CN112702277B - 一种负载均衡配置优化的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种负载均衡配置优化的方法和装置，方法包括：接收报文流，保存报文流中的报文；根据报文的数量计算报文中五元组中每个元组的离散程度值；保存至少一种HASH算法；对每个元组离散程度值进行排序；选择最大的离散程度值对应的均衡因子；根据每个报文的均衡因子从HASH算法中选择HASH算法计算HASH值，使用偏移量对HASH值进行偏移得到第一HASH值，根据第一HASH值得到每个报文的报文出端口；统计每个出端口的报文数量；根据每个出端口的报文数量计算每个出端口的均衡误差；当任意出口的均衡误差都不大于用户输入的预期误差时，将选择出的HASH算法、偏移量和均衡因子发送给客户端。根据用户指定预期均衡效果进行交换机设备的负载均衡效果优化。

Description

一种负载均衡配置优化的方法和装置
技术领域
本发明涉及数据通信领域，尤其是一种负载均衡配置优化的方法和装置。
背景技术
以太网链路聚合简称链路聚合，它通过将多条以太网物理链路捆绑在一起成为一条逻辑链路，从而实现增加链路带宽的目的。同时，这些捆绑在一起的链路通过相互间的动态备份，可以有效地提高链路的可靠性。在同一个聚合组中，涉及成员链路间的负载均衡问题。
ECMP(Equal-CostMultipathRouting，等价路由)存在多条不同链路到达同一目的地址的网络环境中，如果使用传统的路由技术，发往该目的地址的数据包只能利用其中的一条链路，其它链路处于备份状态或无效状态，并且在动态路由环境下相互的切换需要一定时间，而等值多路径路由协议可以在该网络环境下同时使用多条链路，不仅增加了传输带宽，并且可以无时延无丢包地备份失效链路的数据传输。在不同的ECMP传输链路之间，涉及流量的负载均衡。
交换机的默认均衡配置对于不同的业务流量的均衡效果会有一定的差异，当交换机需要部署具体业务时，如果负载均衡效果不理想则需要重新调整负载均衡相关配置。由于不同的流量集可能需要的不同的均衡配置才能达到理想的均衡效果，目前还不能根据流量信息一次就找到符合预期均衡偏差的均衡配置，所以只能盲目地进行调整配置，需要经过多次调整，每次调整完需要重新观察业务流量的均衡效果，才能找到符合预期的均衡配置。如此会延误业务部署的时间，如果业务已经上线，在调试均衡配置的过程中也可能影响业务流量的转发。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的实施例采用如下技术方案：
一种负载均衡配置优化的方法，包括：
步骤一：接收报文流，保存所述报文流中的报文；
步骤二：根据所述报文的数量计算所述报文中五元组中每个元组的离散程度值；
步骤三：保存至少一种HASH算法；
步骤四：对所述每个元组的离散程度值进行排序；
步骤五：选择最大的离散程度值对应的均衡因子；
步骤六：根据每个报文的所述均衡因子从所述HASH算法中选择HASH算法计算HASH值，使用偏移量对所述HASH值进行偏移得到第一HASH值，根据所述第一HASH值得到每个报文的报文出端口；统计每个出端口的报文数量；
步骤七：根据所述每个出端口的报文数量计算每个出端口的均衡误差；
步骤八：当任意一个出口的均衡误差都不大于用户输入的预期误差时，将所述选择出的HASH算法、所述偏移量和所述均衡因子发送给客户端。
可选的，所述方法还包括：
步骤九：当任意一个出口的均衡误差都大于用户输入的预期误差且当前使用的离散程度值不是最小离散程度值时，在当前使用的均衡因子对应的元组的基础上根据所述排序添加下一个离散程度值对应的元组作为新的均衡因子，重新执行步骤六。
可选的，所述方法还包括：
当所有出口的均衡误差都大于用户输入的预期误差且当前使用的离散程度值是最小离散程度值时，确定所述至少一种HASH算法中是否有未选择的HASH算法，当有未选择的HASH算法时，使用未选择的HASH算法重新执行步骤六。
可选的，所述方法还包括：
当没有未选择的HASH算法时，将所述偏移量加1，如果所述偏移量等于预设值时，则将无满足条件的均衡配置发送给客户端。
可选的，所述方法还包括：
重新执行步骤五到步骤八。
本发明实施例的另一方面在于，提供一种负载均衡配置优化的装置，包括：
接收模块，用于接收报文流，保存所述报文流中的报文；
计算模块，用于根据所述报文的数量计算所述报文中五元组中每个元组的离散程度值；
存储模块，用于保存至少一种HASH算法；
排序模块，用于对所述每个元组的离散程度值进行排序；
选择模块，用于选择最大的离散程度值对应的均衡因子；
处理模块，用于根据每个报文的所述均衡因子从所述HASH算法中选择HASH算法计算HASH值，使用偏移量对所述HASH值进行偏移得到第一HASH值，根据所述第一HASH值得到每个报文的报文出端口；统计每个出端口的报文数量；
所述计算模块还用于，根据所述每个出端口的报文数量计算每个出端口的均衡误差；
发送模块，用于当任意一个出口的均衡误差都不大于用户输入的预期误差时，将所述选择出的HASH算法、所述偏移量和所述均衡因子发送给客户端。
可选的，所述处理模块还用于：
当任意一个出口的均衡误差都大于用户输入的预期误差且当前使用的离散程度值不是最小离散程度值时，在当前使用的均衡因子对应的元组的基础上根据所述排序添加下一个离散程度值对应的元组作为新的均衡因子，根据每个报文的均衡因子从所述HASH算法中选择HASH算法计算HASH值，使用偏移量对所述HASH值进行偏移得到第一HASH值，根据所述第一HASH值得到每个报文的报文出端口；统计每个出端口的报文数量。
可选的，所述处理模块还用于：
当所有出口的均衡误差都大于用户输入的预期误差且当前使用的离散程度值是最小离散程度值时，确定所述至少一种HASH算法中是否有未选择的HASH算法，当有未选择的HASH算法时，根据每个报文的所述均衡因子从所述HASH算法中使用所述未选择的HASH算法计算HASH值，使用偏移量对所述HASH值进行偏移得到第一HASH值，根据所述第一HASH值得到每个报文的报文出端口；统计每个出端口的报文数量。
可选的，
所述发送模块，还用于当没有未选择的HASH算法时，将所述偏移量加1，如果所述偏移量等于预设值时，则将无满足条件的均衡配置发送给客户端。
可选的，
所述HASH算法为：CRC-16算法、XOR-16算法、CRC-32算法或CRC-CCITT算法。
本发明实施例的有益效果在于，可以在不影响原有业务转发的情况下，根据用户指定的预期均衡效果进行交换机设备的负载均衡效果优化。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一实施例提供的方法流程图；
图2为本发明一实施例提供的装置结构图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供一种负载均衡配置优化的方法，如图1所示，包括：
步骤S101，接收报文流，保存所述报文流中的报文；
步骤S103，根据所述报文的数量计算所述报文中五元组中每个元组的离散程度值；
步骤S105，保存至少一种HASH算法；
步骤S107，对所述每个元组的离散程度值进行排序；
步骤S109，选择最大的离散程度值对应的均衡因子；
步骤S111，根据每个报文的所述均衡因子从所述HASH算法中选择HASH算法计算HASH值，使用偏移量对所述HASH值进行偏移得到第一HASH值，根据所述第一HASH值得到每个报文的报文出端口；统计每个出端口的报文数量；
步骤S113，根据所述每个出端口的报文数量计算每个出端口的均衡误差；
步骤S115，当任意一个出口的均衡误差都不大于用户输入的预期误差时，将所述选择出的HASH算法、所述偏移量和所述均衡因子发送给客户端。
可选的，所述方法还包括：
当任意一个出口的均衡误差都大于用户输入的预期误差且当前使用的离散程度值不是最小离散程度值时，在当前使用的均衡因子对应的元组的基础上根据所述排序添加下一个离散程度值对应的元组作为新的均衡因子，重新执行步骤S111。
可选的，所述方法还包括：
当所有出口的均衡误差都大于用户输入的预期误差且当前使用的离散程度值是最小离散程度值时，确定所述至少一种HASH算法中是否有未选择的HASH算法，当有未选择的HASH算法时，使用未选择的HASH算法重新执行步骤六。
可选的，所述方法还包括：
当没有未选择的HASH算法时，将所述偏移量加1，如果所述偏移量等于预设值时，则将无满足条件的均衡配置发送给客户端。
可选的，所述方法还包括：
重新执行步骤S109到步骤S115。
本发明实施例的有益效果在于，可以在不影响原有业务的转发的情况下，根据用户指定预期均衡效果进行交换机设备的负载均衡效果优化。
本发明实施例的另一方面在于，提供一种负载均衡配置优化的装置，如图2所示，包括：
接收模块201，用于接收报文流，保存所述报文流中的报文；
计算模块203，用于根据所述报文的数量计算所述报文中五元组中每个元组的离散程度值；
存储模块205，用于保存至少一种HASH算法；
排序模块207，用于对所述每个元组的离散程度值进行排序；
选择模块209，用于选择最大的离散程度值对应的均衡因子；
处理模块211，用于根据每个报文的所述均衡因子从所述HASH算法中选择HASH算法计算HASH值，使用偏移量对所述HASH值进行偏移得到第一HASH值，根据所述第一HASH值得到每个报文的报文出端口；统计每个出端口的报文数量；
所述计算模块203还用于，根据所述每个出端口的报文数量计算每个出端口的均衡误差；
发送模块213，用于当任意一个出口的均衡误差都不大于用户输入的预期误差时，将所述选择出的HASH算法、所述偏移量和所述均衡因子发送给客户端。
可选的，所述处理模块还用于：
当任意一个出口的均衡误差都大于用户输入的预期误差且当前使用的离散程度值不是最小离散程度值时，在当前使用的均衡因子对应的元组的基础上根据所述排序添加下一个离散程度值对应的元组作为新的均衡因子，根据每个报文的均衡因子从所述HASH算法中选择HASH算法计算HASH值，使用偏移量对所述HASH值进行偏移得到第一HASH值，根据所述第一HASH值得到每个报文的报文出端口；统计每个出端口的报文数量。
可选的，所述处理模块还用于：
当所有出口的均衡误差都大于用户输入的预期误差且当前使用的离散程度值是最小离散程度值时，确定所述至少一种HASH算法中是否有未选择的HASH算法，当有未选择的HASH算法时，根据每个报文的所述均衡因子从所述HASH算法中使用所述未选择的HASH算法计算HASH值，使用偏移量对所述HASH值进行偏移得到第一HASH值，根据所述第一HASH值得到每个报文的报文出端口；统计每个出端口的报文数量。
可选的，
所述发送模块，还用于当没有未选择的HASH算法时，将所述偏移量加1，如果所述偏移量等于预设值时，则将无满足条件的均衡配置发送给客户端。
可选的，
所述HASH算法为：CRC-16算法、XOR-16算法、CRC-32算法或CRC-CCITT算法。
本发明实施例的有益效果在于，可以在不影响原有业务的转发的情况下，根据用户指定预期均衡效果进行交换机设备的负载均衡效果优化。
下面结合具体应用场景，对本发明实施例进一步进行阐述。
步骤一：流量集导入
该步骤中的流量集，即为需要进行负载均衡优化的流量集。当流量进入到交换机设备后，将输入流量的报文信息使用写文件的方式保存到本地，方便后续处理的读取分析。这样，在计算出优化后的配置前，流量按照原有的负载均衡配置进行转发。
步骤二：流量集分析
分析输入的流量集的对应报文头部的离散程度。假设报文总数量为n，离散程度使用D表示，分别计算报文五元组的离散程度，以源IP地址头部的离散程度为例进行说明，量化公式为：
Figure GDA0003803854730000081
其中，Dsip表示源IP的离散量化值，Countsip表示源IP的数量，报文总数和五元组各自的计数是通过流量集导入完成后统计得出。
按照上述，可以得出五元组各自的离散程度值，该值等于1即为完全离散状态，该值越趋近于0说明离散程度越低。
步骤三：HASH算法导入
由于不同的交换机所支持的HASH算法可能不尽相同，所以这里需要读取交换机设备所支持的HASH算法列表，并进行适配导入到该***中，使该***支持的算法比设备支持的算法保持一致。
常用的HASH算法有：CRC-16、XOR-16、CRC-32、CRC-CCITT等。
为了方便说明，本实施例中假设有三种算法，分别记为al_1、al_2、al_3。
步骤四：优化信息输入
该实施例提供与用户交互的CLI命令，用户需要输入流量转发出口数量m、用户想要优化的负载均衡误差指标ε(也即是，本实施例的输出目标，当计算得到小于误差时，即认为找到优化配置)，以及是否需要将优化配置直接应用到设备中。
步骤五：HASH模拟计算
通过以上步骤，已经完成了本实施例所需要的准备信息，在本步骤中则开始进行计算，具体计算流程如下：
A：根据步骤二计算的五元组的离散程度值，进行排序，分别排为5个离散等级：D1＞D2＞D3＞D4＞D5；
B：均衡算法选择，未指定则默认选择al_1HASH算法；
C：均衡因子选择，未指定则默认选择D1对应的均衡因子；
D：逐个读取每个报文的对应均衡因子的报文头部进行HASH计算，得到一个hash值(hash_key，长度16bit)，根据循环偏移移位设置(offset)更新hash_key，hash_key对m取余得到的值即为该报文的模拟转发出口，对应出口的报文计数加1。
E：将所有报文计算完成后，可以得到所有的出口的报文计数。对所有出口按照下面的公式求出均衡误差：
Figure GDA0003803854730000091
Figure GDA0003803854730000092
i∈[1,m]
其中，εi表示第i条出口链路的均衡误差；Counti表项第i条出口的报文计数；X表示所有出口的报文计数的平均值。
当满足条件
Figure GDA0003803854730000093
时，表示任意均衡误差都小于预期值时，即所有出口的均衡误差都不大于用户输入的预期误差，则带上当前的均衡配置(hash算法、均衡因子、offset值)跳转到步骤六，如果不满足则跳转到F。
F：如果不满足条件，判断D5等级离散程度的均衡因子是否已经使用，如果是则跳转到G，否则再增加下一等级离散程度的均衡因子作为输入，跳转到E重新进行计算。
G：判断是否还有未参与计算的HASH算法，如果有，则更换HASH算法作为输入，跳转到B重新计算，否则跳转到H。
H：设置均衡key进行循环移位数值offset加1(offset默认为0)，如果offset等于16，则不带均衡参数，跳转到步骤六，然后不指定任何参数，跳转到B重新进行计算。
步骤六：输出均衡配置
如果无输入参数，则打印输出无满足条件均衡配置；
如果有输入参数，根据输入的均衡参数(hash算法、均衡因子、offset值)在CLI界面打印显示均衡配置，如果步骤四指定直接应用到设备，则直接更新设备的均衡配置为此配置，并立即生效。
本发明实施例的有益效果在于，可以在不影响原有业务的转发的情况下，根据用户指定预期均衡效果进行交换机设备的负载均衡效果优化。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种负载均衡配置优化的方法，其特征在于，包括：
步骤一：接收报文流，保存所述报文流中的报文；
步骤二：根据所述报文的数量计算所述报文中五元组中每个元组的离散程度值；
步骤三：保存至少一种HASH算法；
步骤四：对所述每个元组的离散程度值进行排序；
步骤五：选择最大的离散程度值对应的元组对应的均衡因子；
步骤六：根据每个报文的所述均衡因子从所述HASH算法中选择HASH算法计算HASH值，使用偏移量对所述HASH值进行偏移得到第一HASH值，根据所述第一HASH值得到每个报文的报文出端口；统计每个出端口的报文数量；
步骤七：根据所述每个出端口的报文数量计算每个出端口的均衡误差；
步骤八：当任意一个出端口的均衡误差都不大于用户输入的预期误差时，将所述选择出的HASH算法、所述偏移量和所述均衡因子发送给客户端。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
步骤九：当任意一个出端口的均衡误差都大于用户输入的预期误差且当前使用的离散程度值不是最小离散程度值时，在当前使用的均衡因子对应的元组的基础上根据所述排序添加下一个离散程度值对应的元组作为新的均衡因子，重新执行步骤六。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
当所有出端口的均衡误差都大于用户输入的预期误差且当前使用的离散程度值是最小离散程度值时，确定所述至少一种HASH算法中是否有未选择的HASH算法，当有未选择的HASH算法时，使用未选择的HASH算法重新执行步骤六。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括：
当没有未选择的HASH算法时，将所述偏移量加1，如果所述偏移量等于预设值时，则将无满足条件的均衡配置发送给客户端。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括：
当没有未选择的HASH算法时，将所述偏移量加1，如果所述偏移量等于预设值时，重新执行步骤五到步骤八。
6.一种负载均衡配置优化的装置，其特征在于，包括：
接收模块，用于接收报文流，保存所述报文流中的报文；
计算模块，用于根据所述报文的数量计算所述报文中五元组中每个元组的离散程度值；
存储模块，用于保存至少一种HASH算法；
排序模块，用于对所述每个元组的离散程度值进行排序；
选择模块，用于选择最大的离散程度值对应的均衡因子；
处理模块，用于根据每个报文的所述均衡因子从所述HASH算法中选择HASH算法计算HASH值，使用偏移量对所述HASH值进行偏移得到第一HASH值，根据所述第一HASH值得到每个报文的报文出端口；统计每个出端口的报文数量；
所述计算模块还用于，根据所述每个出端口的报文数量计算每个出端口的均衡误差；
发送模块，用于当任意一个出端口的均衡误差都不大于用户输入的预期误差时，将所述选择出的HASH算法、所述偏移量和所述均衡因子发送给客户端。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述处理模块还用于：
当任意一个出端口的均衡误差都大于用户输入的预期误差且当前使用的离散程度值不是最小离散程度值时，在当前使用的均衡因子对应的元组的基础上根据所述排序添加下一个离散程度值对应的元组作为新的均衡因子，根据每个报文的均衡因子从所述HASH算法中选择HASH算法计算HASH值，使用偏移量对所述HASH值进行偏移得到第一HASH值，根据所述第一HASH值得到每个报文的报文出端口；统计每个出端口的报文数量。
8.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述处理模块还用于：
当所有出端口的均衡误差都大于用户输入的预期误差且当前使用的离散程度值是最小离散程度值时，确定所述至少一种HASH算法中是否有未选择的HASH算法，当有未选择的HASH算法时，根据每个报文的所述均衡因子从所述HASH算法中使用所述未选择的HASH算法计算HASH值，使用偏移量对所述HASH值进行偏移得到第一HASH值，根据所述第一HASH值得到每个报文的报文出端口；统计每个出端口的报文数量。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，
所述发送模块，还用于当没有未选择的HASH算法时，将所述偏移量加1，如果所述偏移量等于预设值时，则将无满足条件的均衡配置发送给客户端。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，
所述HASH算法为：CRC-16算法、XOR-16算法、CRC-32算法或CRC-CCITT算法。
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