Выравнивание сетевой нагрузки с помощью управления соединением

Выравнивание сетевой нагрузки с помощью управления соединением

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Это изобретение относится, в целом, к выравниванию сетевой нагрузки и, в частности, к выравниванию сетевой нагрузки с помощью манипуляции соединениями, например переноса соединений с туннелированием и/или переноса соединений совместно с выравниванием нагрузки на уровне приложений.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Интернет оказал большое влияние на связь и многие аспекты жизнедеятельности с использованием связи. Интернет обеспечивает быстрый и сравнительно простой обмен данными между двумя людьми или объектами (сущностями). Интернет включает в себя многочисленные сетевые узлы, связанные между собой, что обеспечивает возможность переноса информации между ними. Некоторые сетевые узлы могут представлять собой маршрутизаторы, которые переправляют пакет с одной линии связи на другую, могут представлять собой отдельные компьютеры-клиенты, могут представлять собой частные сети для различных сущностей (например, интрасети на предприятиях) и т.д.

В случае частной сети, а также в других случаях, пакеты, поступающие на узел или узлы Интернета, распределяются на другие узлы частной сети. Такая частная сеть может быть сформирована, например, из группы серверов, каждый из которых может обрабатывать пакеты, поступающие в частную сеть. В частные сети предприятий, университетов, государственных учреждении и т.д. в течение короткого временного интервала могут поступать многочисленные пакеты. Чтобы своевременно отвечать и снизить вероятность отказа или потери поступающих пакетов, в частной сети можно использовать множественные серверы, способные одновременно обрабатывать поступающие пакеты.

Поступающие пакеты часто являются запросами, относящимися к определенной информации, например документу, элементу каталога, веб-странице и т.д. Поступающие пакеты также могут относиться к финансовой транзакции между покупателем и продавцом. В пакетной связи пакеты можно использовать и в других целях. В любом случае поступающие пакеты распределяются между различными серверами из группы серверов для обеспечения быстрого получения пакетов и/или организации сложной связи.

Распределение поступающих пакетов между серверами из группы серверов часто называют выравниванием сетевой нагрузки. Иными словами, операцию выравнивания нагрузки можно осуществлять над пакетами по мере их поступления на узел или узлы Интернета, когда узел или узлы составляют частную сеть и/или когда они соединяют частную сеть с Интернетом.

Такая операция выравнивания нагрузки осуществляется с использованием специального оборудования, которое находится «перед» частной сетью на узле или узлах, соединяющих частную сеть с Интернетом, и/или которое обеспечивает присутствие частной сети в Интернете. Физическое оборудование, которое осуществляет операцию выравнивания нагрузки, обычно полностью дублируется, чтобы реализовать избыточность и повысить надежность операции выравнивания нагрузки. Для повышения емкости операций выравнивания нагрузки прежнее оборудование выравнивания нагрузки заменяют более мощным оборудованием, которое полностью повторяет прежнее оборудование выравнивания нагрузки. Таким образом, расширение выравнивания нагрузки ограничивается увеличением мощности оборудования при его замене.

Для реализации операции выравнивания нагрузки оборудование обычно осуществляет циклическое распределение поступающих запросов соединения. Другими словами, поступающие запросы соединения распределяются на серверы из группы серверов в линейном, повторяющемся порядке, при этом единичный запрос соединения распределяется на каждый сервер. Это циклическое распределение нагрузки для соединений обычно используется безотносительно к состоянию частной сети или характеру поступающих запросов соединения. Если операция выравнивания нагрузки не распространяется за пределы циклического распределения, эти другие факторы учитываются лишь постольку, поскольку их можно вывести из сетевого графика и/или из уровня перегрузки частной сети.

В публикации US 6,427,171 описан центральный процессор (ЦП) хоста, обслуживающий сетевой стек обработки протоколов. Этот стек обработки обеспечивает команды не только для обработки сетевых сообщений, но также для распределения обработки определенных сетевых сообщений в специализированное сетевое устройство связи, благодаря чему некоторая нагрузка по наиболее затратной по времени обработке протоколов переносится с ЦП хоста в сетевое устройство связи. ЦП хоста, работающий согласно инструкциям из стека, и сетевое устройство связи вместе определяют, будет ли то или иное сообщение обработано ЦП хоста или сетевым устройством связи, и в какой степени оно будет обработано.

В публикации US 2001/0039586 описана система для направления запроса на динамический контент в сервер приложения, который имеет доступ к базе данных, содержащей обновляемые данные, относящиеся к запросу. Система содержит маршрутизатор динамического контента, средства репликации базы данных и плагины веб-сервера. Маршрутизатор динамического контента управляет осуществляемой плагинами веб-сервера пересылкой запроса на соответствующий сервер приложения.

В публикации 2002.0194342 описано переключение между приложениями с учетом контента и его способы, которые позволяют осуществлять интеллектуальное перенаправление пакетов клиента в один сервер из группы серверов, входящей в серверное хозяйство. Для переключения используется контент седьмого уровня сетевой модели или приложения, извлекаемый из пакета посредством анализа для осуществления помощи в выборе сервера и для планирования передачи пакета в сервер. Это позволяет осуществлять оптимизированное выравнивание нагрузки и управление качеством обслуживания, приспособленное к приложению, в отношении которого осуществляется переключение.

Соответственно, требуются схемы и/или способы усовершенствования выравнивания сетевой нагрузки, в частности, в системах, состоящих из множества устройств, и/или связанных с этим операций.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения предусмотрен способ согласно пункту 1 формулы изобретения.

В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения предусмотрен модуль выравнивания нагрузки согласно пункту 21 формулы изобретения.

В соответствии с третьим аспектом настоящего изобретения предусмотрен хост согласно пункту 31 формулы изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Для обозначения аналогичных и/или соответствующих аспектов, особенностей и компонентов на чертежах используются одинаковые позиции.

Фиг.1 - иллюстративная схема выравнивания сетевой нагрузки, где показаны инфраструктура выравнивания нагрузки и множественные хосты.

Фиг.2 - иллюстративная схема выравнивания сетевой нагрузки, где показаны множественные модули выравнивания нагрузки и множественные хосты.

Фиг.3 - схематическое изображение модуля выравнивания нагрузки, имеющего разделенные функции, и хоста.

Фиг.4 - иллюстративная схема инфраструктуры выравнивания сетевой нагрузки с разделенными функциями классификации и пересылки.

Фиг.5 - иллюстративная логическая блок-схема способа расширения инфраструктуры выравнивания сетевой нагрузки в различные конфигурации.

Фиг.6 - иллюстративная схема первой конфигурации инфраструктуры выравнивания сетевой нагрузки в отношении устройств.

Фиг.7 - иллюстративная схема второй конфигурации инфраструктуры выравнивания сетевой нагрузки в отношении устройств.

Фиг. 8А и 8В - иллюстративная схема первой и второй конфигураций инфраструктуры выравнивания сетевой нагрузки в отношении компонентов.

Фиг. 9А и 9В - иллюстративная схема первой и второй конфигураций инфраструктуры выравнивания сетевой нагрузки с точки зрения ресурсов.

Фиг.10 - иллюстративная схема подхода к выравниванию сетевой нагрузки с использованием информации статуса хоста.

Фиг.11 - иллюстративная логическая блок-схема способа выравнивания сетевой нагрузки с использованием информации статуса хоста.

Фиг.12 - иллюстративная схема подхода к выравниванию сетевой нагрузки с использованием информации работоспособности и нагрузки.

Фиг.13А - иллюстративная таблица работоспособности и нагрузки, обозначенная на фиг.12.

Фиг.13В - иллюстративный объединенный кэш работоспособности и нагрузки, обозначенный на фиг.12.

Фиг.14 - иллюстративная логическая блок-схема способа выравнивания сетевой нагрузки с использованием информации работоспособности и нагрузки.

Фиг.15 - иллюстративная схема протокола обмена сообщениями для передач, показанных на фиг.12, между хостами и модулями выравнивания нагрузки.

Фиг.16 - иллюстративная схема передачи сообщения для передач, показанных на фиг.12, между хостами и модулями выравнивания нагрузки.

Фиг. 17А и 17В - иллюстративные схемы сценариев хранения на посреднике информации работоспособности и нагрузки для таблиц работоспособности и нагрузки, показанных на фиг.13А, и для объединенных кэшей работоспособности и нагрузки, показанных на фиг.13В, соответственно.

Фиг.18 - иллюстративная схема процедуры распределения для целевого хоста, в которой используется информация работоспособности и нагрузки.

Фиг.19 - иллюстративная схема подхода к выравниванию сетевой нагрузки с использованием информации сеанса.

Фиг.20 - иллюстративная схема подхода к выравниванию сетевой нагрузки с использованием передачи информации сеанса посредством извещений и сообщений.

Фиг.21 - иллюстративная логическая блок-схема способа выравнивания сетевой нагрузки с использованием передачи информации сеанса посредством извещений и сообщений.

Фиг.22 - иллюстративная схема подхода к управлению информацией сеанса на множественных модулях выравнивания нагрузки.

Фиг.23А - иллюстративная таблица сеансов, указанная на фиг.20.

Фиг.23В - иллюстративная таблица (ТРДА) распределенного диспетчера атомов (РДА), указанная на фиг.22.

Фиг.24 - иллюстративная логическая блок-схема способа управления информацией сеанса на множественных модулях выравнивания нагрузки.

Фиг.25 - иллюстративная схема инфраструктуры выравнивания сетевой нагрузки с функцией маршрутизации запросов.

Фиг.26 - иллюстративная логическая блок-схема способа маршрутизации входящих пакетов в соответствии с (i) информацией сеанса и (ii) информацией работоспособности и нагрузки.

Фиг.27 - иллюстративная схема последовательности действий по маршрутизации трафика в отсутствие сбоев.

Фиг.28 - иллюстративная схема последовательности действий по маршрутизации трафика при наличии сбоя(ев).

Фиг.29 - иллюстративная схема дополнительных процедур преодоления сбоя для повышения надежности инфраструктуры выравнивания сетевой нагрузки.

Фиг.30 - иллюстративная схема эксплуатационной реализации взаимодействия маршрутизации трафика с информацией работоспособности и нагрузки.

Фиг.31 - иллюстративные схемы механизмов обеспечения высокой надежности инфраструктуры выравнивания сетевой нагрузки.

Фиг.32 - иллюстративная схема подхода к выравниванию сетевой нагрузки с переносом соединений.

Фиг.33 - иллюстративная логическая блок-схема способа переноса соединения с первого устройства на второе устройство.

Фиг.34 - иллюстративная схема подхода к переносу соединений с точки зрения устройства-отправителя.

Фиг.35 - иллюстративная схема подхода к переносу соединений с точки зрения устройства-адресата.

Фиг.36 - иллюстративная схема подхода к процедуре выгрузки для переноса соединения.

Фиг.37 - иллюстративная схема подхода к процедуре загрузки для переноса соединения.

Фиг.38 - иллюстративная схема подхода к туннелированию пакетов между блоком пересылки и хостом.

Фиг.39 - иллюстративная логическая блок-схема способа туннелирования пакетов между первым устройством и вторым устройством.

Фиг.40 - иллюстративная схема операционной среды компьютера (или устройства общего назначения), которая способна (полностью или частично) реализовать, по меньшей мере, один аспект описанного здесь выравнивания сетевой нагрузки.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Схемы выравнивания сетевой нагрузки

В этом разделе описаны иллюстративные схемы выравнивания сетевой нагрузки, и он используется для обеспечения принципов, сред, контекстов и т.д. для описаний в следующих разделах. В этом разделе ссылки, в основном, идут на фиг.1-3.

На фиг.1 изображена иллюстративная схема 100 выравнивания сетевой нагрузки, где показаны инфраструктура 106 выравнивания нагрузки и множественные хосты 108. Иллюстративная схема 100 выравнивания сетевой нагрузки включает в себя множественные клиенты 102(1), 102(2)…102(m) и множественные хосты 108(1), 108(2)…108(n), а также сеть 104 и инфраструктуру 106 выравнивания нагрузки.

Каждый клиент 102 может представлять собой устройство, способное к сетевой связи, например компьютер, мобильную станцию, развлекательное устройство, другую сеть и т.д. Клиенты 102 могут также относиться к лицу и/или объекту, эксплуатирующему клиентское устройство. Иными словами, клиенты 102 могут представлять собой логические клиенты, которые являются пользователями, и/или машины. Сеть 104 может быть сформирована из одной или более сетей, например Интернета, интранета, проводной или беспроводной телефонной сети и т.д. Дополнительные примеры устройств для клиентов 102 и сетевые типы/топологии для сети 104 описаны ниже со ссылкой на фиг.40 в разделе «Иллюстративная операционная среда для компьютера или другого устройства».

Отдельные клиенты 102 способны связываться с одним или несколькими хостами 108 и наоборот по сети 104 через инфраструктуру 106 выравнивания нагрузки. Хосты 108 содержат одно или несколько приложений для взаимодействия/связи с клиентами 102, для использования клиентами 102 и т.д. Каждый хост 108 может соответствовать серверу и/или устройству, множественным серверам и/или множественным устройствам, части сервера и/или части устройства, некоторым их комбинациям и т.д. Частичные реализации хостов 108 описаны ниже применительно к различным случаям выравнивания сетевой нагрузки. (Однако поддержка прикладной части для хостов 108 для ясности существа изобретения, по существу, не показана). Также ниже со ссылкой на фиг.40 в разделе, озаглавленном «Операционная среда для компьютера или другого устройства», описаны примеры устройств для хостов 108.

Инфраструктура 106 выравнивания нагрузки достижима или обнаружима через сеть 104 по одному или нескольким виртуальным адресам Интернет-протокола (IP). Передачи с клиентов 102 (или других узлов), направленные по виртуальному IP-адресу инфраструктуры 106 выравнивания нагрузки, принимаются здесь и пересылаются на хост 108. Инфраструктура 106 выравнивания нагрузки состоит из аппаратных и/или программных компонентов (не показанных явно на фиг.1).

Хотя инфраструктура 106 показана как единый эллипс, инфраструктура для осуществления выравнивания нагрузки может также быть распределена на другие аспекты иллюстративной схемы 100 распределения сетевой нагрузки. Например, программный(е) компонент(ы) инфраструктуры 106 выравнивания нагрузки может/могут размещаться на одном или нескольких хостах 108, согласно описанному ниже. Примеры архитектур инфраструктуры 106 выравнивания нагрузки описаны ниже со ссылкой на фиг.40 в разделе, озаглавленном «Иллюстративная операционная среда для компьютера или другого устройства».

Согласно указанному позицией (1), один или несколько хостов 108 могут предоставлять информацию статуса хоста от хостов 108 инфраструктуре 106 выравнивания нагрузки. Эта информация статуса хоста может зависеть от приложения. Примеры такой информации статуса хоста описаны ниже и включают в себя информацию работоспособности и/или нагрузки, информацию сеанса и т.д. для хостов 108. Конкретная реализация, включающая в себя предоставление информации работоспособности и/или нагрузки от хостов 108 инфраструктуре 106 выравнивания нагрузки, описана ниже в разделе, озаглавленном «Иллюстративное управление работоспособностью и нагрузкой».

Позицией (2) обозначен запрос, передаваемый от клиента 102(1) по сети 104 на инфраструктуру 106 выравнивания нагрузки по ее виртуальному IP-адресу. Содержимое, формат и т.д. запроса от клиента 102 может зависеть от приложения, которому адресован запрос, и термин «запрос» может неявно включать в себя ответ или ответы хоста(ов) 108, в зависимости от контекста. Виды клиентских запросов включают в себя, но не исключительно:

1. Запросы GET протокола передачи гипертекстовых файлов (HTTP) от клиента с использованием программы обозревателя. В зависимости от приложения (в частности, от унифицированного указателя (URL) ресурса запросов) может быть лучше обслуживать запросы разными группами хостов, и существование клиентского состояния «сеанса» на хостах может препятствовать маршрутизации этих запросов от конкретных клиентов на конкретные хосты. Запросы можно посылать посредством соединения, работающего по протоколу защищенных сокетов (SSL) (или другого зашифрованного соединения).

2. Соединения виртуальной частной сети (ВЧС) (например, хосты являются группой серверов ВЧС). В этом случае «запрос» можно рассматривать как «соединение» по протоколу туннелирования второго уровня (L2TP) или протоколу двухточечного туннелирования (PPTP) (последнее является комбинацией соединения по протоколу (TCP) управления передачей и соответствующих данных общей маршрутизации с инкапсуляцией (GRE).

3. Соединения терминального сервера (например, хосты являются группой терминальных серверов).

4. Собственные запросы в виде индивидуальных TCP-соединений (по одному на запрос), использующие собственный протокол, зависящий от приложения.

5. Запросы по простому протоколу доступа к объектам (SOAP).

6. Запросы на связь в режиме реального времени, предусматривающие управляющую информацию по TCP-соединению и потоковую передачу мультимедиа, чувствительную к задержке, по протоколу (RTF) передачи в реальном времени.

Таким образом, запросы могут принимать разнообразные формы в зависимости от приложений. В некоторых описанных вариантах осуществления, инфраструктура 106 выравнивания нагрузки может принимать решения на пересылку в зависимости от приложений.

Позиция (3) обозначает, что инфраструктура 106 выравнивания нагрузки пересылает запрос от 102(1) на хост 108(2) (в данном примере). Инфраструктура 106 выравнивания нагрузки может учитывать один или несколько факторов при выборе хоста 108 для пересылки запроса в зависимости от того, какая/какие из описанных здесь реализаций используются. Например, инфраструктура 106 выравнивания нагрузки может учитывать: информацию работоспособности и нагрузки приложения для каждого хоста 108, информацию сеанса, относящуюся к клиенту 102(1), хранящуюся на хосте 108, и т.д.

На фиг.2 изображена иллюстративная схема 200 выравнивания сетевой нагрузки, где показаны множественные модули 106 выравнивания нагрузки и множественные хосты 108. В частности, в иллюстративной схеме 200 выравнивания сетевой нагрузки инфраструктура 106 выравнивания нагрузки показана в виде множественных модулей 106(1), 106(2), …, 106(u) выравнивания нагрузки. Кроме того, показаны два маршрутизатора и/или коммутатора 202(1) и 202(2).

Маршрутизаторы/коммутаторы 202, если присутствуют, можно рассматривать в составе инфраструктуры 106 выравнивания нагрузки (фиг.1) или отдельно от нее. Маршрутизаторы/коммутаторы 202 отвечают за направление всех запросов и индивидуальных пакетов, поступающих из сети 104, по совместно используемому(ым) виртуальному(ым) IP-адресу(ам) (VIP) модулей 106 выравнивания нагрузки. В случае сбоя первого маршрутизатора/коммутатора 202, его функции берет на себя второй маршрутизатор/коммутатор 202. Хотя показаны два маршрутизатора/коммутатора 202, альтернативно можно использовать один или более двух маршрутизаторов/коммутаторов 202.

Маршрутизаторы/коммутаторы 202 могут не знать об инфраструктуре выравнивания нагрузки или могут знать о выравнивании нагрузки. Если маршрутизаторы/коммутаторы 202 не знают о выравнивании нагрузки, то можно использовать одну из двух опций. Первая из них состоит в том, что одному модулю 106 выравнивания нагрузки «присваивается» совместно используемый VIP-адрес, и весь сетевой трафик переправляется на него. Тогда этот один модуль 106 выравнивания нагрузки равномерно перераспределяет трафик по другим модулям 106 выравнивания нагрузки. Однако в связи с первой опцией возникают проблемы и вопросы преодоления сбоя (которые можно смягчить при наличии множественных совместно используемых VIP-адресов и разделения между множественными модулями 106 выравнивания нагрузки). Вторая опция заключается в том, что маршрутизаторы/коммутаторы 202 «обманываются» в направлении сетевого трафика на все модули 106 выравнивания нагрузки, каждый из которых самостоятельно решает, какой трафик принять для выравнивания нагрузки. Однако эта вторая опция приводит к недостаточному дублированию усилий и к проблемам производительности/совместимости коммутаторов.

Если же маршрутизаторы/коммутаторы 202 знают о выравнивании нагрузки, то маршрутизаторы/коммутаторы 202 можно заставить распределять входящий сетевой трафик между множественными модулями 106 выравнивания нагрузки (например, в циклическом режиме). Следует понимать, что такие маршрутизаторы/коммутаторы 202, знающие о выравнивании нагрузки, способны выполнять функции выравнивания нагрузки на рудиментарном уровне (например, аппаратно). Например, маршрутизаторы/коммутаторы 202, знающие о выравнивании нагрузки, могут осуществлять простое выявление сродства к сеансу на основе IP-адресов, чтобы все пакеты с конкретного IP-адреса источника направлялись на один и тот же модуль 106 выравнивания нагрузки.

Каждый отдельно показанный модуль 106 выравнивания нагрузки из модулей 106 выравнивания нагрузки может представлять одно физическое устройство, множественные физические устройства или часть единого физического устройства. Например, модуль 106(1) выравнивания нагрузки может соответствовать одному серверу, двум серверам или более. Альтернативно, модуль 106(1) выравнивания нагрузки и модуль 106(2) выравнивания нагрузки могут совместно соответствовать одному серверу. Иллюстративный модуль 106 выравнивания нагрузки описан ниже с точки зрения его функций со ссылкой на фиг.3.

На фиг.2 показаны два иллюстративных пути [1] и [2] запроса. Что касается пути [1] запроса, клиент 102(2) передает запрос по сети 104, и этот запрос поступает на маршрутизатор/коммутатор 202(1). Маршрутизатор/коммутатор 202(1) направляет пакет(ы) запроса, поступающие от клиента 102(2), на модуль 106(1) выравнивания нагрузки. Затем модуль 106(1) выравнивания нагрузки пересылает пакет(ы) запроса на хост 108(1) в соответствии с некоторыми функциями выравнивания нагрузки (например, политикой). Что касается пути [2] запроса, клиент 102(m) передает запрос по сети 104, и этот запрос поступает на маршрутизатор/коммутатор 202(2). Маршрутизатор/коммутатор 202(2) направляет пакет(ы) запроса, поступающие от клиента 102(m), на модуль 106(u) выравнивания нагрузки. Затем модуль 106(u) выравнивания нагрузки пересылает пакет(ы) запроса на хост 108(n) в соответствии с некоторыми функциями выравнивания нагрузки. Иллюстративные функции выравнивания нагрузки описаны ниже со ссылкой на фиг.3.

На фиг.3 показаны иллюстративный модуль 106 выравнивания нагрузки с разделенными функциями и иллюстративный хост 108. Модуль 106 выравнивания нагрузки содержит семь (7) функциональных блоков 302-314. Эти функциональные блоки модуля 106 выравнивания нагрузки могут быть реализованы, по меньшей мере, частично, программными средствами. Хост 108 включает в себя одно или несколько приложений 316. В описываемом варианте осуществления модуль 106 выравнивания нагрузки содержит блок 302 пересылки, классификатор 304, маршрутизатор 306 запросов, блок 308 отслеживания сеансов, блок 310 переноса соединений, блок 312 туннелирования и обработчик 314 работоспособности и нагрузки.

Обработчик 314 работоспособности и нагрузки размещен частично на хостах 108 и частично на устройствах модулей 106 выравнивания нагрузки. Обработчик 314 работоспособности и нагрузки отслеживает работоспособность и/или нагрузку (или, более обобщенно, статус) хостов 108, чтобы его информацию работоспособности и/или нагрузки можно было использовать для функций выравнивания нагрузки (например, при принятии решений на выравнивание нагрузки). Иллюстративные реализации обработчика 314 работоспособности и нагрузки описаны ниже, в частности, в разделе, озаглавленном «Иллюстративная обработка работоспособности и нагрузки».

Блок 308 отслеживания сеансов также может размещаться частично на хостах 108 и частично на устройствах модулей 106 выравнивания нагрузки. Блок 308 отслеживания сеансов отслеживает сеансы, установленные клиентами 102, чтобы облегчить функциям выравнивания нагрузки восстановление/продолжение ранее установленных сеансов. Например, некоторые приложения поддерживают на хостах зависящие от приложения данные клиентского сеанса (которые также являются своего рода информацией статуса). Эти приложения обычно ожидают, что клиенты используют один и тот же хост на протяжении любого данного сеанса. Иллюстративные типы сеансов включают в себя: (i) TCP-соединение (которое, строго говоря, является сеансом); (ii) SSL-сеанс; (iii) защищенный IP-сеанс (IPsec); (iv) сеанс на основе cookie HTTP; и т.д.

Хотя блок 308 отслеживания сеансов показан в виде отдельного блока в модуле 106 выравнивания нагрузки, функция отслеживания сеансов блока 308 отслеживания сеансов, в действительности, может быть реализована на глобальном уровне. Иными словами, сродство к сеансу поддерживается по множественным модулям 106 выравнивания нагрузки. Блок 308 отслеживания сеансов включает в себя централизованную базу данных и/или распределенную базу данных информации сеансов для сохранения сродства к сеансу. Иллюстративные реализации блока 308 отслеживания сеансов, с упором на подход распределенной базы данных, описаны ниже, в частности в разделе, озаглавленном «Отслеживание сеансов».

Классификатор 304 использует данные, собираемые и поддерживаемые обработчиком 314 работоспособности и нагрузки и/или блоком 308 отслеживания сеансов, возможно, совместно с другими факторами, для классификации входящих запросов. Другими словами, классификатор 304 выделяет хост 108 назначения для каждого входящего запроса от клиента 102. Блок 302 пересылки пересылает запросы клиента (и/или его пакеты) в соответствии с хостом 108 назначения, выбранным классификатором 304. Блок 302 пересылки и классификатор 304 описаны ниже, в частности в разделах, озаглавленных «Иллюстративный подход к гибкому выравниванию сетевой нагрузки» и «Иллюстративные классификация, пересылка и маршрутизация запросов».

Маршрутизатор 306 запросов, в отличие от пакетно-ориентированных реализаций блока 302 пересылки и классификатора 304, может действовать как посредник для приложения, действующего на хосте 108. Например, маршрутизатор 306 запросов может заканчивать TCP-соединения, анализировать (возможно, частично) каждый логический запрос от клиента 102 и перенаправлять каждый логический запрос на хост 108 назначения. Следовательно, каждый логический запрос от клиента 102 можно направлять на тот или иной хост 108 в зависимости от решений, принятых маршрутизатором 306 запросов. Кроме того, маршрутизатор 306 запросов может осуществлять предварительную обработку на соединении (например, дешифровку SSL), может выбирать поглощение определенных запросов (например, потому что маршрутизатор 306 запросов поддерживает кэш ответов), может по своему усмотрению изменять запросы прежде, чем пересылать их на хосты 108, и т.д. Иллюстративные реализации маршрутизатора 306 запросов также описаны ниже, в частности, в разделах, озаглавленных «Иллюстративный подход к гибкому выравниванию сетевой нагрузки» и «Иллюстративные классификация, пересылка и маршрутизация запросов».

Блок 310 переноса соединений обеспечивает сначала окончание соединения на модуле 106 выравнивания нагрузки, а затем его перенос, чтобы соединение впоследствии заканчивалось на хосте 108. Этот перенос соединений может облегчать выравнивание нагрузки на уровне приложений. Блок 310 переноса соединений способен переносить соединение от модуля 106 выравнивания нагрузки на хост 108 таким образом, чтобы первоначальное окончание на модуле 106 выравнивания нагрузки было прозрачно для запрашивающего клиента 102 и приложениям 316 вновь оканчивающего хоста 108. Блок 312 туннелирования может использовать схему инкапсуляции для туннелирования пакетов, которая не вносит избыточной нагрузки в каждый туннелируемый пакет.

Функции блока 312 туннелирования можно также использовать в случаях, которые не предусматривают перенос соединения. Кроме того, блок 310 переноса соединения и/или блок 312 туннелирования можно дополнительно использовать в реализациях без выравнивания нагрузки. Иллюстративные реализации блока 310 переноса соединения, а также блока 312 туннелирования описаны ниже, в частности, в разделе, озаглавленном «Иллюстративный перенос соединения с необязательным туннелированием и/или выравниванием нагрузки на уровне приложений».

Любая данная реализация модуля 106 выравнивания нагрузки может включать в себя одну или несколько из проиллюстрированных функций. Хотя каждая из функций блоков 302-314 показана по отдельности, она в действительности может быть взаимосвязана с, перекрываться с другими функциями и/или входить в их состав. Например, классификатор 304 может использовать информацию работоспособности и/или нагрузки обработчика 314 работоспособности и нагрузки. Кроме того, блок 310 переноса соединения и блока 312 туннелирования работают совместно с блоком 302 пересылки и классификатором 304. Ниже описаны определенные другие иллюстративные перекрытия и взаимодействия.

В описанной реализации, на хосте 108 работает одно или несколько приложений 316 и предоставляется доступ к ним. В целом, приложения 316 включают в себя программы доставки файлов, программы управления/сервера веб-сайтов, программы удаленного доступа, программы электронной почты, программы доступа к базам данных и т.п. В частности, приложения 316 могут включать в себя, но не исключительно, Internet Information Server® (IIS) от корпорации Microsoft®, терминальные серверы, например Terminal Server™ фирмы Microsoft® и продукты брандмауэра и посредника, например Internet Security and Acceleration Server™ (ISA). Хотя конкретные примеры приложений 316 в предыдущем предложении относятся к продуктам Microsoft, описанное здесь выравнивание сетевой нагрузки не ограничивается какими-либо конкретными поставщиком(ами), приложением(ями) или операционной(ыми) системой(ами).

Подход к гибкому выравниванию сетевой нагрузки

В этом разделе показано, как реализации выравнивания сетевой нагрузки, описанные в этом и других разделах, обеспечивают гибкий подход к выравниванию сетевой нагрузки. В этом разделе ссылки идут, в основном, на фиг.4-9В.

Как отмечено выше, функции выравнивания сетевой нагрузки можно расширить, заменив первый выравниватель сетевой нагрузки вторым, большим и более мощным выравнивателем сетевой нагрузки. Аппаратные возможности второго выравнивателя сетевой нагрузки повторяет все аппаратные возможности первого выравнивателя сетевой нагрузки за исключением обеспечения более высокой емкости. Это негибкий подход, который может быть весьма неэффективным, особенно, когда единственным признаком выравнивания сетевой нагрузки является ограничение производительности и обусловливание обновления выравнивателя сетевой нагрузки.

На фиг.4 показана инфраструктура выравнивания сетевой нагрузки, имеющая раздельные функции классификации и пересылки. Разделенные функция классификации и функция пересылки представлены классификатором 304 и блоком 302 пересылки, соответственно. Хотя функции классификации и пересылки описаны ниже, особенно в разделе, озаглавленном «Иллюстративные классификация, пересылка и маршрутизация запросов», первичное описание представлено здесь как пример взаимодействия между функциональными блоками инфраструктуры выравнивания сетевой нагрузки и хостами 108.

В описанной реализации блок 302 пересылки соответствует виртуальному IP-адресу (VIP) (или адресам) и является конечной точкой сети для него (них). Блок 302 пересылки является относительно низкоуровневым компонентом, который принимает упрощенные и/или элементарные политические решения, если принимает, при маршрутизации пакетов на дальнейший или окончательный пункт назначения. Блок 302 пересылки сверяется с таблицей маршрутизации для определения этого пункта назначения. Классификатор 304 заполняет таблицу маршрутизации на основании одного или нескольких факторов (например, информации статуса хоста), которые описаны в других разделах.

Клиенты 102 и хосты 108 также соответствуют указанным сетевым адресам. В частности, клиент 102(1) соответствует адресу С1, клиент 102(2) соответствует адресу С2, … клиент 102(m) соответствует адресу Cm. Кроме того, хост 108(1) соответствует адресу Н1, хост 108(2) соответствует адресу Н2, … хост 108(n) соответствует адресу Hn.

На фиг.4 показано пять путей связи (1)-(5). Путь (1) связи проходит между клиентом 102(1) и блоком 302 пересылки, а путь (5) связи проходит между блоком 302 пересылки и хостом 108(1). Пути (2)-(4) связи проходят между блоком 302 пересылки и классификатором 304. Для простоты, в этом примере соединения, связанные с путями (1)-(5) связи, будут считаться TCP-соединениями HTTP. Кроме того, выравнивание нагрузки в этом примере относится к маршрутизации входящих соединений с, по меньшей мере, загруженным хостом 108, по меньшей мере, без какого бы то ни было явного учета выравнивания нагрузки на уровне приложений.

Пути (1)-(5) связи указывают, как блок 302 пересылки и классификатор 304 выравнивают нагрузку одного TCP-соединения HTTP от клиента 102(1). На пути (1) клиент 102(1) инициирует TCP-соединение, отправляя пакет SYN TCP, адресованный по VIP-адресу. Маршрутизирующая инфраструктура 104 сети маршрутизирует этот пакет на блок 302 пересылки через маршрутизатор/коммутатор 202(1), который является «ближайшим» маршрутизатором/коммутатором 202 к блоку 302 пересылки.

На пути (2) блок 302 пересылки сверяется с таблицей маршрутизации, которая может быть внутренней по отношению к блоку 302 пересылки или иным образом доступной для него, чтобы найти это соединение. Это соединение может быть идентифицировано в таблице маршрутизации упорядоченной четверкой TCP/IP (т.е. IP-адрес источника, TCP-порт источника, IP-адрес назначения, TCP-порт назначения). Поскольку это первый пакет соединения, в таблице маршрутизации нет ни одного элемента. Поэтому блок 302 пересылки применяет действие «маршрут по умолчанию», согласно которому это пакет нужно переслать на классификатор 304.

На пути (3) классификатор 304 сверяется со своим (например, объединенным) кэшем информации статуса хоста для хостов 108(1), 108(2), …, 108(n). Классификатор 304 приходит к выводу, что хост 108(1) имеется в наличии и является последним нагруженным хостом 108 в этот момент в этом примере. Классификатор 304 также «прокладывает» маршрут в таблице маршрутизации, к которой обращается блок 302 пересылки на предмет этого TCP-соединения. Например, классификатор 304 добавляет элемент маршрута или предписывает блоку 302 пересылки добавить элемент маршрута в таблицу маршрутизации, который отображает TCP-соединение (например, идентифицированное упорядоченной четверкой TCP) с конкретным хостом 108 назначения, который в этом примере является хостом 108(1). В частности, элемент маршрута указывает сетевой адрес Н1 хоста 108(1).

На пути (4) классификатор 304 отправляет пакет SYN TCP обратно на блок 302 пересылки. Альтернативно, классификатор 304 может пересылать этот начальный пакет SYN TCP на хост 108(1) без использования блока 302 пересылки. Другие доступные опции классификатора 304 описаны ниже.

На пути (5) блок 302 пересылки может осуществлять доступ к элементу маршрута для соединения, представленного пакетам SYN, чтобы переслать пакет на хост 108(1) по адресу Н1. Блок 302 пересылки также пересылает все последующие пакеты от клиента 102(1) для этого соединения непосредственно на хост 108(1). Другими словами, блок 302 пересылки может избежать дальнейшего взаимодействия с классификатором 304 для этого соединения. Для удаления элемента маршрута по завершении со