CN104468151A - 一种集群切换时保持tcp会话的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种集群切换时保持TCP会话的系统，是由客户端、互联网、路由器、负载均衡设备集群及真实服务器顺序连接构成，所述的负载均衡设备集群由负载均衡主设备和从设备构成，其中主设备和从设备均由负载均衡应用模块、TCP会话备份和恢复模块、TCP模块、IP模块和网卡相互连接构成。在本发明中，在从设备中提前备份了主设备上所有的TCP会话，当切换到从设备时，能根据从设备上备份的会话元数据，恢复出曾有的TCP会话，从而保证现有的TCP连接会话不受影响。
Description
技术领域
本发明涉及网络应用交付控制领域，特别涉及一种负载均衡设备在集群切换时保持TCP会话的系统和方法。
背景技术
在网络环境中，TCP传输协议的作用及特性是负责发现传输中的问题，一有问题就发出信号，要求重新传输，直到所有数据安全正确地传输到目的地；负载均衡的作用及特性是为客户端提供虚拟服务，把客户请求转给其后的真实服务，负载均衡设备在网络与真实服务器之间扮演了承上启下的作用。
现有技术中，为了保证网络传输服务的可靠性，一般会采用集群对负载均衡设备进行冗余备份，当一台设备发生故障时，备份设备会相应自动启用，以此来提高服务的可靠性和可持续性，通常情况下，对于集群切换后收到的TCP会话请求，都可以进行正常的响应。但是对于切换之前正在处理请求的TCP会话，大多会选择丢弃作为解决方案。这样会造成一部分用户的TCP会话失败。
对于负载均衡设备所提供的TCP服务的负载均衡，会在客户端和虚拟服务以及负载均衡设备和后台真实服务之间建立两个TCP会话。受限于TCP的特性，当因故障等发生集群切换时，这两个TCP会话将不能使用，因为在切换到的新的设备里没有这两个会话及其状态记录，这样会导致隶属该会话后续的TCP报文被丢弃，也即是说现有技术的做法只保证集群切换后到来的TCP会话请求能正确处理。现有技术的缺点是显而易见的，比如当客户端通过负载均衡主设备访问后台的TCP服务器时，在交互的过程中，主设备发生故障，切换到了备用设备，由于TCP协议的特殊性，只在客户端和主设备之间，以及主设备和服务器之间保存有TCP会话，切换到备用设备后，由于客户端和备用设备，以及备用设备和服务器之间没有任何TCP连接会话，导致了后续的TCP报文无法传达，只能丢弃处理，使得网络通信质量下降。因此，在负载均衡设备发生集群切换时，如何保持TCP会话的连续性成为保证网络通信质量亟待解决的问题。
中国专利200810241694.2公开了一种支持TCP协议连接的备份方法及其设备，该方法是在IP层通过支持设备的主备板TCP协议连接的热备份实现在主备板的倒换过程中保持TCP协议连接不断连。该发明的问题是只解决了基于TCP的路由协议传输的不断连，并未解决负载均衡设备集群切换时所有基于TCP协议之上的应用协议的数据流不断连，仍无法克服因集群切换而造成的通信质量下降问题。
发明内容
为克服已有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种负载均衡设备在集群切换过程中，保证所有基于TCP协议的数据流不受影响，切换过程对于客户端是透明发生的，使得客户端感觉不到集群切换的发生。
本发明一种集群切换时保持TCP会话的系统，是由客户端、互联网、路由器、负载均衡设备集群及真实服务器顺序连接构成，所述的负载均衡设备集群由负载均衡主设备和从设备构成，其中主设备和从设备均由负载均衡应用模块、TCP会话备份和恢复模块、TCP模块、IP模块和网卡相互连接构成。
本发明一种集群切换时保持TCP会话的方法，包括以下步骤和分步骤：
步骤一，对系统内的每一台负载均衡设备配置TCP的虚拟服务，所述的配置TCP的虚拟服务包括以下分步骤：
分步骤一，客户端通过访问所述的虚拟服务来间接地访问其后的真实服务器，配置所述的虚拟服务类型为TCP类型；
分步骤二，配置所述的真实服务类型为TCP，客户端先访问提供虚拟服务的负载均衡设备，然后负载均衡设备均衡地把客户端请求分配到不同的真实服务器上去；
分步骤三，配置一个真实服务组，组是所述的真实服务的集合；
分步骤四，把所述的真实服务加入到上述建立的真实服务组内；
分步骤五，使用负载均衡策略关联上述虚拟服务和虚拟服务组，虚拟服务根据不同的策略把客户端请求分配给不同的真实服务组。
步骤二，负载均衡设备集群配置，包括以下分步骤：
分步骤一，配置集群所在的每个接口以及ID，集群备份上述虚拟服务及其虚拟服务组的IP；
分步骤二，配置该集群的抢占方式和优先级，优先级高的负载均衡设备为主设备，其它是从设备；
分步骤三，为从设备增加与上述主设备同样的配置；
分步骤四，在主设备TCP模块中增加TCP会话备份和恢复配置；
分步骤五，在从设备TCP模块中对应地增加TCP会话备份和恢复配置。
对于TCP协议本身来说，它是一个有状态的协议，在集群切换到另外一台设备的时候，其原来的TCP会话状态就会丢失。本发明就是提供一种方案，当集群中设备发生切换时，原来的TCP会话在新切换到的从设备中仍能够继续使用。因为在本发明提到的技术方案中，在从设备中提前备份了主设备上所有的TCP会话，当切换到从设备时，能根据从设备上备份的会话元数据，恢复出曾有的TCP会话，从而保证现有的TCP连接会话不受影响。
附图说明
图1是本发明系统结构示意图；
图2是本发明方法的一种实施例示意图。
具体实施方式
在以下的叙述中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，本领域的普通技术人员可以理解，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也是本申请各权利要求所要求保护的技术方案。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。
如图1，在集群的负载均衡环境中，通常是两台负载均衡设备作为一个集群。集群的负载均衡设备搭建的网络系统可以由客户端10、互联网20、路由器30、负载均衡设备集群40及真实服务器50顺序连接构成。其中负载均衡设备集群40可以由负载均衡器41和负载均衡器42组成一个集群，为系统提供虚拟服务。系统在运行时，一台是主设备，例如负载均衡41，一台是从设备，例如，负载均衡42。
如图2所示，所述的主从设备可以由负载均衡应用模块411、TCP会话备份和恢复模块412、TCP模块413、IP模块414和网卡415相互连接构成；其中主设备和从设备在TCP模块中对应的增加TCP会话备份和恢复配置。主设备上每建立一个TCP会话，都会同步在从设备上建立一个TCP会话备份。这样，当主设备故障，从设备切换成主设备，并接管了所有的IP地址。切换后，上述的TCP会话报文发来时，会发给从设备，从设备根据TCP报文中的协议、IP地址和端口号去TCP会话模块找会话对象，此时，从设备和主设备刚刚发生切换，原来的TCP会话信息只保留在主设备上，从设备找不到切换时的会话对象，在从设备上找会话对象连接未果的情况下，将从TCP会话备份模块中恢复一个会话，这个新恢复出来的会话元数据和在主设备上的会话对象状态是一样的，所以就可以继续提供服务了。通俗地说，在一个集群环境中，我们在从设备上对主设备的所有TCP会话做了一个备份，当主设备不可用切换到从设备时，可以依赖在从设备上的TCP会话元数据恢复出完整的TCP会话，从而继续为客户端提供服务。
现举一实例，在某大型集团负载均衡设备集群采购项目中，提出网络环境配置要求有三个提供TCP服务的服务器，IP分别是10.3.0.20，10.3.0.21和10.3.0.22，使用两台Array APV8600负载均衡设备实现两个需求：
需求一，实现到这个三个TCP服务器的请求负载均衡；
需求二，集群切换时，客户端连接失败率为零。.
上述某大型集团负载均衡设备集群的系统结构可以按照图1所示的结构搭建，其中提供虚拟服务的设备可以由两台Array APV8600负载均衡设备组成一个集群，该集群的IP地址可以是220.57.54.88，两台负载均衡设备接口的IP分别为10.3.0.250，10.3.0.251；真实服务器可以由其后的三个真实服务器51、52、53构成，真实服务器对应的的IP地址分别是10.3.0.20、10.3.0.21和10.3.0.22。针对客户端需求，实现到这个三个TCP服务器的请求负载均衡以及在集群切换时保持TCP会话的具体方法步骤如下：
步骤一，对上述两台负载均衡设备配置TCP的虚拟服务，因为依赖集群环境，以Array操作系统命令为例，分别在两台ArrayAV8600负载均衡设备上做如下配置：
分步骤一，客户端通过访问虚拟服务来间接地访问其后的真实服务，配置该虚拟服务类型为TCP类型。即定义一个虚拟服务，客户端通过访问虚拟服务来间接的访问其后的真实服务；定义该虚拟服务类型为TCP类型，IP地址是220.57.54.88，端口是5180。以下Array1表示负载均衡设备41，Array2表示负载均衡设备42，分步骤一对应的程序表述为：：
Array1(config)slb virtual tcp tcpvs220.57.54.885180
Array2(config)slb virtual tcp tcpvs220.57.54.885180
分步骤二，配置所述的真实服务类型为TCP，客户端先访问提供虚拟服务的负载均衡设备，然后负载均衡设备均衡地把客户端请求分配到不同的真实服务器上去。即定义三个真实服务，类型都为TCP，IP分别为10.3.0.20，10.3.0.21和10.3.0.22，端口均为5180。客户端先访问虚拟服务设备，然后负载均衡设备均衡地把客户端请求分配到不同的真实服务器上去，分步骤二对应的程序表述为：
Array1(config)slb real tcp tcpr110.3.0.205180
Array1(config)slb real tcp tcpr210.3.0.215180
Array1(config)slb real tcp tcpr310.3.0.225180
Array2(config)slb real tcp tcpr110.3.0.205180
Array2(config)slb real tcp tcpr210.3.0.215180
Array2(config)slb real tcp tcpr310.3.0.225180
分步骤三，配置一个真实服务组，组是真实服务的集合。一般来讲到一个组的服务请求会均匀的分配到该组内的所有真实服务上去。方法是rr（round robin轮叫调度），新来的TCP连接会轮流命中tcpr1，tcpr2和tcpr3。同时配置一个IP池，用IP池里的IP去连接后台的真实服务，以免出现端口不够用的情况，同时也是TCP会话保持的必要条件，分步骤三对应的程序表述为：
Array1(config)slb group method tcpg1rr
Array1(config)ip pool pool110.3.0.10010.3.0.102
Array1(config)slb proxyip tcpg1pool1
Array2(config)slb group method tcpg1rr
Array2(config)ip pool pool110.3.0.10010.3.0.102
Array2(config)slb proxyip tcpg1pool1
分步骤四，把真实服务加入到上述建立的真实服务组内，因为负载均衡算法是把分发到一个组内的请求均衡地分配到该组内的所有真实服务，这时该组内有三个真实服务，分步骤四对应的程序表述为：
Array1(config)slb group member tcpg1tcpr1
Array1(config)slb group member tcpg1tcpr2
Array1(config)slb group member tcpg1tcpr3
Array2(config)slb group member tcpg1tcpr1
Array2(config)slb group member tcpg1tcpr2
Array2(config)slb group member tcpg1tcpr3
分步骤五，使用负载均衡策略关联上述虚拟服务和虚拟服务组，本实施例Array AV8600负载均衡设备提供了很多负载均衡的策略，虚拟服务根据不同的策略把客户端请求分配给不同的服务组，这里为了简单可以只使用default策略，这样所有的请求都会命中tcpg1组，分步骤五对应的程序表述如下：
Array1(config)slb policy default tcpvs tcpg1
Array2(config)slb policy default tcpvs tcpg1
上述负载均衡的部分对系统内的每一台负载均衡设备配置TCP的虚拟服务配置完成后，以下步骤二将配置集群部分。
步骤二，负载均衡设备集群配置，包括以下分步骤：
分步骤一，配置集群所在的每个接口以及ID，集群备份上述虚拟服务及其虚拟服务组的IP。即定义为哪些虚拟IP做集群备份。我们需要把虚拟服务的IP，已经用于连接后台真实服务的IP都做集群备份。分步骤一的程序式表达如下：
Array1(config)cluster virtual ifname"port1"100
Array1(config)cluster virtual vip“port1”100220.57.54.88
Array1(config)cluster virtual vip“port1”10010.3.0.100
Array1(config)cluster virtual vip“port1”10010.3.0.101
Array1(config)cluster virtual vip“port1”10010.3.0.102
分步骤二，配置该集群的抢占方式和优先级，优先级高的负载均衡设备为主设备，其它是从设备。即定义该集群的抢占方式和优先级。谁的优先级高，谁就是主设备，其它是从设备。分步骤二的程序表达式如下：
Array1(config)cluster virtual preempt"port1"1001
Array1(config)cluster virtual priority"port1"100200Primary
分步骤三，为从设备增加与上述主设备同样的配置。分步骤三的程序表达式如下：
Array2(config)cluster virtual ifname"port1"100
Array2(config)cluster virtual vip“port1”100220.57.54.88
Array2(config)cluster virtual vip“port1”10010.3.0.100
Array2(config)cluster virtual vip“port1”10010.3.0.101
Array2(config)cluster virtual vip“port1”10010.3.0.102
Array2(config)cluster virtual preempt"port1"1001
Array2(config)cluster virtual priority"port1"100100Primary
分步骤四，在主设备TCP会话模块中对应地增加TCP会话元数据备份和恢复配置。ha ssf（high available高可用性）是TCP会话命令前缀，on表示开启TCP会话备份和恢复，peer（备份的对端）是指从哪台设备备份连接。分步骤四的程序表达式如下：
Array1(config)ha ssf on
Array1(config)ha ssf on tcpvs
Array1(config)ha ssf peer10.3.0.251
分步骤五，对应地，在从设备TCP会话模块中增加TCP会话元数据备份和恢复配置。分步骤五的程序表达式如下：
Array2(config)ha ssf on
Array2(config)ha ssf on tcpvs
Array2(config)ha ssf peer10.3.0.250
至此，就完成了客户端的上述两需求。
需要说明的是，本发明各设备实施方式中提到的各单元都是逻辑单元，在物理上，一个逻辑单元可以是一个物理单元，也可以是一个物理单元的一部分，还可以以多个物理单元的组合实现，这些逻辑单元本身的物理实现方式并不是最重要的，这些逻辑单元所实现的功能的组合才是解决本发明所提出的技术问题的关键。此外，为了突出本发明的创新部分，本发明没有引入上述各设备实施方式以及与解决本发明所提出的技术问题关系不太密切的单元，但这并不表明不存在上述设备实施方式以及其它有关实施单元。
虽然通过参照本发明的某些优选实施方式，已经对本发明进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。
Claims (2)
1.一种集群切换时保持TCP会话的系统，是由客户端、互联网、路由器、负载均衡设备集群及真实服务器顺序连接构成，所述的负载均衡设备集群由负载均衡主设备和从设备构成，其特征是主设备和从设备均由负载均衡应用模块、TCP会话备份和恢复模块、TCP模块、IP模块和网卡相互连接构成。
2.一种集群切换时保持TCP会话的方法，其特征是包括以下步骤：
步骤一，对系统内的每一台负载均衡设备配置TCP的虚拟服务，所述的配置TCP的虚拟服务包括以下分步骤：
分步骤一，客户端通过访问所述的虚拟服务来间接地访问其后的真实服务器，配置所述的虚拟服务类型为TCP类型；
分步骤二，配置所述的真实服务类型为TCP，客户端先访问提供虚拟服务的负载均衡设备，然后负载均衡设备均衡地把客户端请求分配到不同的真实服务器上去；
分步骤三，配置一个真实服务组，组是所述的真实服务的集合；
分步骤四，把所述的真实服务加入到上述建立的真实服务组内；
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步骤二，负载均衡设备集群配置，包括以下分步骤：
分步骤一，配置集群所在的每个接口以及ID，集群备份上述虚拟服务及其虚拟服务组的IP；
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
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