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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen das Aufteilen von
Serverressourcen und insbesondere ein Verfahren zum Aufteilen von
Diensten auf Server, um Netzwerkdienste durchzuführen.
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Stand der Technik
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Mit
einer schnellen Ausbreitung des Internets und Intranets in den letzten
Jahren wurden eine effiziente Verwendung und Dienststabilität eines Netzwerkdienstservers
erforderlich. Ein optimales Aufteilen der Dienste auf die Server
ist für
die effiziente Verwendung und stabile Dienstversorgung der Server
unbedingt notwendig, und, um diese optimale Aufteilung zu erreichen,
ist es erforderlich, dass eine Belastung des Servers genau erkannt
wird.
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Die
folgenden sind im Stand der Technik bekannte Verfahren zum Erkennen
der Belastung des Servers.
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(1) Agentenverfahren
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Dies
ist ein Verfahren, in welchem ein Programm zum Zählen einer Aktivitätskennzahl
von Ressourcen, wie z.B. einer CPU, eines Speichers etc., auf dem
Server installiert ist. Wenn ein Agent selbst die Serverbelastung
erhöht
und mit Außen kommuniziert,
tritt eine Interferenz mit einer Belastungsmessgenauigkeit durch
den Agenten auf, wie z.B. das Verbrauchen eines Bands dafür. Des Weiteren
muss das Agentenprogramm auf dem Server installiert werden, und
infolgedessen tritt ein Problem auf, dass keine Mehrzweckcharakteristik
und hohe Instruktionskosten vorhanden sind.
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(2) Belastungsmessungskommunikationsverfahren
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Dies
ist ein Verfahren zum Ausgeben eines Pingbefehls an den Server und
Durchführen
einer Pseudodienstkommunikation damit, und zum Erhalten einer Serverbelastung
aus einer Antwortzeit. Die Kommunikation für die Messung verbraucht jedoch ein
Band auf der Strecke, und der Server wird auch mit einer Last für die Antwort
belastet, was zu einer Interferenz mit der Belastungsmessung führt. Des Weiteren
muss der Server ein Protokoll etc. unterstützen, welches für die Messung
verwendet wird, und es besteht weiterhin das Problem, dass keine Mehrzweckcharakteristik
vorhanden ist.
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(3) Zählverfahren
von VC-Zählung,
Verbindungszeit, Verbindungsfrequenz, Verbindungsfehlerrate und Antwortzeit
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Dies
ist ein Verfahren zum Erhalten der Serverbelastung aus einer VC-Zählung, einer
Verbindungszeit, einer Verbindungsfrequenz, einer Verbindungsfehlerrate
und einer Antwortzeit in Bezug auf den Server, welche während eines
Routingprozesses in einem Router zum Leiten eines Pakets von einem Client
zum Server gezählt
werden. Dieses Verfahren basiert jedoch auf einem Verhalten des
Servers, wenn die Verbindung hergestellt wird, und daher ist ein
Fehler groß.
Eine große
Anzahl von Verbindungen ist notwendig, um die Genauigkeit zu verbessern,
so dass dieses Verfahren nicht für
die Dienste geeignet ist, bei denen eine große Menge von Kommunikationen
mit einer geringen Anzahl von Verbindungen durchgeführt wird.
Des Weiteren ist das Routing unbedingt notwendig und infolgedessen
besteht ein Problem darin, dass ein Durchsatz des Servers durch
einen Durchsatz des Zählverfahrens
beschränkt
ist.
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(4) Trefferzählungs-/Trefferratenberechnungsverfahren
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Dies
ist ein Verfahren, bei dem eine Zugriffszählung (Trefferzählung) und
eine Zugriffsfrequenz (Zugriffsrate) pro Inhalt gezählt werden,
wie z.B. eine Zugriffszieldatei, indem die Pakete an einen WWW-Server überprüft werden,
und die Serverbelastung wird aus einem Ergebnis dieser Zählung erhalten.
Dieses Verfahren benötigt
einen Paketanalysierungsprozess pro Protokoll zum Spezifizieren
der Zugriffszieldatei und ist nicht in der Lage, sich auf einen
neuen Dienst zu beziehen. Außerdem
muss eine Leistung des Servers bereits bekannt sein. Es gibt keine
Alternative außer
die Serverleistung aus Katalogwerten oder empirisch zu erhalten,
um die Serverleistung im Voraus anzugeben. Die Serverleistung wird
jedoch zum größten Teil
durch eine Systemarchitektur und einen Betriebsmodus beeinflusst. Daher
besteht ein Problem darin, dass der Katalogleistungswert basierend
auf der Standardarchitektur und -Modus nicht präzise ist, und zumindest ein Problem
unvermeidbar ist, wenn sie empirisch erhalten werden.
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Wie
oben erklärt
sind alle Verfahren nicht in der Lage, die Serverbelastung effizient
bei einer hohen Geschwindigkeit zu erkennen, ohne dem Server eine
Last aufzuerlegen.
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Des
Weiteren kann die Serverbelastung nicht so genau erkannt werden,
und es ist daher schwierig die Dienste zuzuteilen, welche durch
den Server bereitgestellt werden.
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Die
folgenden Verfahren werden nur bezüglich des Aufteilens der Dienste
vorgeschlagen.
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(5) Round-Robin-DNS-Verfahren
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Dies
ist ein Verfahren, worin, in DNS- (Domain Name System) Diensten,
ein Mapping eines Domainnamens auf eine Mehrzahl von IP-Adressen des
Servers in einer Eintragungstabelle festgelegt wird, in Antwort
auf eine Anforderung des Client für eine Abfrage der IP-Adresse
des Servers, die jeweiligen Server entsprechend der Eintragungstabelle
zyklisch zugeteilt werden (Round Robin), und die LP-Adresse des
zugeteilten Servers ausgewählt wird,
um dem Client zu antworten, wodurch die Dienste auf die Mehrzahl
von Servern aufgeteilt werden.
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Gemäß diesem
Round-Robin-DNS-Verfahren können
die Dienste jedoch nur bei einer gleichen oder einfachen Dienstaufteilungsrate
aufgeteilt werden, und jeder Server muss den Dienst in Übereinstimmung
mit der Aufteilungsrate durchführen,
die ungeachtet seiner Leistungsfähigkeit
und dynamischen Belastungszustand zugeteilt wird. Daher besteht
ein Unterschied beim Belastungszustand zwischen den Servern, und
das Verfahren ist im Ganzen ineffizient. Des Weiteren werden Teile
einer DNS-Abfrageinformation normalerweise auf der Clientseite in den
Cache kopiert, und infolgedessen besteht ein Problem darin, dass,
selbst wenn sich die Rate ändert,
diese Änderung
nicht sofort reflektiert werden kann.
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(6) Aufteilungsverfahren, das eine Hashtabelle
verwendet
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Dies
ist ein Verfahren zum Zuteilen von Einträgen in einer Hashtabelle zum
Verwalten der Verbindungen zu den Servern, und die Dienste werden mit
einer Rate auf die Server aufgeteilt, welche der Anzahl von Einträgen entspricht,
die zuzuteilen sind.
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In
diesem Verfahren, wenn der Client den Dienst anfordert, wird zunächst der
Eintrag sowohl aus der Clientadresse als auch dem Dienst bestimmt. Diese
Anforderung wird an den Server gesendet, dem dieser Eintrag zugeteilt
ist. Dann werden die Dienste, deren Anzahl einer Kennzahl der Anzahl
zugeteilter Einträge
entspricht, auf die Server aufgeteilt. Somit wird die effiziente
Verwendung der Server aktualisiert durch Zuteilen der vielen Einträge an den Hochleistungsserver
oder durch Neuzuteilen der Einträge
an den Server mit der hohen Belastung an Server mit einer vergleichsweise
geringen Belastung.
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Gemäß diesem
Aufteilungsverfahren, welches die Hashtabelle verwendet, ist jedoch
eine Hashfunktion zum Erzeugen eines Hashwerts ohne Tendenz (engl.
bias) notwendig, um eine Kennzahl der Anzahl von Hasheinträgen in der
Dienstaufteilungsrate richtig zu reflektieren. Im Allgemeinen ist
es jedoch nicht möglich,
die Hashfunktion zum Erzeugen des Hashwerts ohne Tendenz herauszufinden,
in Bezug auf alle Verteilungsarten von Hashschlüsseln (Clientadresse, Port nummern,
etc.). Des Weiteren ist die Genauigkeit der Aufteilungsrate proportional
zu der Anzahl von Hasheinträgen,
und infolgedessen wird eine Vielzahl von Einträgen benötigt, um die Genauigkeit zu
verbessern, was zu einem erhöhten
Verbrauch von Speicherressourcen (Puffern) führt, die einsetzbar sind, um
die Verbindungen zu verwalten. Dort entsteht das Problem, dass eine
große
Anzahl von Zugriffen nicht bearbeitet werden kann.
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(7) Aufteilungsverfahren basierend auf
einem Zustand und einer Leistung des Servers
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Dies
ist ein Verfahren zum Aufteilen der Dienste, deren Anzahl der Belastung
und einer Leistungskennzahl entspricht, durch Vorhersagen eines Ausmaßes der
Serverbelastung oder Vorhersagen einer Leistungskennzahl zwischen
den Servern, durch Zählen
einer Antwortzeit, indem der Pingbefehl an den Server ausgegeben
und eine Verbindungszeit und eine Verbindungsfehlerrate während einem
Routingprozess durch Leiten des Pakets von dem Client gezählt wird.
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Gemäß diesem
Verfahren sind jedoch die Dienste für jeden Client gleichmäßig auf
die Server aufgeteilt, ohne Rücksicht
auf einen Durchsatz des Clients, einer Länge der Strecke zum Client
und einer Bandbreite, so dass die Verwendungseffizienz des Servers
nicht maximiert werden kann.
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Ein
Unterschied in der Leistung (insbesondere einer Geschwindigkeit)
und der Belastung des Servers zeigen sich dem Client, dessen Strecke
aufgrund einer kleinen oder großen
Bandbreite der Strecke eine Engstelle ist, und dem Client mit einem
geringen Durchsatz nicht in der QoS (Dienstgüte, engl. Quality of Service).
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Umgekehrt
nimmt der Unterschied in der Leistung und der Belastung des Servers
einen großen
Einfluss auf eine QoS für
den Client, der an eine nahe und Hochgeschwindigkeitsleitung angeschlossen
ist, oder für
den Client, der einen hohen Durchsatz aufweist. Wenn dies der Fall
ist, be steht ein Problem darin, dass, wenn versucht wird, alle Dienste
für die
Clients gleichmäßig aufzuteilen,
daraus folgt, dass mehr Serverressourcen aufgeteilt werden als für die Clients
benötigt
werden, oder nicht anderes übrig
bleibt als die ungenügenden
Serverressourcen aufzuteilen.
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US-A-5459837 (Caccavale;
DEC) verwendet Sonden zwischen den Clients in einem "Broker Performance
Mechanism" und führt Servergrundfunktionen
aus, um eine Serverbelastung zu überwachen.
US-A-5341477 von Pitkin
et al. (DEC) wählt
Server basierend auf einem Modellierungsverfahren aus. Der Artikel "Network Dispatcher:
a connection router for scalable Internet services", Computer Networks and
ISDN systems 30 (1998), Seiten 347–357, von Hunt et al. (IBM),
beschreibt ein System zum Bearbeiten großer Internetbelastungen.
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Wie
oben beschrieben sind die Probleme im Stand der Technik inhärent, sowohl
in dem Erkennungsverfahren einer Serverbelastung als auch dem Serveraufteilungsverfahren.
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Die
vorliegende Erfindung, die entwickelt wurde, um die obigen Probleme
zu vermeiden, zielt darauf ab, die Serverbelastung bei hoher Geschwindigkeit
effizient zu erkennen, ohne dem Server eine Last aufzuerlegen, wobei
die Dienste in Übereinstimmung
mit dem dynamischen Belastungszustand im Server aufgeteilt werden,
wobei die Dienstaufteilungsrate genau reflektiert wird, welche durch
ein Festlegen und das Anpassen der Dienstaufteilung erhalten wird,
und wobei die Verwendungseffizienz des Servers maximiert wird, indem
die Dienste durch Vorhersagen der notwendigen Serverressourcen für jeden
Client aufgeteilt werden.
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Die
vorliegende Erfindung ist in den Ansprüchen 1 und 8 als ein Verfahren,
in Anspruch 10 als ein System und in Anspruch 11 als eine Vorrichtung
definiert.
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In
einem Verfahren der vorliegenden Erfindung umfasst ein Erkennungsverfahren
für eine Netzwerkserverbelastung einen
Schritt zum Überwachen
einer Kommunikation von einem Client zu einem Server, und Zählen einer
Kommunikationsdatengröße pro Verbindung
als eine Belastung des Servers, einen Schritt zum Erkennen einer Änderung
der Kommunikationsdatengröße pro Verbindung,
und Aufzeichnen eines Maximalwerts davon, und einen Schritt zum
Beurteilen, wenn die Kommunikationsdatengröße pro Verbindung zu diesem
Zeitpunkt in Bezug auf den Maximalwert abnimmt, dass der Server unter
einer hohen Last ist.
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Gemäß TCP (Transmission
Control Protocol) etc. teilt der Server pro Verbindung die Speicherressourcen
(Puffer) zum Speichern der Paketdaten gleichmäßig auf, die von den Clients übermittelt
werden. Bei einem nächsten
Empfang teilt der Server dem Client eine Datengröße mit, die in der Speicherressource
(Puffer) gespeichert werden kann, und der Client sendet die Daten
an den Server, welche die Größe besitzen,
die der Server mitgeteilt hat. Dementsprechend ist der Server, wenn
er eine hohe Belastung erreicht, nicht in der Lage, die Daten sofort
zu verarbeiten, die von dem Client gesendet werden, und infolgedessen
bleiben alle oder einige Teile der Daten in der Speicherressource
(Puffer) des Servers gespeichert. Demzufolge hat der Server keine
Alternative außer
dem Client eine Datengröße kleiner
mitzuteilen, durch die Daten, die in der Speicherressource (Puffer)
gespeichert bleiben.
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Dementsprechend
wird die Datengröße pro Verbindungszeit
auf der Kommunikationsleitung erkannt, wodurch der Hochbelastungszustand
des Servers erkannt wird.
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Gemäß einem
zweiten Merkmal kann das Erkennungsverfahren für eine Netzwerkserverbelastung
gemäß dem ersten
Aspekt des Weiteren einen Schritt zum Zählen einer Verbindungszählung und der
Kommunikationsdatengröße umfassen,
bis eine Zählung überwachter
Kommunikationen eine Mindestzählung überwachter
Kommunikationen erreicht und bis eine Zäh lungszeit eine Überwachungsmindestzeit
erreicht, durch Verwendung der Mindestzahlung überwachter Kommunikationen
und der Überwachungsmindestzeit.
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Gemäß einem
dritten Merkmal kann das Erkennungsverfahren für eine Netzwerkserverbelastung
gemäß dem ersten
Aspekt des Weiteren einen Schritt zum Erkennen der Kommunikationen
eines Starts und Endes der Verbindung, und Ausschließen von
Kommunikationsdatengrößen des
Starts und Endes der Verbindung von einem Belastungserkennungsziel
umfassen.
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Die
Kommunikationsdaten eines Starts und eines Endes der Verbindung,
welche klein sind und nicht von der Serverbelastung abhängen, werden
daher vom Zählen
einer Gesamtkommunikationsdatengröße ausgeschlossen, wodurch
sich ein Effekt einer Verbesserung der Genauigkeiten des Messens
der Last und des Beurteilens der hohen Belastung ergibt.
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Gemäß einem
vierten Merkmal kann das Erkennungsverfahren für eine Netzwerkserverbelastung
gemäß dem ersten
Aspekt des Weiteren einen Schritt zum Beibehalten von Information
der Kommunikation des Starts der Verbindung umfassen, bis die Verbindung
beendet oder hergestellt ist, einen Schritt zum Erkennen der Kommunikation
des Starts der Verbindung für
eine erneute Verbindung umfassen, der ausgeführt wird, wenn beurteilt wird,
dass sich der Client nicht basierend auf der beibehaltenen Information
verbindet, und einen Schritt zum Festlegen einer Rate umfassen,
bei welcher die Kommunikation der erneuten Verbindung die Anzahl
der Kommunikationen des Starts einer Verbindung als eine Last des Servers
belegt, und, wenn diese Rate hoch ist, Beurteilen, dass der Server
unter einer hohen Last ist.
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Wenn
die Serverbelastung hoch ist, kommt der Server nicht dazu, eine
Antwortmitteilung auf die Verbindungsanforderung, die vom Client
gemacht wird, zurückzusenden.
Dementsprechend kommt der Client dazu, die Verbindungsan forderung
erneut zu übermitteln.
Dementsprechend kann die hohe Belastung des Servers beurteilt werden,
indem die erneute Übermittlung
der Verbindungsanforderung durch den Client auf der Kommunikationsleitung
erkannt wird.
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Gemäß einem
fünften
Merkmal kann das Erkennungsverfahren für eine Netzwerkserverbelastung
gemäß dem ersten
Aspekt des Weiteren einen Schritt zum Erhalten einer Verteilung
der Kommunikationsdatengrößen von
den Clients umfassen, einen Schritt zum Unterscheiden zwischen extrem
kleinen Teilen von Kommunikationsdaten, die nicht mit der Belastung
des Servers in Beziehung stehen, von der Kommunikationsdatengrößenverteilung
umfassen, und einen Schritt zum Eliminieren der extrem kleinen Teile
von Kommunikationsdaten von der Beurteilung über die Belastung umfassen.
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Es
ergibt sich ein Effekt einer Verbesserung der Genauigkeiten des
Messens der Belastung und des Erkennens der hohen Belastung durch
Ausschließen
der extrem kleinen Teile von Kommunikationsdaten vom Zählen, die
nicht mit der Serverbelastung in Beziehung stehen.
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Gemäß einem
sechsten Merkmal kann das Erkennungsverfahren für eine Netzwerkserverbelastung
gemäß dem ersten
Aspekt des Weiteren einen Schritt zum Erhalten mindestens einer
Laufnummer aus der Kommunikation von dem Client zu dem Server umfassen,
einen Schritt zum Beibehalten eines Maximalwerts der Laufnummer
umfassen, bis die Verbindung beendet ist, von dem Verbindungsstart an,
einen Schritt zum Vergleichen der Laufnummer der empfangenen Kommunikation
mit der beibehaltenen Laufnummer umfassen, und einen Schritt zum Ausschließen dieser
Kommunikation vom Zählen umfassen,
wenn die Laufnummer, die aus der Kommunikation erhalten wird, kleiner
ist als die beibehaltene Laufnummer.
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Die
Laufnummern sind normalerweise in der aufsteigenden Reihenfolge
angeordnet, jedoch, wenn eine Kommunikation sequentiell zerstört wird oder
verloren geht, aufgrund ei ner Überlastung
auf der Kommunikationsleitung, wird die aufsteigende Reihenfolge
durcheinander gebracht. Der Server kann die Daten nach den Daten
nicht verarbeiten, die noch nicht angekommen sind, und infolgedessen wird
eine Datengröße, die
durch den Server empfangen werden kann, ungeachtet der Serverbelastung klein.
Dann steigt eine Kommunikationsdatengröße des Clients entsprechend
an. Es wird ein Effekt einer Verbesserung der Genauigkeiten des
Messens der Serverbelastung und des Erkennens der hohen Last erzeugt,
indem der Einfluss der Strecke mit dem oben beschriebenen Verfahren
vermieden wird.
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Gemäß einem
siebten Merkmal kann das Erkennungsverfahren für eine Netzwerkserverbelastung
gemäß dem ersten
Aspekt des Weiteren einen Schritt zum Zählen, wenn die Laufnummer,
die aus der Kommunikation erhalten wird, kleiner ist als die beibehaltene
Laufnummer, der Kommunikationsdaten umfassen, nachdem ein Gewichtungsprozess
an ihnen ausgeführt
wurde, oder Vorhersagen einer Kommunikationsdatengröße, wenn
es auf einer Strecke der zwei Laufnummern kein Problem gibt, und Zählen der
vorhergesagten Datengröße zum Erkennen
der Belastung.
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Gemäß einem
zweiten Verfahrenstyp der vorliegenden Erfindung umfasst ein Erkennungsverfahren
für eine
Netzwerkserverbelastung einen Schritt zum Überwachen einer Kommunikation
von einem Server zu einem Client, und Zählen einer empfangbaren Datengröße und einer
Verbindungszählung,
welche der Server dem Client mitteilt, einen Schritt zum Erhalten
der empfangbaren Datengröße pro Verbindung
als eine Serverbelastung, einen Schritt zum Speichern eines Maximalwerts
der empfangbaren Datengröße pro Verbindung,
und Beurteilen, wenn die empfangbare Datengröße pro Verbindung klein wird
in Bezug auf den Maximalwert, dass der Server unter hoher Belastung
ist.
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In
einer Vorrichtung der vorliegenden Erfindung umfasst ein Erkennungssystem
für eine
Serverbelastung zum Überwachen
einer Kommunikation von einem Client zu einem Server und Erkennen
eines Belastungszustands des Servers eine Datengrößenberechnungsmodul
zum Berechnen einer Größe von Kommunikationsdaten
pro Verbindung, eine Speichereinheit zum Erkennen einer Änderung
der Kommunikationsdatengröße pro Verbindung
und Speichern eines Maximalwerts, und ein Belastungserkennungsmodul
zum Erkennen einer hohen Belastung des Servers, wenn die Kommunikationsdatengröße pro Verbindung
zu diesem Zeitpunkt in Bezug auf den Maximalwert gleich oder kleiner
ist als ein festgelegter Wert.
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In
einem System, das nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist,
umfasst ein Netzwerkserveraufteilungssystem zum Übertragen von Daten von einem
Client an eine Mehrzahl von Servern über ein Netzwerk eine Routingeinheit
zum Übertragen
der Daten, die von dem Client an irgendeinen der Server übermittelt
werden, durch Ändern
eines Ziels der Daten, ein Verbindungsverwaltungsmodul, um ein Mapping
zwischen den Daten und dem Server beizubehalten und um dem Routingmittel
das Ziel anzuzeigen, und ein Serveraufteilungsmodul zum Erhalten von
Durchsätzen
des Servers, des Clients und einer Strecke, indem sie gezählt werden,
zum Bestimmen einer Korrespondenz zwischen den Daten und dem Server
durch Verwendung einer Funktion gemäß einer Dienstverteilungsrate
basierend auf dem Durchsatz, und zum Übertragen dieser Korrespondenz
an das Verbindungsverwaltungsmodul.
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Die
Dienste werden basierend auf Algorithmen aufgeteilt, die durch Messen
der Leistung und Belastung des Servers und der Leistung und Belastung
auf der Seite des Clients erhalten werden, und es ist daher machbar,
automatisch einer Änderung
eines dynamischen Belastungszustands des Servers zu entsprechen.
Des Weiteren gibt es den Ef fekt, bei dem die Server, die notwendig
sind, um eine QoS aus der Sicht des Clients beizubehalten, aufgeteilt
werden können,
und eine Verwendungseffizienz des Servers maximiert werden kann.
Ein weiterer Effekt ist, dass die Serveraufteilung durch die Verwendung
einer Funktion bestimmt wird, und infolgedessen eine Dienstaufteilungsrate
beim Aufteilen genau reflektiert werden kann. Außerdem kann ein ausreichender
Effekt nur durch das einzelne Verbindungsverwaltungsmodul erhalten
werden.
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Gemäß einem
weiteren Merkmal, in dem Netzwerkserveraufteilungssystem gemäß dem zehnten
Aspekt, legt die Serveraufteilungseinheit eine modifizierte Wahrscheinlichkeitsverteilung
als die Verteilungsrate fest, die durch Modifizieren einer Wahrscheinlichkeitsverteilung
entsprechend dem Durchsatz des Servers erhalten wird, so dass die Wahrscheinlichkeitsverteilung
besser an eine gleichmäßige Verteilung
angenähert
wird, wenn die Durchsätze
des Clients und der Strecke niedriger werden.
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Eine
proportionale Kennzahl, in welchem Maße die Durchsätze des
Clients und der Strecke und der Durchsatz des Servers einen Einfluss
auf die QoS haben, wird in der Dienstaufteilungsrate reflektiert,
und daher ist ein Effekt so, dass der Server, der den hohen Durchsatz
aufweist, bevorzugt dem Client zugeteilt ist, in welchem der Serverdurchsatz
eine großen
Einfluss auf die QoS hat.
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Gemäß einem
weiteren Merkmal, in dem Netzwerkserveraufteilungssystem gemäß dem zehnten
Aspekt, erhält
die Serveraufteilungseinheit eine Verteilung der Durchsätze des
Clients und der Strecke in Bezug auf den Client, der nun in Betrieb
ist, erhält
auch eine modifizierte Wahrscheinlichkeitsverteilung durch Ausführen solch
einer Modifikation, um die Wahrscheinlichkeitsverteilung entsprechend
dem Durchsatz des Servers besser an die gleichmäßige Verteilung anzunähren, wenn
die Durchsätze
eines neu angeschlossenen Clients und der Strecke für die Verteilung
niedriger werden, und um umgekehrt den Durchsatz des Servers herausragender
zu machen, wenn die Durchsätze
eines neu angeschlossenen Clients und der Strecke höher werden,
und legt diese modifizierte Wahrscheinlichkeitsverteilung als eine Verteilungsrate
fest.
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Die
Dienstaufteilungsrate wird in Bezug auf eine Verteilung der Durchsätze des
Clients im Betrieb und der Strecke angepasst, und infolgedessen
ist ein Effekt, dass es möglich
ist, automatisch auf einen Fall zu antworten, in dem sich eine Kennzahl
der Clients von einem entfernten Platz und einem nahen Platz verändert.
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Gemäß einem
weiteren Merkmal, in dem Netzwerkserveraufteilungssystem gemäß dem zehnten
Aspekt, wird eine Mehrzahl von Serveraufteilungseinheiten bereitgestellt
und jede pro Client und Dienst ausgewählt.
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Eine
Skala des Verbindungsverwaltungsmoduls hängt nicht von der Dienstaufteilung
ab, so dass es einen Effekt gibt, worin die Verwendungseffizienz der
Speicherressource (Puffer) verbessert wird.
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Es
gibt dort auch solch einen Effekt, dass eine Servergruppe eines
Aufteilungsziels separat pro Service und pro Client verwendet werden
kann, und eine Dienstverteilungsmethode wird umgeschaltet, wodurch
ein einzelnes System in der Lage ist, die Dienstaufteilung in einer
Vielzahl von Formen auszuführen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
ein Diagramm, welches eine Topologie eines Belastungserkennungssystems
in einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 ist
ein Graph, welcher ein Verhältnis zwischen
einer Zeit und einer Datengröße zur Hilfe beim
Beurteilen einer hohen Belastung eines Servers in dem Ausführungsbeispiel
zeigt;
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3 ist
ein Flussdiagramm (1), welches ein Paketüberwachungsverfahren in einem
Ausführungsbeispiel
1 zeigt;
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4 ist
ein Flussdiagramm (2), welches das Paketüberwachungsverfahren in dem
Ausführungsbeispiel
1 zeigt;
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5 ist
ein erklärendes
Diagramm, welches eine Verbindungsanforderung von einem Client an
einen Server und einen Antwortprozess entsprechend einem Zustand
eines Puffers zeigt;
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6 ist
ein erklärendes
Diagramm, welches eine erneute Übertragung
der Verbindungsanforderung von dem Client an den Server zeigt;
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7 ist
ein erklärendes
Diagramm, welches ein Beispiel einer Unterscheidung zeigt, ob die Daten
als Zieldaten abhängig
von einer Datengröße bei einer
Belastungserkennung festgelegt werden;
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8 ist
ein erklärendes
Diagramm, welches einen Prozess des Servers basierend auf einer Laufnummer
zeigt,
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9 ist
ein erklärendes
Diagramm, welches zeigt, wie eine Kommunikation von dem Server an
den Client überwacht
wird;
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10 ist
ein Blockdiagramm, welches eine Architektur eines Serveraufteilungssystems
in dem Ausführungsbeispiel
zeigt;
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11 ist
ein Graph zum Erklären
einer Wahrscheinlichkeitsverteilung PsD einer Serveraufteilung;
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12 ist
ein erklärendes
Diagramm (1), welches eine Modifikationsfunktion zeigt;
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13 ist ein Diagramm, welches ein Beispiel
einer Tabelle zeigt, die durch ein Serverauswahlmodul in dem Ausführungsbeispiel
erzeugt wird;
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14 ist
ein Graph, der ein Beispiel einer Verteilung von Durchsatzwerten
auf der Clientseite in der Vergangenheit zeigt; und
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15 ist
ein erklärendes
Diagramm (2), welches die Modifikationsfunktion zeigt.
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Bester Modus zum Ausführung der Erfindung
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[Ausführungsbeispiel
1]
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1 zeigt
eine Architektur von Funktionen eines Erkennungssystems 4 für eine Serverbelastung
in einem Ausführungsbeispiel
1. Wie in der gleichen Figur gezeigt, ist das Erkennungssystem 4 für eine Serverbelastung
an eine Kommunikationsleitung 3 angeschlossen, die mit
einem Client 1 und einem Server 2 verbunden ist,
und kann, um genau zu sein, in einen Router etc. implementiert werden.
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Dieses
Erkennungssystem 4 für
eine Serverbelastung umfasst, wie in der gleichen Figur gezeigt, ein
Erfassungsmodul 5 für
Kommunikationsdaten zum Erfassen von Paketdaten (TCP-Paket: Transmission
Control Protocol Paket), welche über
die Kommunikationsleitung 3 übermittelt werden. Ein Erkennungsmodul 6 für eine Verbindungszählung, ein Paketzählermodul 8 und
ein Berechnungsmodul 7 für eine Paketgröße werden
an dieses Erfassungsmodul 5 für Kommunikationsdaten angeschlossen.
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Das
Erkennungsmodul 6 für
eine Verbindungszählung
besitzt eine Funktion zum Erkennen einer Verbindungszählung C
pro Einheit Zeit von den TCP-Paketen, welche durch das Erfassungsmodul 5 für Kommunikationsdaten
erfasst werden. Dieses Erkennungsmodul 6 für eine Verbindungszählung addiert
1, wenn sie ein SYN-Paket erkennt, welches ein Kopfpaket repräsentiert,
und subtrahiert 1, wenn sie ein FIN-Paket erkennt, welches das letzte Paket
repräsentiert.
Die Anzahl von Clients, die gegenwärtig an den relevanten Server
angeschlossen ist, kann dadurch erkannt werden.
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Das
Paketzählermodul 8 besitzt
eine Funktion zum Zählen
einer Paketzählung
N der TCP-Pakete, die pro Einheit Zeit durch das Erfassungsmodul 5 für Kommunikationsdaten
erfasst werden. Das Berechnungsmodul 7 für eine Paketgröße besitzt
eine Funktion zum Berechnen einer Gesamtgröße S der TCP-Pakete, die pro
Einheit Zeit durch das Erfassungsmodul 5 für Kommunikationsdaten
erfasst werden.
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Berechnungs-/Zählungsdaten
dieser Module werden an ein Belastungserkennungsmodul 10 übertragen,
worin eine Belastung basierend auf einem vorbestimmten arithmetischen
Prozess beurteilt wird, der später
erklärt
werden wird.
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Die
Paketgesamtgröße S, welche
durch das Berechnungsmodul 7 für eine Paketgröße berechnet wird,
wird sequenziell erhöht
durch eine Paketgröße des Pakets,
das jede Zeit erreicht wird, wobei die Größe S auf 0 festgelegt wird,
wenn die Zählung
begonnen wird. Es sollte beachtet werden, dass eine Größe jedes
der SYN- und FIN-Pakete kleiner ist als das Datenpaket, und ihr
Einfluss auf die Serverbelastung klein genug ist, um ignoriert zu
werden.
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Die
Paketzählung
N der Pakete, welche durch das Paketzählermodul 8 gezählt wird,
addiert 1, jedes mal wenn das Paket erreicht wird, wobei die Paketzählung auf
0 gesetzt wird, wenn die Zählung begonnen
wird. Es sollte beachtet werden, dass die Zählung der SYN- und FIN-Pakete
aus dem oben erklärten
Grund ignoriert werden kann.
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Das
Paketzählermodul 8 fährt fort
zu zählen, bis
N einen bestimmten Wert Nmin überschreitet,
jedoch, wenn eine Zählungszeit
vom Start an kürzer
ist als eine vorgegeben Zeit Tmin, selbst wenn über Nmin, fährt die Zählung weiter fort, bis die
Zeit Tmin abläuft.
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Hier
werden Nmin und Tmin vorher in dem Paketzählermodul 8 festgelegt.
Somit werden Nmin und Tmin in Kombination verwendet, und dies macht es
möglich,
einen Berechnungsfehler zu reduzieren, der aufgrund einer geringen
Probezählung auftrat, welche
die Belastung erkennt, um einen Überlauf
zu vermeiden, der aufgrund der Probezählung auftrat, die zu viel
war, und um eine Belastungserkennungsgenauigkeit zu verbessern.
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Das
Belastungserkennungsmodul 10 erkennt die Belastung durch
Ausführen
der folgenden arithmetischen Prozesse.
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Zunächst erhält das Belastungserkennungsmodul 10,
wenn es die Verbindungszählung
C von dem Erkennungsmodul 6 für eine Verbindungszählung und
die Paketgröße S von
dem Berechnungsmodul 7 für eine Paketgröße empfängt, einen
Indexwert L einer Serverbelastung basierend auf der Formel, die
folgt.
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Es
sollte beachtet werden, dass T hier eine Messzeit ist, welche durch
einen Timer 11 gemessen wird. Wenn die Paketzählung N,
welche die Proben anzeigt, Nmin überschreitet
wenn Tmin abläuft,
wird die Messzeit T beispielsweise auf T = Tmin festgelegt. L = (S/C)/T wo L eine Datentransferanzahl
pro Verbindung für die
Einheit Zeit ist. Eine Belastung des Servers 2 kann durch
die Verwendung von L erkannt werden.
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Des
Weiteren aktualisiert das Lasterkennungsmodul 10 einen
Voraussagewert Lmax für
ein Durchsatzlimit. Hier ist ein Anfangswert von Lmax 0, und, wenn
L Lmax überschreitet,
wird ein Wert von Lmax als L festgelegt. Hier kann, wenn die folgende Beziehung
zwischen L und Lmax hergestellt wird, beurteilt werden, dass der
Server unter einer hohen Last ist. L < αLmax (1) mit 0 < α < = 1, und α ist eine
vorgegebene Konstante.
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3 ist
ein Flussdiagramm, welches zeigt, wie das Belastungserkennungsmodul 10,
das oben beschrieben wird, die Belastung erkennt.
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Zunächst, bei
einem Start einer Zählung, werden
die Paketzählung
N und der Indexwert L einer Serverbelastung zurückgesetzt, und der Timer 11 wird
gestartet (Schritt 301). Dann, wenn ein Empfang des Pakets über das
Erfassungsmodul 5 für
Kommunikationsdaten gestartet wird (302), wird beurteilt,
ob das Paket ein Verbindungsstartpaket SYN ist oder nicht (303)
beziehungsweise ob das Paket ein Verbindungsendepaket FIN ist oder
nicht (305). Hier wird, wenn es das Verbindungsstartpaket
SYN ist, eine Variable V um 1 erhöht (304). Des Weiteren wird,
wenn es das Verbindungsendepaket FIN ist, die Variable V um 1 erniedrigt
(306).
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Als
nächstes
wird die Paketzählung
N jedes Mal um 1 erhöht,
wenn ein neues Paket empfangen wird, und das Belastungserkennungsmodul 10 berechnet
den Indexwert L einer Serverbelastung (307). Diese Berechung
wird basierend auf der Berechnungsformel durchgeführt, die
vorher erklärt wurde.
Dann, wenn der Indexwert L einer Serverbelastung αLmax in der
Formel (1), die oben angegeben wird, überschreitet, wird beurteilt,
dass der Server in einem Zustand hoher Belastung ist.
-
Ein
Ende dieser Beurteilung hoher Belastung wird ausgelöst, wenn
der Timerwert gleich oder größer wird
als die vorgegebene Zeit Tmin und wenn die Paketzählung N
gleich oder größer wird
als der vorgegebene Wert Nmin (308).
-
Hier
teilt der Server 2 gemäß TCP Speicherressourcen
(Puffer) zum Speichern der Paketdaten auf, die von dem Client 1 gleichmäßig pro
Verbindung übermittelt
werden. Der Server 2 teilt dem Client 1 eine Datengröße mit,
die in der Speicherressource (Puffer) gespeichert werden kann, wenn
das nächste Mal
empfangen wird. Der Client 1 sendet die Datengröße, welche
ihm der Server 2 mitgeteilt hat, über die Kommunikationsleitung 3 an
den Server 2.
-
Dementsprechend
ist der Server 2, wenn er die hohe Belastung erlangt, nicht
mehr in der Lage, die Daten sofort zu verarbeiten, die von dem Client 1 gesendet
werden, und infolgedessen bleiben alle oder einige Teile der Daten
in der Speicherressource (Puffer) des Servers 2 gespeichert.
Demzufolge hat der Server 2 keine Alternative, außer dem
Client eine Datengröße mitzuteilen,
die kleiner ist, durch die Daten, die in der Speicherressource (Puffer)
gespeichert bleiben.
-
Hier
ist TCP ein Protokoll, das zum Senden und Empfangen der Daten konzipiert
ist, deren Größe so groß wie möglich ist,
und daher ist die Datengröße der Daten,
die von dem Client 1 an den Server übermittelt werden, maximal
in einem Zustand, bevor der Server 2 die hohe Belastung
erlangt. Danach, wenn die Last am Server 2 ansteigt, nimmt
die Datengröße der Daten
auch ab, die auf der Kommunikationsleitung 3 übermittelt
werden. In diesem Ausführungsbeispiel,
wie in 2 gezeigt, wird der Zustand hoher Belastung des
Servers mit einer Gewichtung erkannt, dass die Datengröße abnimmt.
-
In
diesem Ausführungsbeispiel
werden die Daten in der Datenbank 12 gespeichert, wobei
die Datengröße der Daten,
die auf der Kommunikationsleitung 3 in dem Zustand übermittelt
werden, bevor der Server 2 die hohe Belastung erlangt,
den Maximalwert Lmax besitzt. Dann, wie in der Formel (1) gezeigt,
wird der Wert (Schwellenwert), der durch Multiplizieren von Lmax
mit der Konstante α erhalten
wird, mit L verglichen. Wenn L gleich oder kleiner ist als der Schwellenwert,
wird beurteilt, dass der Server 2 im Zustand hoher Belastung
ist.
-
Somit
ist es in diesem Ausführungsbeispiel möglich, eine
falsche Beurteilung mit einer Reduzierung der Gesamtdatengröße zu verhindern,
aufgrund der Abnahme der Verbindungszählung selbst, indem die Datengröße pro Verbindung überprüft wird,
und die falsche Erkennung der hohen Belastung kann aufgrund von
L-Schwankungen, die sich durch eine Störung ergeben, durch Verwendung
der Konstante α verhindert
werden.
-
Es
sollte beachtet werden, dass 4 ein Flussdiagramm
ist, welches im Wesentlichen das gleiche wie das Flussdiagramm in 3 ist,
und Schritte zum Beurteilen der hohen Belastung zeigt, ohne das
Kommunikationsstartpaket SYN und das Kommunikationsendepaket FIN
zu betrachten.
-
[Ausführungsbeispiel
2]
-
Ein
Ausführungsbeispiel
2 veranschaulicht ein Erkennungsverfahren für eine hohe Belastung, wobei
ein Neuübermittlungsprozess
von dem Client 1 an den Server 2 eingesetzt wird.
-
Eine
Systemarchitektur, die im Ausführungsbeispiel
2 verwendet wird, ist im Wesentlichen die gleiche wie jene, die
in 1 in dem Ausführungsbeispiel
1 gezeigt ist, und infolgedessen wird ihre Erläuterung ausgelassen.
-
Im
Ausführungsbeispiel
2 wird die Information des einzelnen Kommunikationsstartpakets SYN
in der Datenbank 12 aufgezeichnet (siehe 6(a)~6(c)). Dann wird die Information des einzelnen
Kommunikationsstartpakets SYN durch ein Tupel einer Clientadresse
(IP), einer Clientportnummer (sp) und einer Serverportnummer (dp)
identifiziert.
-
Gemäß TCP, wenn
der Server 2 das Kommunikationsstartpaket SYN vom Client 1 empfängt, wird
ein SYN-Empfangsbestätigungspaket
zurück
an den Client 1 gesendet. Hier wird, wenn der Client 1 nicht
in der Lage ist, das SYN-Empfangsbestätigungspaket von dem Server 2 zu
empfangen, selbst wenn eine festgelegte Zeitdauer abläuft, das
Kommunikationsstartpaket SYN erneut an den Server 2 übermittelt.
-
5 zeigt
dieses Konzept. Bezug nehmend auf 5(a),
sendet der Client 1a zuerst eine Verbindungsanfrage (das
Kommunikationsstartpaket SYN) an den Server 2. Andererseits
sendet auch der andere Client 1b die Verbindungs anfrage
(das Kommunikationsstartpaket SYN) an den Server 2. Hier,
wenn ein Puffer 51 des Servers 2 eine Erlaubnis
besitzt, das heißt,
wenn er in einem Zustand niedriger Belastung ist, sendet der Server 2 eine
Antwortmitteilung (Empfangsbestätigungspaket)
an die Clients 1a und 1b, wohingegen wenn der
Puffer 51 des Servers 2 keine Erlaubnis besitzt,
wie in 5(b) gezeigt, nicht auf die
Verbindungsanforderung (das Kommunikationsstartpaket SYN) von dem
Client 1 geantwortet werden kann. Dann sendet der Client 1,
wie in 5(c) gezeigt, wenn er nicht
in der Lage ist, die Antwortmitteilung (Empfangsbestätigungspaket)
von dem Server 2 innerhalb der festgelegten Zeitdauer zu empfangen,
die Verbindungsanforderung erneut an den Server 2.
-
In
dem Ausführungsbeispiel
2 zählt
das Erkennungsmodul 6 für
eine Verbindungszählung
eine Anzahl Cs der Startpakete SYN, und die Anzahl von Neuübermittlungsprozessen
des Startpakets SYN von dem Client 1 wird erkannt, wodurch
eine Rate Rs der Anzahl von Neuübermittlungsprozessen
des Startpakets SYN berechnet wird. Diese Rate Rs wird als ein Indexwert
Crs einer Serverbelastung festgelegt.
-
Hier
kann das Startpaket SYN beurteilt werden, um erneut übermittelt
zu werden, wenn die SYN-Information, die aus dem Startpaket SYN
extrahiert wird, bereits in der Datenbank 12 aufgezeichnet wurde. 6 zeigt
wie dies ist. Bezug nehmend auf 6(a),
werden SYN1 (IP1, sp1, dp1), SYN2 (IP2, sp2, dp2) und SYN3 (IP3,
sp3, dp3) als die SYN-Information
in der Datenbank des Belastungserkennungssystems 4 aufgezeichnet.
Zu diesem Zeitpunkt sendet der Client 1 die Verbindungsanforderung (Startpaket
SYN4) über
die Kommunikationsleitung 3 an den Server. Das Belastungserkennungssystem 4, wenn
diese Verbindungsanforderung eine Verbindungsanforderung ist, die
nicht in der Selbstdatenbank 12 gespeichert ist, das heißt, wenn
dies die erste Verbindungsanforderung ist, speichert diese Verbindungsanforde rung
(SYN4: IP4, sp4, dp4) in der gleichen Datenbank 12 (6(b)).
-
Dann,
wenn der Server 2 dem Client 1 nicht irgendeine
Antwort auf diese Verbindungsanforderung (SYN4) mitteilt, sendet
der Client 1 die gleiche Verbindungsanforderung (SYN4)
erneut an den Server 2. Das Erfassungsmodul 5 für Kommunikationsdaten
erfasst diese Verbindungsanforderung (SYN4) und das Belastungserkennungsmodul 10 durchsucht die
Datenbank 12, wobei das Belastungserkennungssystem 4 weiß, dass
die Verbindungsanforderung bereits in dem System 4 selbst
gespeichert wurde, und beurteilt demzufolge, dass die gleiche Verbindungsanforderung
(SYN4) eine Neuverbindungsanforderung ist.
-
Ein
spezielles Zählverfahren
in dem Belastungserkennungsmodul 10 basiert auf dem Zählverfahren
der Verbindungszählung
C und dem Erkennungsverfahren der Paketgröße S, die in Ausführungsbeispiel
1 erklärt
wurden.
-
Hier,
wenn die folgende Formel (2) in Bezug auf die erhaltene Rate Rs
der Anzahl von Neuübermittlungsprozessen
des Startpakets SYN eingeführt wird,
das heißt
Crs, wird der Server 1 beurteilt, eine hohe Belastung zu
besitzen. Crs > β (2)mit 0 < β < 1, β ist eine
vorgegebene Konstante.
-
Der
Server 2 teilt die Puffer 51 zum Speichern der
Daten von dem Client 1 pro Verbindung auf. Wenn die Puffer 51,
die aufzuteilen sind, aufgebraucht sind, wird die Antwortmitteilung
(SYN-Empfangsbestätigungspaket)
nicht zurück
an den Client 1 gesendet, ohne die Verbindung herzustellen.
Daher folgt, dass der Client 1 eine erhöhte Rate der Neuübermittlungsprozesse
des Startpakets SYN besitzt. Dementsprechend kann die hohe Belastung
des Servers aus der Formel (2) erkannt werden. 6(d) ist ein
Graph, der eine Beziehung zwischen der Neuübermittlungskennzahl (die Anzahl
von Neuübermittlungsprozessen/die
Anzahl von Kommunikatio nen), die oben beschrieben wird, und der
Serverbelastung zeigt.
-
Es
sollte beachtet werden, dass die Konstante β in der Formel (2), die oben
angegeben wird, festgelegt wird, um die falsche Erkennung aufgrund
der Störung
und dem vorübergehenden
Zustand hoher Belastung zu verhindern. Der vorübergehende Zustand hoher Belastung
besitzt eine geringe Wahrscheinlichkeit aufzutreten, dauert jedoch
nicht lange an, und kann daher ignoriert werden.
-
[Ausführungsbeispiel
3]
-
Ein
Ausführungsbeispiel
3 veranschaulicht eine Technologie, um eine Unterscheidung eines Zählungsziels
zu machen, abhängig
von der Kommunikationsdatengröße, wenn
die Belastung erkannt wird. Es sollte beachtet werden, dass die
Systemarchitektur in dem Ausführungsbeispiel
3 auch im Wesentlichen die gleiche ist wie jene, die in 1 gezeigt
ist, und wird daher mit Bezugnahme auf 1 erklärt.
-
In
dem Ausführungsbeispiel
3 erkennt das Belastungserkennungsmodul 10, wenn die folgende Beziehung
zwischen einer Paketgröße Si des
Pakets von dem Client 1 und Ds hergestellt wird, die Belastung,
ohne Si zu der Gesamtpaketgröße L hinzuzufügen. Si < γDs (3)mit 0 < γ < 1, Ds = f(S1, S2,
...Si – 1), γ ist eine
vorgegebene Konstante, Ds ist eine Funktion zum Erhalten eines Verteilungsindex
der gezählten
Paketgröße und kann
als ein Mittelwert festgelegt werden. Des Weiteren, wenn eine Mehrzahl
von Werten als ein Ergebniswert von Ds angegeben ist, können diese
Werte als ein einzelner Wert festegelegt werden, durch eine gewichtete
Addition und Auswahl.
-
Gemäß TCP legt
der Client 1 nach der Verbindung die Übertragungsdatengrößer kleiner
fest als die Datengröße, die
der Server 2 mitgeteilt hat, startet dann die Übertragung
und erhöht
nach und nach die Datengröße bis zu
der mitgeteilten Datengröße. Daher
ist die Paketgröße, die
von dem Client 1 angegeben wird, kurz nachdem die Verbindung
gestartet wird, klein, ungeachtet der Last am Server 2.
-
Dementsprechend,
wenn eine große
Anzahl der Clients 1 kurz nach dem Start der Verbindung vorhanden
ist, wird die Datentransferanzahl L in der Formel (1) klein vorhergesagt,
aufgrund einer Vielzahl kleiner Teile von Übertragungsdaten, und es kann
eine Möglichkeit
geben, bei der sich Genauigkeiten der Messung der Belastung und
eine Erkennung der hohen Belastung verschlechtern.
-
7 zeigt
konzeptionell wie dies ist. Bezug nehmend auf 7(a), übermittelt
der Client 1a Paketdaten A mit einer vergleichsweise großen Größe an den
Server 2. Der Client 1b übermittelt jedoch Paketdaten
B mit einer vergleichsweise kleine Größe, wie z.B. einen Befehl und
ein Antwortsignal, da dies kurz nach dem Start der Kommunikation
ist. Wenn solch eine kleine Größe von Paketdaten
ignoriert werden kann, wenn die Last am Server erkannt wird, kann
kein Problem auftreten.
-
In
solch einem Fall, in Übereinstimmung
mit dem Ausführungsbeispiel
3, durch Verwendung der Formel (3), wird das Paket vom Client 1 kurz
nach dem Start der Verbindung erkannt und vom Zählungsziel ausgeschlossen,
wodurch die Genauigkeiten des Messens der Belastung und des Erkennens der
hohen Belastung verbessert werden.
-
Wenn
der Server eine hohe Belastung erreicht, nimmt die Datengröße der Daten
aller verbundenen Clients ab, jedoch ist die Reduzierung in den Puffern 51 zum
Speichern der Daten vergleichsweise moderat, und infolgedessen ist
auch die Abnahme von L moderat. Des Weiteren ist sie gering bezüglich der
Wahrscheinlichkeit, dass alle Clients die neuen Verbindungen gleichzeitig
starten, so dass die Formel (3) ausreichend ist.
-
Ein
unterer Grenzwert Dsmin von Ds wird als eine angewendete Bedingung
in der Formel (3) festgelegt, um die Genauigkeit zu erhöhen, und,
wenn Ds gleich oder kleiner als Dsmin ist, wird die Formel (3) nicht
angewendet. Si kann nämlich
zu L hinzu addiert werden.
-
[Ausführungsbeispiel
4]
-
Ein
Ausführungsbeispiel
4 veranschaulicht eine Technologie zum Verhindern einer falschen
Erkennung der hohen Belastung des Servers, aufgrund eines Paketwiderrufs,
welcher durch eine Überlastung
etc. auf der Kommunikationsleitung auftritt, wenn die Belastung
in der Diskussion des Ausführungsbeispiels
1 erkannt wird.
-
Eine
Systemarchitektur in dem Ausführungsbeispiel
4 ist die gleiche wie jene in 1. Hier
werden von dem Paket von dem Client 1 zu dem Server 2 ein
Tupel (Paketkennung) einer Clientadresse (IP), einer Clientportnummer
(sp) und einer Serverportnummer (dp) und eine Laufnummer von dem
Start der Verbindung bis zu dem Ende davon in der Datenbank 12 gespeichert.
Zu diesem Zeitpunkt soll die gespeichert Laufnummer ein Maximalwert
sein (der letzte Wert zu diesem Zeitpunkt).
-
Das
Belastungserkennungssystem 4 erhält, wenn das Paket empfangen
wird, das von dem Client 1 an den Server 2 übermittelt
wird, die Paketkennung und die Laufnummer Pi von diesem Paket, und
vergleicht sie mit einer Laufnummer Pj der gleichen Paketkennung,
die in der Datenbank 12 gespeichert ist.
-
Hier
kann es, wenn eine Beziehung, wie z.B. Pi < Pj hergestellt wird, basierend auf
einer Beurteilung des Belastungserkennungsmoduls 10, bekannt sein,
dass ein Vorbeiziehen des Pakets auf der Kommunikationsleitung 3 auftritt,
oder ein Paket erneut übermittelt
wird, aufgrund des Verschwindens des Pakets auf der Strecke.
-
Auf
jeden Fall folgt daraus, dass die Daten, welche durch den Server 2 in
diesem Zustand empfangen werden, einen Verlust auf halber Strecke
besitzen, und der Server 2 nicht in der Lage ist, die Daten
nach dem verlorenen Teil zu verarbeiten. Es folgt, dass die Daten
nach dem verlorenen Teil in dem Puffer 51 gespeichert bleiben.
Die Datengröße, die durch
den Server 2 empfangen werden kann, wird dadurch verringert,
jedoch ist der Grund dafür
nicht die Serverbelastung sondern eine Überlastung etc. auf der Strecke
zwischen dem Client und dem Server. 8 zeigt
konzeptionell wie dies ist. In 8 werden
Teile von Paketdaten [1~3] von dem Client 1 an den Server 2 übertragen,
und nur die Paketdaten [2] gehen durch einen Faktor wie z.B. die
Streckenüberlastung
etc. verloren. Der Client 2 speichert die Paketdaten [1,
3], die im Puffer 51 empfangen wurden. Hier wird dem Client 1 eine
Antwort mitgeteilt (eine Anforderung zum erneuten Übermitteln
der Paketdaten [2]), jedoch werden die Paketdaten [2] nicht im Puffer
des Servers 2 selbst empfangen, und infolgedessen tritt
ein Zustand auf, in dem er nicht in der Lage ist, die Daten nach
den Paketdaten [3] zu verarbeiten, die ihn bereits erreicht haben.
-
Der
Client 1, wenn er die Antwortmitteilung über die
Paketdaten [2] doppelt empfängt, übermittelt erneut
die Paketdaten [2]. Somit sind die Paketdaten [2~5] alle angekommen,
wodurch der Server 2 einen Zustand erreicht, in dem er
in der Lage ist, diese Teile von Paketdaten zu verarbeiten, die
er empfangen hat, jedoch nicht in der Lage ist, sofort auf die Verarbeitung
umzuschalten. Infolgedessen ist eine freie Größe des Puffers, die dem Client 1 mitgeteilt
wird, n, was bei weitem kleiner ist als eine ursprüngliche
Puffergröße N.
-
Als
nächstes überträgt der Client 1 die
Paketdaten [6], deren Größe in einer
Größe n gespeichert werden
kann, die der Server 2 mitgeteilt hat. Tatsächlich werden
jedoch, in dem Schritt zum Empfangen dieses Teils von Paketdaten
[6], die Paketdaten [1~5] verarbeitet, und daher existiert ein großer freier
Platz im Puffer, so dass der Zustand hoher Belastung nicht auftritt.
-
Das
heißt,
in dem Ausführungsbeispiel
4 wird der Zustand, der in 8 gezeigt
ist, in der Regel nicht als die hohe Belastung beurteilt.
-
Aus
den oben erläuterten
Gründen
wird das Paket Pi mit einem Einführen
von Pi < Pj aus
der Zählung
ausgeschlossen. Alternativ kann der Wert durch Angeben eines bestimmten
Gewichts oder durch weiteres Hinzufügen von Pj – Pi zu der Paketgröße in dem
Belastungserkennungsmodul 10 berechnet werden.
-
Hier
impliziert die Berechnung von Pj – Pi, dass, wenn kein Datenverlust
auftritt durch Hinzufügen
einer Vorhersagegröße der Daten,
die in dem Puffer 51 innerhalb des Servers 2 gespeichert
bleiben, zu der Paketgröße, eine
Datengröße vorhergesagt
werden kann, das heißt,
eine vorliegende Paketgröße, die
der Server 2 dem Client 1 mitteilt.
-
[Ausführungsbeispiel
5]
-
Ein
Ausführungsbeispiel
5 ist, dass der Server 2 die Paketdaten überwacht,
die an den Client 1 übertragen
werden, wodurch die Last am Server 2 beurteilt wird.
-
In
dem Belastungserkennungssystem 4 in dem Ausführungsbeispiel
5 überwacht
der Server 2 einen Gesamtwert Sw einer Fenstergröße und eine Verbindungszählung C
in dem Paket, welches durch den Server 2 an den Client 1 übermittelt
wird. Die Fenstergröße ist eine
Datengröße, die
empfangen werden kann und die der Server 2 dem Client 1 mitteilt.
-
Ein
Wert der Verbindungszählung
C wird erhalten, indem um 1 erhöht
wird, wenn das Startpaket SYN erkannt wird, welches von dem Server 2 an
den Client 1 übermittelt
wird, und indem um 1 erniedrigt wird, wenn das Endpaket FIN er kannt
wird. Hier ist die Zählung
von Sw und C die gleiche wie im Ausführungsbeispiel 1.
-
Ein
Indexwert L3 einer Belastung des Servers 2 wird durch die
folgende Formel erhalten. T ist das gleiche wie T im Ausführungsbeispiel
1, ist jedoch nicht notwendigerweise unbedingt notwendig. L3 = (Sw/c)/T (4)Der
Indexwert L3 einer Belastung impliziert eine Fenstergröße pro Verbindung.
Das Folgende ist ein Verfahren zum Erkennen der hohen Last am Server 2 durch
die Verwendung von L3.
-
Zunächst wird
ein Vorhersagewert L3max einer Durchsatzbeschränkung des Servers 2 aktualisiert.
Ein anfänglicher
Wert von L3max ist 0, und, wenn L3 L3max überschreitet, wird ein Wert
von L3max auf L3 festgelegt.
-
Hier,
wenn die folgende Beziehung zwischen L3 und L3max hergestellt wird,
wird beurteilt, dass der Server 2 unter hoher Last ist. L3 = α3·Lmax (5)Mit 0 < α3 < = 1, und α3 ist eine
vorgegebene Konstante.
-
Der
Server 2 teilt dem Client 1 eine freie Größe des Puffers 51 mit,
bei der er selbst in der Lage ist zu Arbeiten, das heißt die Fenstergröße (9(a)). Hier, wenn jedoch der Server 2 eine
erhöhte
Belastung besitzt, ausreichend um nicht in der Lage zu sein, die
Daten vollständig
zu verarbeiten, die vom Client 1 übertragen werden, wie in 9(b) gezeigt, teilt der Server 2 dem
Client 1 die Fenstergröße n mit, die
kleiner ist als davor (was insbesondere die Datengröße ist,
die das nächste
Mal empfangen werden kann). Daher ist 9(b) ein
Graph, welcher eine Beziehung zwischen der Zeit und der Fenstergröße zeigt,
welche der Server 2 dem Client mitteilt.
-
Die
Last am Server 2 hat einen Einfluss auf alle verbundenen
Clients, und infolgedessen nimmt L3 mit einem Anstieg der Serverbelastung
ab. Dementsprechend kann die Serverbelastung durch die Formel (4)
berechnet werden, und die hohe Last kann durch die Formel (5) erkannt
werden.
-
[Ausführungsbeispiel
6]
-
Ein
Ausführungsbeispiel
6 zeigt einen Fall, bei dem ein Serveraufteilungssystem der vorliegenden
Erfindung als ein Router zum Leiten des TCP-Pakets zwischen dem
Client und dem Server aktualisiert wird.
-
Bezug
nehmend auf 10, eine Adressübersetzungs-/Paketroutingeinheit 1002 gibt,
wenn ein Paket 1010, das vom Client 1 empfangen
wird, das Startpaket SYN ist, welches die Verbindungsanforderung
impliziert, einen Serveraufteilungshinweis 1020 an ein
Serverauswahlmodul 1007 einer Serveraufteilungseinheit 1001 aus,
um einen Server zum Aufteilen der Dienste zu bestimmen. Dann übergibt die
Adressübersetzungs-/Paketroutingeinheit 1002 einen
Zählungshinweis 1021 an
ein Durchsatzzählungsmodul 1008 auf
der Clientseite.
-
Eine
Zähleinheit 1004 für einen
Serverdurchsatz berechnet einen Durchsatz jedes Servers und sendet
Ergebnisdaten 1013 an ein Berechnungsmodul 1006 für eine Serveraufteilungswahrscheinlichkeit.
Der Durchsatz jedes Servers kann aus einer Antwortzeit nach der Übertragung
eines Ping, etc. an den Server 2 berechnet werden, oder
der Benutzer kann den Durchsatz vorgeben. Des Weiteren kann auch
das Erkennungssystem für
eine Serverbelastung, das in den Ausführungsbeispielen 1~5 beschrieben
wird, verwendet werden.
-
Das
Durchsatzzählungsmodul 1008 auf
der Clientseite berechnet bei einem Hinweis, der von der Routingeinheit 1002 gegeben
wird, Durchsätze 1018 des
Clients 1 und der Kommunikationsleitung 3, und informiert
ein Datenerzeugungsmodul 1009 über eine Wahrscheinlichkeitsänderung
der Serveraufteilung. Hier kann der Durchsatz auf der Clientseite
aus einer Antwortzeit nach dem Übertragen
erhalten werden, beispielsweise eines Ping, etc. an den Client. Des
Weiteren kann der Durchsatz auf der Clientseite auch durch die Verwendung
eines Bandmessungsverfahrens, wie z.B. Bprob etc., und aus vergangenen
Aufzeichnungen der Kommunikationen über den Client 1 wie
auch aus der Fenstergröße und TTL
(Time-To-Live), was aus dem Paket extrahiert wird, erhalten werden.
-
Das
Datenerzeugungsmodul 1009 für eine Änderung der Serveraufteilung
erzeugt eine Änderungsfunktion 1022 in
Bezug auf eine Wahrscheinlichkeitsverteilung der Serveraufteilung
aus dem Durchsatz 1018 auf der Clientseite.
-
11 zeigt
ein Beispiel einer Wahrscheinlichkeitsverteilung PsD einer Serveraufteilung. 12 zeigt
ein Beispiel einer Änderungsfunktion
M (1022) in dem unteren Teil.
-
Dass
Berechnungsmodul 1006 für
eine Serveraufteilungswahrscheinlichkeit wendet die Änderungsfunktion
M (1022) auf die Wahrscheinlichkeitsverteilung PsD der
Serveraufteilung an, wodurch eine Wahrscheinlichkeitsverteilung
MPsD der Serveraufteilung erhalten wird.
-
Die
Wahrscheinlichkeitsverteilung PsD wird mit solch einer Verteilung
festgelegt, dass die Aufteilungswahrscheinlichkeit größer wird,
wenn der Server einen höheren
Durchsatz zu der vorgegebenen Zeit besitzt. Wenn beispielsweise
p1, p2, ... pn (n ist die Anzahl von Server) Durchsatzwerte (was
später erklärt werden
wird) der jeweiligen Server zu der vorgegebenen Zeit sind, kann
eine Aufteilungswahrscheinlichkeit Pi auf den Server Si durch die
folgende Formel erhalten werden: Pi
= pi/(p1 + p2 +, ... + pn) (6)
-
Die Änderungsfunktion
M der Wahrscheinlichkeit wird, wie in 12 gezeigt,
eine Funktion zum Ändern
von PsD, so dass PsD besser an eine gleichmäßige Verteilung angenähert wird,
wenn der Durchsatz auf der Clientseite niedriger wird. Wenn beispielsweise
eine Antwortzeit Tping, basierend auf einem ging, als ein Durchsatz
auf der Clientseite behandelt wird, kann ein geändertes Pi' jedes Serverdurchsatzes Pi auch aus
der folgenden Formel erhalten werden: Pi' = Pi + (Pav – Pi)·2/π·arc_tan
(α·Tping) (7)wo Pav ein
Mittelwert von Pi ist, α eine
vorgegebene Zahl größer als
0 ist und arc_tan(x) tan – 1(x)
repräsentiert.
-
Die
modifizierte Wahrscheinlichkeitsverteilung MPsD wird aus diesem
Pi' erhalten.
-
Das
Berechnungsmodul 1006 für
eine Serveraufteilungswahrscheinlichkeit sendet die erhaltene Verteilung
MPsD an das Serveraufteilungsmodul (1007). Das Serveraufteilungsmodul
(1007) wird durch Erzeugen einer Tabelle, die in 13 gezeigt ist, aus MPsD aktualisiert,
wobei einheitliche Zufallswerte verwendet werden, die zufällige Werte von
0~1 annehmen. Die Tabelle in 13 wird
beispielsweise durch ein Array von Feldern aktualisiert, von denen
jedes eine Servernummer enthält,
wobei jedes Feld ein Tupel von Maximal- und Minimalwerten in einem
Bereich Pi von 0~1 und eine Serveradresse enthält. Die Serveradresse in dem
Feld, welches einen Bereich besitzt, der die gleichmäßige Zufallszahl
enthält,
kann als eine Serveradresse für
eine Dienstaufteilung festgelegt werden. Der Bereich jedes Felds
ist jedoch entworfen, um nicht mit den Bereichen anderer Felder
zu überlappen.
-
In
Bezug auf die Wahrscheinlichkeitsverteilung von PsD und MPsD können die
Serverdurchsatzwerte Pi und Pi' als
eine Verteilungsmaß aktualisiert
werden. In diesem Fall nehmen die gleichmäßigen Zufallswerte einen Bereich
von 0 bis zu einem Gesamtwert aller Pi an.
-
Das
Serverauswahlmodul 1007 sendet nach dem Bestimmen des Aufteilungsservers
eine Serveradresse 1012 davon an die Verbindungsverwaltungseinheit 1003.
-
Die
Verbindungsverwaltungseinheit 1003 extrahiert ein Tupel
von Daten, wie z.B. die Clientadresse (IP), die Clientportnummer
(sp), die Zielportnummer (dp), aus dem Startpaket SYN oder einem
Teil dieses Pakets, das von der Adressübersetzungs-/Paketroutingeinheit
empfangen wird. Dann zeichnet die Verbindungsverwaltungseinheit 1003 ein
Mapping des Tupels von Daten und die Serveradresse auf, die von
der Serveraufteilungseinheit 1001 erhalten wird. Hier kann
die Aufzeichnung die Verwendung einer Hash-Tabelle bedingen, wobei
das Tupel von Daten als ein Schlüssel
dient. Die Verbindungsverwaltungseinheit 1003 überträgt die Serveradresse 1012 an
die Adressübersetzungs-/Paketroutingeinheit 1002.
-
Die
Adressübersetzungs-/Paketroutingeinheit 1002 übersetzt
ein Ziel des Pakets, das vom Client 1 empfangen wird, in
die Serveradresse 1012, die von der Verbindungsverwaltungseinheit 1003 empfangen
wird, und überträgt die Serveradresse 1012 an
den Server 2.
-
Während der
Servierung übermittelt
die Adressübersetzungs/Paketroutingeinheit 1002 ein Paket 1014 an
die Verbindungsverwaltungseinheit 1003. Diese Verbindungsverwaltungseinheit 1003 erhält die Aufteilungsserveradresse 1012 von
dem Tupel von Daten, die aus dem Paket 1014 extrahiert werden,
und sendet die Adresse 1012 an die Adressübersetzungs-/Paketroutingeinheit 1002.
Wie in dem Fall des Startpakets SYN übersetzt die Adressübersetzungs-/Paketroutingeinheit 1002 das
Ziel des Pakets, das von dem Client 1 empfangen wird, in
die Serveradresse 1012, die von der Verbindungsverwaltungseinheit 1003 erhalten
wird, und überträgt die Serveradresse 1012 an
den Server 2.
-
Wenn
die Servierung beendet ist, das heißt, wenn das Endpaket FIN emfpangen
wird, obwohl ähnlich
zu dem Betriebsprozess, verwirft die Verbindungsverwaltungseinheit 1003,
welche dieses Paket empfängt,
das Tupel von Daten entsprechend dem Paket.
-
In
diesem Ausführungsbeispiel
wird die Dienstaufteilung durch Verwendung der Wahrscheinlichkeitsverteilung
bestimmt, wodurch ein Aufteilen des Servers vereinfacht wird, welcher
einen höheren Durchsatz
für den
Client aufweist, der einen höheren Durchsatz
aufweist. Daher können
die Dienste entsprechend danach aufgeteilt werden, wie stark der Serverdurchsatz
die QoS beeinflusst, wie z.B. die Antwortzeit.
-
Das
Datenerzeugungsmodul 1009 für eine Wahrscheinlichkeitsänderung
der Serveraufteilung der Serveraufteilungseinheit 1001 erhält eine
Verteilung (14) der Durchsätze auf
der Clientseite in der Vergangenheit, erhält auch einen Zwischenraum 6 aus
der Verteilung der Durchsatzwerte auf der Clientseite eines neu
angeschlossenen Clients, und erhält
einen Zwischenraum 6c aus einer Verteilung der Durchsatzwerte
auf der Clientseite eines neu angeschlossenen Clients. Dann fügt das Datenerzeugungsmodul 1009 für eine Wahrscheinlichkeitsänderung
der Serveraufteilung 6c zu der Änderungsfunktion M hinzu, wodurch
die Wahrscheinlichkeitsverteilung verändert wird (15).
Hier wird δc
beispielsweise durch die folgende Formel erhalten: δc = Pca – pciwo
Pca ein Durchsatzmittelwert auf der Clientseite in der Vergangenheit
ist und pci ein Durchsatzwert auf der Clientseite des neu angeschlossenen
Clients ist. Die Änderungsfunktion
M wird so festgelegt, dass der Serverdurchsatzwert pi besser an
den Durchschnittswert aller pi angenähert wird, wenn δc kleiner
wird, und wird von dem Durch schnittswert weiter entfernt, wenn δc größer wird.
Wenn der Zwischenraum von dem Durchschnittswert groß festgelegt
wird, muss der modifizierte Wert pi' von pi keine negative Zahl sein. Beispielsweise
kann die Formel (7) wie folgt verändert werden: pi' =
pi + (Pav – pi)·β·2/π·arc_tan
(α·δc + γ) (7')wo
Pav ein Mittelwert von pi ist, α, γ vorgegebene Zahlen
größer als
0 sind und arc_tan(x) tan-1(x) repräsentiert. Wenn β – 1 ist, δc < 0 und wenn –dpj/pj, δ > = 0. Pj ist der Mindestwert
von pi, und dpi = Pav – pj.
-
Somit
wird die Dienstaufteilung basierend auf dem Zwischenraum aus der
Verteilung der vergangenen Durchsatzwerte auf der Clientseite der Durchsatzwerte
auf der Clientseite des neu verbundenen Clients ausgeführt, wodurch
die Serveraufteilung entsprechend dem Client zu jedem Zeitpunkt
erreicht werden kann. Beispielsweise kann die Serveraufteilung automatisch
einem Fall entsprechen, indem die Clientkennzahlen von einem entfernten
Ort und einem benachbarten Ort abhängig von einer Zeitzone schwanken.
-
Des
Weiteren kann in diesem Ausführungsbeispiel
eine Mehrzahl von Serveraufteilungseinheiten (1001) angeordnet
werden und jede ausgewählte entspricht
der Clientadresse, der Clientportnummer und der Dienstportnummer.
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Eine
Aufteilungszielservergruppe kann separat pro Dienst und pro Client
verwendet werden, und eine Dienstverteilungsmethode kann umgeschaltet werden,
wodurch ein einzelnes System in der Lage ist, die Dienstaufteilung
in einer Vielzahl von Arten auszuführen.
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Wie
oben diskutiert wird gemäß der vorliegenden
Erfindung die Serverbelastung gemessen, und die hohe Belastung wird
durch Überwachen
der Kommunikationen zwischen dem Client und dem Server erkannt.
Infolgedessen wird weder eine technische Ergänzung am Server benötigt noch
werden andere Pakete als für
die Dienste ausgegeben. Dementsprechend gibt es sich ergebende Effekte,
wobei das System in der Lage ist, jedem Server zu entsprechen, und
es tritt keine Interferenz mit der Last auf, mit niedrigen Kosten
für die
Einführung.
Des Weiteren werden die Belastungsmessung und die Erkennung der
hohen Belastung mit dem Index durchgeführt, der nicht vom Protokoll
abhängt,
so dass ein Effekt ist, dass das System in der Lage ist, irgendeinem Dienst
zu entsprechen. Es gibt auch einen Effekt, bei dem der Einfluss
der Störung
gering ist und die Genauigkeit hoch ist, aufgrund der Überwachung
des Kommunikationszustands während
dem Dienst.
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Außerdem,
wenn die Dienste, die durch den Server bereitgestellt werden, durch
die Vielzahl von Servern aufgeteilt werden, werden die Belastungen der
jeweiligen Server automatisch effizient aufgeteilt, entsprechend
dazu, wie stark sich der Serverdurchsatz, aus Sicht des Clients
auf die QoS auswirkt, entsprechend den Änderungen der Serverarchitektur und
des Serverzustands. Daher ist ein Effekt, dass der Client eine prompte
Lieferung der Dienste empfangen kann.
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Gewerbliche
Anwendbarkeit
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Die
vorliegende Erfindung kann auf das Belastungsmesssystem in dem Netzwerksystem
angewendet werden, welches durch die Server und die Clients konfiguriert
wird.