負載均衡配置及數據模式

文/李斌 趙中英 王敏

在現有的信息化發展時代下，硬件設備的使用年限周期都存在很大問題，硬件設備的成本也在逐年增加，針對這種問題，ETSI曾在12年提出了虛擬化的概念，這種網絡虛擬化類似于設備的解耦工作，將網絡功能和網絡設備進行分割，將網絡層的虛擬化功能融入到客戶的業務服務鏈中，這種方式會使得數據鏈路層的帶寬和吞吐受到嚴重影響，負載均衡也應運而生。

1 相關工作

負載均衡的實現方案有很多種，傳統的負載均衡實現都是采用硬件方案來實現，硬件實現負載均衡在數據處理時效率高，但是存在擴展性差，靈活性不夠的問題，且硬件實現負載均衡需要花費很多的硬件設備，成本非常高。當下，很多負載均衡的實現都是采用軟件方式進行實現，主要流行技術有LVS、DNS、Nginx等方式，基于軟件的負載均衡實現方式成本低廉，組成方式靈活，擴展性高，在數據傳輸過程中存在需要占用必須的資源，對于NFV業務任然無法滿足條件。現有的很多互聯網大型企業都采用多層負載處理，比較典型的有微軟公司的 Ananta，Duet，普林斯頓大學的Niagara和谷歌公司的 Maglev等，這些典型的方案都具有各自特點。綜上，現有的很多應用場景都無法滿足NFV虛擬化場景的需求。

2 概述

2.1 架構與處理流程

SDN網絡是一種軟件定義網絡，幾年來SDN網絡在很多領域都有很廣泛的應用，SDN網絡不同于傳統網絡的地方在于控制層和數據層的分離，從而達到網絡的靈活控制和數據的靈活傳輸，控制層和數據層的分離有利于控制層的集中控制和管理，但是隨著網絡規模的逐漸擴大，SDN網絡在確定最佳控制器的位置時候存在很大難題，對于小型的SDN網絡，一個控制器即可完成所有的數據管理和轉發功能，但是網絡規模到了一定的程度，一個控制器不能滿足網絡流量的控制要求，對于多控制器的問題，目前也有很多成熟的方案，Koponen 等人、Heller 等人都針對這個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 虛擬服務配置與管理

HVLB是目前比較流行的負載均衡處理技術，HVLB在業務處理時，不局限于單個業務供應鏈，可以適用于多個業務請求連的情況，HVLB采用的五元組進行信息的標識，五元組信息實例標識是（KEY、protocol、address、port、service），對應于VSi={鍵值、協議、地址、端口、服務}。

3 控制器

控制器是HVLB系統的核心內容，控制器的功能包括業務服務鏈的配置、負載均衡策略的分配，應用服務器的選擇已經相關網絡流量的監控與分析。

3.1 虛擬服務配置與管理

HVLB系統主要完成以下四個方面的工作，轉發器的檢測、網絡鏈路檢測、計算資源檢測、session信息檢測，對于轉發器FR而言，需要處理很多的業務負載請求，同時將處理的狀態信息、處理結果、標志等信息通過SIT接口進行傳輸，CR作為控制管理器，對FR傳輸的數據進行分析，根據分析的結果判斷負載的性能狀態并作出負載調整；HVLB對于網絡鏈路狀態的檢測主要檢測鏈路的狀態和性能，通過FR-NF之間的鏈路性能參數進行采集和傳輸，根據采集結果進行策略制定和調整；對于資源的監控，主要是計算業務鏈對于資源的使用情況，通過對資源使用情況的采集和分析，及時調整負載的側重點；對于session信息的監控主要是將所要業務鏈上的業務信息進行匯聚整理，將所有的鏈接信息進行匯總反饋，及時調整鏈路負載，保證網絡數據的有效傳輸。

4 結論

NFV和HVLB負載均衡的解決方案，可以實現虛擬化法負載業務分發和管理，實現了控制器和數據流量的解耦，在多業務鏈的虛擬環境下，保證了各業務鏈的業務請求的高效處理，負載均衡策略的調整和制定，保證了網絡的高性能下一步研究工作將著眼于系統的容量擴展管理、容錯處理方面的改進，并進一步在大規模數據中心環境下進行部署與試商。