能和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行分割，將網(wǎng)絡(luò)層的虛擬化功能融入到客戶的業(yè)務(wù)服務(wù)鏈中，這種方式會(huì)使得數(shù)據(jù)鏈路層的帶寬和吞吐受到嚴(yán)重影響，負(fù)載均衡也應(yīng)運(yùn)而生。

1 相關(guān)工作

負(fù)載均衡的實(shí)現(xiàn)方案有很多種，傳統(tǒng)的負(fù)載均衡實(shí)現(xiàn)都是采用硬件方案來(lái)實(shí)現(xiàn)，硬件實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡在數(shù)據(jù)處理時(shí)效率高，但是存在擴(kuò)展性差，靈活性不夠的問題，且硬件實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡需要花費(fèi)很多的硬件設(shè)備，成本非常高。當(dāng)下，很多負(fù)載均衡的實(shí)現(xiàn)都是采用軟件方式進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，主要流行技術(shù)有LVS、DNS、Nginx等方式，基于軟件的負(fù)載均衡實(shí)現(xiàn)方式成本低廉，組成方式靈活，擴(kuò)展性高，在數(shù)據(jù)傳輸過程中存在需要占用必須的資源，對(duì)于NFV業(yè)務(wù)任然無(wú)法滿足條件?，F(xiàn)有的很多互聯(lián)網(wǎng)大型企業(yè)都采用多層負(fù)載處理，比較典型的有微軟公司的 Ananta，Duet，普林斯頓大學(xué)的Niagara和谷歌公司的 Maglev等，這些典型的方案都具有各自特點(diǎn)。綜上，現(xiàn)有的很多應(yīng)用場(chǎng)景都無(wú)法滿足NFV虛擬化場(chǎng)景的需求。

2 概述

2.1 架構(gòu)與處理流程

SDN網(wǎng)絡(luò)是一種軟件定義網(wǎng)絡(luò)，幾年來(lái)SDN網(wǎng)絡(luò)在很多領(lǐng)域都有很廣泛的應(yīng)用，SDN網(wǎng)絡(luò)不同于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的地方在于控制層和數(shù)據(jù)層的分離，從而達(dá)到網(wǎng)絡(luò)的靈活控制和數(shù)據(jù)的靈活傳輸，控制層和數(shù)據(jù)層的分離有利于控制層的集中控制和管理，但是隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的逐漸擴(kuò)大，SDN網(wǎng)絡(luò)在確定最佳控制器的位置時(shí)候存在很大難題，對(duì)于小型的SDN網(wǎng)絡(luò)，一個(gè)控制器即可完成所有的數(shù)據(jù)管理和轉(zhuǎn)發(fā)功能，但是網(wǎng)絡(luò)規(guī)模到了一定的程度，一個(gè)控制器不能滿足網(wǎng)絡(luò)流量的控制要求，對(duì)于多控制器的問題，目前也有很多成熟的方案，Koponen 等人、Heller 等人都針對(duì)這個(gè)問題提出不同的解決方案，但這些方案都存在NP問題，不能具體解決。

2.2 虛擬服務(wù)配置與管理

HVLB是目前比較流行的負(fù)載均衡處理技術(shù)，HVLB在業(yè)務(wù)處理時(shí)，不局限于單個(gè)業(yè)務(wù)供應(yīng)鏈，可以適用于多個(gè)業(yè)務(wù)請(qǐng)求連的情況，HVLB采用的五元組進(jìn)行信息的標(biāo)識(shí)，五元組信息實(shí)例標(biāo)識(shí)是（KEY、protocol、address、port、service），對(duì)應(yīng)于VSi={鍵值、協(xié)議、地址、端口、服務(wù)}。

3 控制器

控制器是HVLB系統(tǒng)的核心內(nèi)容，控制器的功能包括業(yè)務(wù)服務(wù)鏈的配置、負(fù)載均衡策略的分配，應(yīng)用服務(wù)器的選擇已經(jīng)相關(guān)網(wǎng)絡(luò)流量的監(jiān)控與分析。

3.1 虛擬服務(wù)配置與管理

HVLB系統(tǒng)主要完成以下四個(gè)方面的工作，轉(zhuǎn)發(fā)器的檢測(cè)、網(wǎng)絡(luò)鏈路檢測(cè)、計(jì)算資源檢測(cè)、session信息檢測(cè)，對(duì)于轉(zhuǎn)發(fā)器FR而言，需要處理很多的業(yè)務(wù)負(fù)載請(qǐng)求，同時(shí)將處理的狀態(tài)信息、處理結(jié)果、標(biāo)志等信息通過SIT接口進(jìn)行傳輸，CR作為控制管理器，對(duì)FR傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行分析，根據(jù)分析的結(jié)果判斷負(fù)載的性能狀態(tài)并作出負(fù)載調(diào)整；HVLB對(duì)于網(wǎng)絡(luò)鏈路狀態(tài)的檢測(cè)主要檢測(cè)鏈路的狀態(tài)和性能，通過FR-NF之間的鏈路性能參數(shù)進(jìn)行采集和傳輸，根據(jù)采集結(jié)果進(jìn)行策略制定和調(diào)整；對(duì)于資源的監(jiān)控，主要是計(jì)算業(yè)務(wù)鏈對(duì)于資源的使用情況，通過對(duì)資源使用情況的采集和分析，及時(shí)調(diào)整負(fù)載的側(cè)重點(diǎn)；對(duì)于session信息的監(jiān)控主要是將所要業(yè)務(wù)鏈上的業(yè)務(wù)信息進(jìn)行匯聚整理，將所有的鏈接信息進(jìn)行匯總反饋，及時(shí)調(diào)整鏈路負(fù)載，保證網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的有效傳輸。

4 結(jié)論

NFV和HVLB負(fù)載均衡的解決方案，可以實(shí)現(xiàn)虛擬化法負(fù)載業(yè)務(wù)分發(fā)和管理，實(shí)現(xiàn)了控制器和數(shù)據(jù)流量的解耦，在多業(yè)務(wù)鏈的虛擬環(huán)境下，保證了各業(yè)務(wù)鏈的業(yè)務(wù)請(qǐng)求的高效處理，負(fù)載均衡策略的調(diào)整和制定，保證了網(wǎng)絡(luò)的高性能下一步研究工作將著眼于系統(tǒng)的容量擴(kuò)展管理、容錯(cuò)處理方面的改進(jìn)，并進(jìn)一步在大規(guī)模數(shù)據(jù)中心環(huán)境下進(jìn)行部署與試商。