CN103152284A - 一种路由器多径输出智能负载均衡的方法及路由器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种路由器多径输出智能负载均衡的方法及路由器，根据路由器的多条优先级相同的默认路由生成相应网段的静态路由并对静态路由设置标识值，计算多条静态路由的权值，以权值为依据进行负载均衡，指定下一跳，来决定流量的出口，并且定期自动计算所述生成的静态路由的时延，更新各路由的权值，动态的适应线路的忙闲变化，使得路由器可以根据每一条线路上实时流量，动态调整权重，合理分配不同流量到合适的线路上，克服了传统多线路中，无论线路忙闲，流量都走固定线路的弊端，大大的提高了线路带宽利用率，并且极大的改善了上网体验。

Description

一种路由器多径输出智能负载均衡的方法及路由器

技术领域

本发明涉及通讯技术领域，尤其涉及一种路由器多径输出智能负载均衡的方法及路由器。

背景技术

图1为一种能够实现负载均衡的组网结构，该种组网模式常用于网吧、酒店、学校、小区接入等场合。多个用户终端通过链路1、链路2等多条链路访问网络服务器，由于多条链路连接相同的宽带路由器，从宽带路由器到达网络服务器可以生成多条等价链路，即多条代价相同的路由。现有技术中，来自于同一用户终端的数据流走同一链路，使得每个用户终端的所有数据流都走相同的链路到达网络服务器的同一接口。该种实现方式通过在宽带路由器上配置策略路由，对用户终端出接口进行设置，但该种方式策略路由使用复杂且无法动态适应网络结构的变化，一旦网络结构发生变化就需要重新对策略路由进行配置；此外，该种方式容易出现单线路故障带来的网络可用性风险和网络带宽不足带来的网络访问问题，因此用户往往会租用多条线路。面对多线路的情况，用户需要合理运用多条线路的功能，使得来自于同一用户终端的数据流在宽带路由器进行负载均衡，即一部分数据流走链路1、一部分数据流走链路2，一部分数据可以选择其他等价链路，既不造成线路资源的浪费，又能实现网络服务质量的提升。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提出一种路由器多径输出智能负载均衡的方法及路由器，以解决单线路故障带来的网络可用性风险和网络带宽不足带来的网络访问问题。

一种路由器多径输出智能负载均衡的方法，其特征在于，包括如下步骤：

获取待转发数据流；

如果所述数据流没有匹配到状态表，且存在N条优先级相同的默认路由时，根据所述默认路由生成相应网段的静态路由及下一跳并对每条静态路由设置标识值，计算所述N条静态路由的当前权值；

根据所述N条静态路由的当前权值，指定下一跳，建立状态表；

刷新对应路由标识值，从指定出接口转发数据；

其中，所述N为大于等于2的整数，所述下一跳对应默认路由的下一跳。

进一步地，所述静态路由是以目的地址的A、B、C类网络地址作为路由的目的网络。

进一步地，所述优先级相同的N条默认路由的初始权值相同。

进一步地，该方法还包括对所述静态路由进行定期老化处理的步骤，具体包括：

S1：设置定时时间；

S2：触发定时事件，遍历所有具有标识值的静态路由，如果标识值为1，则置该值0；如果标识值为0，则删除该路由。

进一步地，所述计算所述N条静态路由的当前权值包括，

S1：根据选定路由的下一跳创建一条新流表；

S2：记录该流表的时延并设置最大时延阈值，所述该流表的时延指该条流发包及回包时***记录的时间的差值；

S3：计算每条路由的时延，所述路由时延指该流表记录的时延与路由中当前记录的时延的平均值；

S4：设置定时时间；

S5：触发定时事件，计算最大时延阈值与每条路由时延的比值，取整数作为对应路由的权值。

进一步地，所述根据所述N条路由的当前权值，指定下一跳，建立状态表包括，

统计所述N条路由的当前权值；

首先从所述权值中选出最小的权值，然后从剩余权值中每次选择一个权值依次相加，生成一个数据队列，根据所述数据队列生成一个包括N个相邻取值区间的队列；

生成一个随机数，查找所述随机数所处的取值区间，以所述取值区间最大值对应的下一跳作为数据流传输的下一跳；

根据数据流中指定粒度，建立状态表，记录出接口；

其中，所述随机数为生成的数据队列中的任意值。

进一步地，，所述数据流中指定粒度包括数据包的源IP和目的IP组成的IP对；或者，数据包的协议类型、目的地址、目的端口、源地址和源端口组成的五元组信息。

进一步地，，如果所述数据流匹配到状态表，根据状态表指定的下一跳转发数据包。

相应地，本发明还公开一种路由器，所述路由器包括，

获取模块，用于获取待转发数据流；

匹配模块，用于将待转发数据流与状态表表项进行匹配；

设置模块，用于当所述数据流没有匹配到状态表，且存在N条优先级相同的默认路由时，根据所述默认路由生成相应网段的静态路由及下一跳并对每条静态路由设置标识值；

第一计算模块，用于计算所述N条静态路由的当前权值；

第二计算模块，用于根据所述N条路由的当前权值，指定下一跳，建立状态表；

转发模块，用于从指定出接口转发数据；

其中，所述N为大于等于2的整数，所述下一跳对应默认路由的下一跳。

进一步地，所述静态路由是以目的地址的A、B、C类网络地址作为路由的目的网络。

进一步地，所述优先级相同的N条默认路由的初始权值相同。

本发明的技术方案根据路由器的多条优先级相同的默认路由生成相应网段的静态路由并对静态路由设置标识值，计算多条静态路由的权值，以权值为依据，通过负载均衡算法来决定流量的出口，并且定期计算所述生成的静态路由的时延，更新各路由的权值，动态的适应线路的忙闲变化，从而实现网络服务质量的提升。

附图说明

图1为一种实现负载均衡的组网结构示意图；

图2为本发明实施例提供的路由器多径输出智能负载均衡的方法流程图；

图3为本发明实施例的计算N条路由的当前权值的方法流程图；

图4为本发明实施例的负载均衡算法的方法流程图；

图5为本发明实施例的静态路由老化流程图；

图6为本发明实施例提供的路由器的结构框图。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以详细说明。

图2为本发明实施例提供的路由器多径输出智能负载均衡的方法流程图。如图2所示，该方法包括如下步骤：

步骤101：获取待转发数据流。

各用户终端发送数据流到宽带路由器，等待宽带路由器将数据转发到目的地址。

步骤102：判断所述待转发数据流是否匹配到状态表，若是，执行步骤108；否则，执行步骤103。

状态表表项中包括相互关联保存的用户终端特征信息和对应于宽带路由器的多条等价链路的出接口信息。所述用户终端特征信息是指能够唯一标识发送数据流的终端用户的信息，用于区别于其他终端用户。例如数据流携带的源IP地址等。出接口是为用于转发数据流的出接口标识，或者为出接口标识及下一跳路由地址。对于某些虚拟接口，通过接口标识无法决定要转发数据流的物理地址，这种情况下需要将出接口及下一跳路由地址绑定来确定实际的物理端口。

步骤103：所述待转发数据流匹配到N条优先级相同的路由，根据所述默认路由生成相应网段的静态路由及下一跳并对每条静态路由设置标识值。所述下一跳对应默认路由的下一跳。

所述静态路由目的网段相同，优先级相同，下一跳为对应默认路由的下一跳，初始权重为对应默认路由的当前权重，并且为该数据流指定下一跳。所述静态路由是以目的地址的A、B、C类网络地址作为路由的目的网络。

所述优先级相同的路由是指两条或者两条以上的等价路由，即能够到达目的地址且代价近似相同的路由。如果不存在多条优先级相同的路由，也就无法实现负载均衡。假如根据具体的网络拓扑结构就可以确定来自不同终端的所有报文都只发送给一个目的地址，则必然存在N条优先级相同的路由，该种情况下也不需要在进行匹配。

步骤104：计算所述N条静态路由的当前权值。

图3为本发明实施例的计算N条路由的当前权值的方法流程图，具体流程包括：

所述计算所述N条静态路由的当前权值包括，

步骤1041：根据选定路由的下一跳创建一条新流表；

步骤1042：记录该流表的时延并设置最大时延阈值，所述该流表的时延指该条流发包及回包时***记录的时间的差值；

在转发第一个包查找路由表时，将当前***时间记录在状态表中。收到该流的第一个回包时，记录收到包的当前***时间。以时间差作为该流表的时延，预设流表最大时延阈值，如果该时延差值大于预设流表最大时延阈值（例如5000ms），置该时延为预设流表最大时延阈值（5000ms）。

步骤1043：计算每条路由时延，所述路由时延指该流表记录的时延与路由中当前记录的时延的平均值；

这里需要说明的是，路由器当前记录的时延是随着数据流量的转发不断变化的。本实施例中，路由器初始时延设置为1ms，随着数据不断被转发，路由器记录的路由时延不断更新。每次再转发数据流后，计算静态路由当前权值时，每条静态路由时延指根据指定路由下一跳创建新流表记录的时延和路由器更新的路由时延的平均值。

步骤1044：设置定时时间；

步骤1045：触发定时事件，计算最大时延阈值与每条路由时延的比值，取整数作为对应路由的权值，执行步骤S1044。

本实施例中，以预设流表最大时延阈值（5000ms）除以每条路由时延，取整作为该路由权值。

步骤105：根据所述N条路由当前权值，指定下一跳，建立状态表。

该步骤利用负载均衡算法指定下一跳，建立状态表。图4为本发明实施例的负载均衡算法的方法流程图。该方法具体包括：

步骤1051：统计所述N条路由的当前权值。

步骤1052：首先从所述权值中选出最小的权值，然后从剩余权值中每次选择一个权值依次相加，生成一个数据队列，根据所述数据队列生成一个包括N个相邻取值区间的队列。例如，N条路由的权值分别为k1、k2、k3......kn；选出最小的权值k1用X1表示，然后从剩余的权值中任意选择一个，与所述最小的权值X1相加，得到X2；然后从剩余的权值中任意选择一个，与X2相加，得到X3,以此类推，得到一个X1、X2、X3......Xn的数据队列,根据所述数据队列生成一个包括N个相邻取值区间的区间队列，即[0X1]、[X1X2]、[X2X3]......[Xn-1Xn]。

所述步骤1052只是一个具体的例子。对于生成包括N个相邻取值区间的队列的过程，选择第一个权值可以为N条路由的权值中的任意一个，用X1表示，然后从剩余的权值中任意选择一个，与所述最小的权值X1相加，得到X2；然后从剩余的权值中任意选择一个，与X2相加，得到X3,以此类推......，这样形成的相邻取值区间的值可能不同，但只需要改变后续生成随机数的范围，同样能够实现负载均衡。

步骤1053：生成一个随机数，查找所述随机数所处的取值区间，以所述取值区间最大值对应的下一跳作为数据流传输的下一跳。

生成一个随机数P，P的取值范围为1到Xn；查找P处在哪一个取值区间内，找到对应取值区间以该区间最大值对应的下一跳作为流的指定下一跳，建立状态表，记录出接口。所述随机数P可以采用随机数生成算法得到。

这里要说明的是P所处取值区间最大值对应的下一跳即得到该最大值对应的路由权值，选择该条路由作为下一跳。

步骤1054：根据数据流中指定粒度，建立状态表，记录出接口。

所述数据流中指定粒度包括数据包的源IP和目的IP组成的IP对；或者，数据包的协议类型、目的地址、目的端口、源地址和源端口组成的五元组信息。所述状态表表项中记录相互关联保存的用户终端数据包的的源IP和目的IP组成的IP对与路由器多条等价链路的出接口信息；或者记录相互关联保存的用户终端数据包的协议类型、目的地址、目的端口、源地址和源端口组成的五元组信息与路由器多条等价链路的出接口信息。

步骤106：刷新对应路由标识值。

这里需要说明的是，对于每条静态路由的标识值的设定可以根据实际情况进行设置，主要是为了后续静态路由老化处理的需要。本实施例中，将从指定出接口转发数据的路由的标志值标记为1。

步骤107：从指定出接口转发数据。

根据数据流中指定粒度找到对应出接口，发送数据。

步骤108：根据状态表指定的下一跳转发数据包。

具体地，假设在图1所示的组网结构中，宽带路由器配置3个接口到网络服务器，形成3条优先级相同的路由，分别用链路1、链路2和链路3表示。在3条路由全部生效的情况下，得到3条路由的权值。假如宽带路由器获取到6个数据流，如果数据流匹配到状态表，会按照状态表指定的出接口对应的路由链路转发数据；如果数据流没有匹配到状态表，需要根据3条路由的权值分配所述数据流到某条链路上进行传输。在路由器初始化后，3条路由的权值相同。在默认情况下，6个数据流会按照3条路由的权值进行平均分配，即链路1分配2个数据流，链路2分配2个数据流，链路3分配2个数据流。

宽带路由器一旦接收数据并开始传输数据，各接口下的流量会时刻变化，数据传输是时刻进行的，当宽带路由器不断接收数据流时，3条路由的权重值是时刻在变化的，在某个时刻，有的链路可能处于空闲状态，有的链路可能处于忙碌状态，理想情况下，是将待转发数据流分配到空闲的链路上进行传输。因此，需要对当前路由的权值进行重新计算。本实施例中采用按照预定时间间隔，计算3条路由当前权值，根据3条路由的当前权值，依据负载均衡算法，指定下一跳，建立状态表，记录出接口；从指定出接口转发数据。

下面以具体实例对负载均衡算法进行说明：

假设当前3条路由的初始权值分别为1、2、3；选出最小的权值1用X1表示，然后从剩余的权值中选择任意一个，如选择3，与所述最小的权值X1相加，得到X2，即4；然后从剩余的权值中选择剩余的一个，与X2相加，得到X3，即6,这样，得到一个X1、X2、X3的数据队列,即1、4、6。根据所述数据队列生成一个包括3个相邻取值区间的区间队列，即[01]、[14]、[46]。然后生成一个介于1到6之间的随机数，如随机数为5，查找随机数5处于[46]的取值区间，根据该取值区间对应的最大值6，可以得到所述最大值6对应的下一跳为第二条路由链路，记录该条路由接口，建立状态表。根据数据流中指定粒度，供所述第二条路由链路转发数据。当达到预定时间间隔后，需要重新计算当前路由对应接口的平均剩余带宽，根据所述平均剩余带宽计算各条路由权值，根据负载均衡算法对数据流进行分配。

该方法还包括对所述静态路由进行定期老化处理的步骤。图5为本发明实施例的静态路由老化流程图。具体流程包括：

步骤501：设置路由定时器老化时间。

步骤502：定时器触发。

步骤503：取一条通过默认路由生成的静态路由。

步骤504：判断该路由条目的标识值，如果标识值为1，执行步骤505；如果标识值为0，执行步骤506。

步骤505：将该标识值置为0。

步骤506：删除该路由。

步骤507：判断该路由是否是最后一条通过默认路由生成的静态路由，如果否，执行步骤503；否则，执行步骤501。

图6为本发明实施例提供的路由器的结构框图。如图6所示，所述路由器包括，

获取模块601，用于获取待转发数据流。各用户终端发送数据流到宽带路由器，等待宽带路由器将数据转发到目的地址。

匹配模块602，用于将所述带转发数据流与状态表表项进行匹配。

设置模块603，用于当所述数据流没有匹配到状态表，且存在N条优先级相同的默认路由时，根据所述默认路由生成相应网段的静态路由及下一跳并对每条静态路由设置标识值。

第一计算模块604，用于计算所述N条静态路由的当前权值。所述路由器根据路由的时延计算当前权值，计算步骤可参考图3的详细描述。

第二计算模块605，用于根据所述N条路由的当前权值，指定下一跳，建立状态表。所述根据所述N条路由的当前权值，指定下一跳依据负载均衡算法实现，具体步骤可参考图4部分的详细描述。

转发模块606，用于从指定出接口转发数据；

其中，所述N为大于等于2的整数，所述下一跳指默认路由对应的下一跳。

其中，所述静态路由是以目的地址的A、B、C类网络地址作为路由的目的网络。

所述优先级相同的N条默认路由的初始权值相同。

各功能模块的工作过程可看考图2部分的详细描述。

本发明的技术方案，根据路由器的多条优先级相同的默认路由生成相应网段的静态路由并对静态路由设置标识值，计算多条静态路由的权值，以权值为依据，通过负载均衡算法来决定流量的出口，并且定期自动计算所述生成的静态路由的时延，更新各路由的权值，动态的适应线路的忙闲变化，使得路由器可以根据每一条线路上实时流量，动态调整权重，合理分配不同流量到合适的线路上，克服了传统多线路中，无论线路忙闲，流量都走固定线路的弊端，大大的提高了线路带宽利用率，并且极大的改善了上网体验。

上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种路由器多径输出智能负载均衡的方法，其特征在于，包括如下步骤：

获取待转发数据流；

如果所述数据流没有匹配到状态表，且存在N条优先级相同的默认路由时，根据所述默认路由生成相应网段的静态路由及下一跳并对每条静态路由设置标识值，计算所述N条静态路由的当前权值；

根据所述N条静态路由的当前权值，指定下一跳，建立状态表；

刷新对应路由标识值，从指定出接口转发数据；

其中，所述N为大于等于2的整数，所述下一跳对应默认路由的下一跳。

2.根据权利要求1所述的路由器多径输出智能负载均衡的方法，其特征在于，所述静态路由是以目的地址的A、B、C类网络地址作为路由的目的网络。

3.根据权利要求1所述的路由器多径输出智能负载均衡的方法，其特征在于，所述优先级相同的N条默认路由的初始权值相同。

4.根据权利要求1所述的路由器多径输出智能负载均衡的方法，其特征在于，该方法还包括对所述静态路由进行定期老化处理的步骤，具体包括：

S1：设置定时时间；

S2：触发定时事件，遍历所有具有标识值的静态路由，如果标识值为1，则置该值0；如果标识值为0，则删除该路由。

5.根据权利要求1所述的路由器多径输出智能负载均衡的方法，其特征在于，所述计算所述N条静态路由的当前权值包括，

S1：根据选定路由的下一跳创建一条新流表；

S2：记录该流表的时延并设置最大时延阈值，所述该流表的时延指该条流发包及回包时***记录的时间的差值；

S3：计算每条路由的时延，所述路由时延指该流表记录的时延与路由中当前记录的时延的平均值；

S4：设置定时时间；

S5：触发定时事件，计算最大时延阈值与每条路由时延的比值，取整数作为对应路由的权值。

6.根据权利要求1所述的路由器多径输出智能负载均衡的方法，其特征在于，所述根据所述N条路由的当前权值，指定下一跳，建立状态表包括，

统计所述N条路由的当前权值；

首先从所述权值中选出最小的权值，然后从剩余权值中每次选择一个权值依次相加，生成一个数据队列，根据所述数据队列生成一个包括N个相邻取值区间的队列；

生成一个随机数，查找所述随机数所处的取值区间，以所述取值区间最大值对应的下一跳作为数据流传输的下一跳；

根据数据流中指定粒度，建立状态表，记录出接口；

其中，所述随机数为生成的数据队列中的任意值。

7.根据权利要求6所述的路由器多径输出智能负载均衡的方法，其特征在于，所述数据流中指定粒度包括数据包的源IP和目的IP组成的IP对；或者，数据包的协议类型、目的地址、目的端口、源地址和源端口组成的五元组信息。

8.根据权利要求1所述的路由器多径输出智能负载均衡的方法，其特征在于，如果所述数据流匹配到状态表，根据状态表指定的下一跳转发数据包。

9.一种路由器，其特征在于，所述路由器包括，

获取模块，用于获取待转发数据流；

匹配模块，用于将待转发数据流与状态表表项进行匹配；

设置模块，用于当所述数据流没有匹配到状态表，且存在N条优先级相同的默认路由时，根据所述默认路由生成相应网段的静态路由及下一跳并对每条静态路由设置标识值；

第一计算模块，用于计算所述N条静态路由的当前权值；

第二计算模块，用于根据所述N条路由的当前权值，指定下一跳，建立状态表；

转发模块，用于从指定出接口转发数据；

其中，所述N为大于等于2的整数，所述下一跳对应默认路由的下一跳。

10.根据权利要求9所述的路由器，其特征在于，所述优先级相同的N条默认路由的初始权值相同。

Images