一種基于域名系統(tǒng)dns的鏈路均衡方法
【專利摘要】一種基于域名系統(tǒng)DNS的鏈路均衡方法，當網(wǎng)絡設有兩條或兩條以上出口鏈路，準備以包括鏈路、網(wǎng)絡服務的負載或可用性狀態(tài)為依據(jù)作為鏈路的均衡因素時，將用戶查詢請求按照權重、優(yōu)先級、剩余可用帶寬比例、或剩余可用帶寬絕對值的多種方法，實時、動態(tài)地劃分到不同的視圖view中，用于實現(xiàn)鏈路的負載均衡。本發(fā)明有效解決了現(xiàn)有技術采用固定IP地址范圍劃分用戶view導致的鏈路帶寬使用不均衡問題，同時提供容錯機制，避免在鏈路故障或者服務器故障時，繼續(xù)引導后續(xù)流量至故障鏈路或者服務器。而且，本發(fā)明只在DNS服務器更改view劃分方式而不增加硬件，對網(wǎng)絡用戶是透明的：客戶端不做任何改動，對現(xiàn)有用戶的正常操作和行為不造成任何干擾。故推廣前景看好。
【專利說明】
-種基于域名系統(tǒng)DNS的鏈路均衡方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明設及一種基于域名系統(tǒng)DNS的鏈路均衡方法，屬于計算機網(wǎng)絡通信的技術 領域。
【背景技術】
[0002] 域名系統(tǒng)DNS(Domain Name System)是通過將用戶劃分到不同的視圖view中，W 便經(jīng)由不同的出口鏈路解析用戶請求而實現(xiàn)負載均衡?，F(xiàn)行的劃分規(guī)則是采用基于訪問控 制列表ACL(Access Control List)的形式，通過限定IP范圍來進行劃分view的。例如，在遞 歸服務器的模式下，view的劃分就是通過IP地址進行的：IP地址在10.0.0.0-10.0.0.255 范圍內(nèi)的用戶都被劃分到一個view中，然后從該view設置的出口鏈路去查詢；IP地址在 10.0. 1.0-10.0.1.255范圍內(nèi)的用戶則被劃分到另一個view中，再從該view的出口鏈路去 查詢。在權威解析服務器的模式下，view的劃分同樣也是通過IP地址進行的：IP地址在 220.18.0. 0-220.18.0.255范圍的用戶的DNS請求被劃分到一個view中，權威解析服務器 返回該view設置的鏈路地址給用戶；IP地址在211.68.0.0-211.68.0.255范圍內(nèi)的用戶的 DNS請求被劃分到另一個view中，權威解析服務器將該view設置的鏈路地址返回給用戶。
[0003] 運種依靠固定IP地址范圍劃分view的方式存在的問題是:盡管每個view包含的地 址范圍是固定不變的，但是，每個地址范圍內(nèi)的實際用戶數(shù)量卻不是固定不變、而是隨時隨 地都在發(fā)生變化的。運就導致在遞歸服務器模式下，每個view內(nèi)的用戶請求數(shù)量會隨著時 間的變化而發(fā)生改變，因此會出現(xiàn)某個時間段內(nèi)、某個view的地址范圍中的請求太多，導致 對應鏈路的帶寬不夠;而其他的view中請求數(shù)量少，對應鏈路的帶寬有富余的情況。而在權 威解析服務器模式下，view的地址范圍中的實際用戶的請求數(shù)量同樣也不是固定不變的， 也會導致某一個時間段內(nèi)、某條鏈路上的請求太多而其他鏈路的請求卻很少的情況。在運 種情況下，就造成外部鏈路的流量使用不能得到均衡，從而影響網(wǎng)絡訪問速度，降低用戶體 驗。此外，運樣的固定IP地址范圍劃分view的方式?jīng)]有設置故障感知功能，不能感知鏈路或 服務器是否已經(jīng)發(fā)生或存在故障，所W就不能夠及時地將原來計劃劃分到view內(nèi)的用戶請 求轉移發(fā)送到未發(fā)生故障的鏈路或服務器、仍然堅持按照原定計劃劃分，導致用戶無法訪 問網(wǎng)絡或者訪問速度過慢。
[0004] 因此，如何克服現(xiàn)有技術存在的問題就成為業(yè)內(nèi)科技人員關注的新課題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種基于DNS的鏈路均衡方法，該方法動態(tài)地對用 戶進行劃分，可W解決現(xiàn)有技術下view通過固定IP地址范圍進行用戶劃分導致的鏈路帶寬 使用不均衡的問題，同時提供容錯機制，避免在鏈路故障或者服務器故障時，繼續(xù)引導后續(xù) 流量至故障鏈路或者服務器。
[0006] 為了達到上述目的，本發(fā)明提供了一種基于域名系統(tǒng)DNS(Domain Name System) 的鏈路均衡方法，其特征在于：當網(wǎng)絡配設有兩條或兩條W上的出口鏈路，準備W包括鏈 路、網(wǎng)絡服務的負載或者可用性狀態(tài)為依據(jù)作為鏈路的均衡因素時，將用戶查詢請求按照 權重、優(yōu)先級、剩余可用帶寬比例、或剩余可用帶寬絕對值的多種方法，實時、動態(tài)地劃分到 不同的視圖view中，用于實現(xiàn)鏈路的負載均衡;該方法包括下列操作步驟：
[0007]步驟1，根據(jù)網(wǎng)絡鏈路的實際情況，從包括按照權重、優(yōu)先級、剩余可用帶寬比例、 或剩余可用帶寬絕對值的多種方法中，任意選擇其中之一，將用戶查詢請求動態(tài)劃分到不 同的view;其中：
[000引按照權重劃分view方法是:先在DNS服務器設置與出口鏈路數(shù)量相等的view,并根 據(jù)網(wǎng)絡中的運些鏈路實際狀況分別計算每條出口鏈路的出口帶寬，再分別為每條鏈路設置 與其出口帶寬相對應的權重值;然后，DNS服務器按照運些鏈路帶寬值的比重、即權重值比 例作為負載均衡配置依據(jù)，為用戶查詢請求動態(tài)分配鏈路，將運些用戶查詢請求劃分到不 同的view中，使負載按照權重比例實現(xiàn)均衡配置；
[0009]按照優(yōu)先級劃分view的方法是:為每條鏈路設置不同的優(yōu)先級，按照優(yōu)先級從高 到低的遞減次序將用戶查詢請求劃分到不同的view中；
[0010]按照剩余可用帶寬比例劃分view的方法是;根據(jù)每條鏈路的剩余可用帶寬占據(jù)整 條鏈路全部帶寬的比例，用作用戶查詢請求劃分的比例依據(jù)，W便按照該占比的比例，將用 戶查詢請求分別配置到不同的view中；
[0011] 按照剩余可用帶寬絕對值劃分view的方法是:根據(jù)每條鏈路的剩余可用帶寬的絕 對值作為依據(jù)來配置用戶查詢請求，優(yōu)先將用戶查詢請求劃分配置到剩余可用帶寬更多的 鏈路所鏈接的view中；
[0012] 步驟2，DNS服務器檢查鏈路和服務器是否處于可用狀態(tài)，排除發(fā)生故障的鏈路和 服務器后，獲取可用鏈路的負載、總帶寬和可用帶寬；
[0013] 步驟3，DNS服務器接收到用戶查詢請求，采用步驟1選擇確認的方法進行處理;并 在完成處理后，將應答消息返回給用戶終端；
[0014] 步驟4，DNS服務器接收到新的DNS請求，返回執(zhí)行步驟2。
[0015] 本發(fā)明基于DNS的鏈路均衡方法的創(chuàng)新之處是:確實解決了現(xiàn)有技術的DNS的view 劃分方式帶來的鏈路負載使用不均衡的問題;本發(fā)明方法設置有多達四種實現(xiàn)負載均衡的 方式，適用范圍廣，網(wǎng)管人員可W靈活、機動地根據(jù)網(wǎng)絡實際情況任選其中一種方式實現(xiàn)負 載均衡。而且，本發(fā)明方法中，增加了 view的故障及時發(fā)現(xiàn)與倒換機制的操作步驟:一旦發(fā) 現(xiàn)鏈路、服務器發(fā)生故障時，可停止對其進行流量調度，避免用戶解析結果不能訪問的情 況。另外，本發(fā)明方法不需要增加額外硬件，只需對DNS的view劃分方式進行改進。而且，只 需在DNS服務器端進行修改，客戶端無需進行任何改動，不會對現(xiàn)有用戶的正常操作及行為 造成干擾。因此，本發(fā)明方法對網(wǎng)絡用戶是透明的。
【附圖說明】
[0016] 圖1是本發(fā)明基于域名系統(tǒng)DNS的鏈路均衡方法操作步驟流程圖。
【具體實施方式】
[0017] 為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面結合附圖對本發(fā)明作進一步 的詳細描述。
[0018] 本發(fā)明基于域名系統(tǒng)DNS的鏈路均衡方法，是在當網(wǎng)絡配設有兩條或兩條W上的 出口鏈路，準備W包括鏈路、網(wǎng)絡服務的負載或者可用性狀態(tài)為依據(jù)作為鏈路的均衡因素 時，將用戶查詢請求按照權重、優(yōu)先級、剩余可用帶寬比例、或剩余可用帶寬絕對值的多種 方法中任意選擇其中之一，實時、動態(tài)地劃分到不同的視圖view中，用于實現(xiàn)鏈路的負載均 衡。
[0019] 參見圖1，介紹本發(fā)明基于DNS的鏈路均衡方法的具體操作步驟：
[0020] 步驟1，根據(jù)網(wǎng)絡鏈路的實際情況，從包括按照權重、優(yōu)先級、剩余可用帶寬比例、 或剩余可用帶寬絕對值的多種方法中，任意選擇其中之一，將用戶查詢請求動態(tài)劃分到不 同的view。其中：
[0021] (A)按照權重劃分view方法是：先在DNS服務器設置與出口鏈路數(shù)量相等的view， 并根據(jù)網(wǎng)絡中的運些鏈路實際狀況分別計算每條出口鏈路的出口帶寬，再分別為每條鏈路 設置與其出口帶寬相對應的權重值;然后，DNS服務器按照運些鏈路帶寬值的比重、即權重 值比例作為負載均衡配置依據(jù)，為用戶查詢請求動態(tài)分配鏈路，將運些用戶查詢請求劃分 到不同的view中，使負載按照權重比例實現(xiàn)均衡配置。按照權重劃分view的方法的操作步 驟包括下列操作內(nèi)容：
[0022] (la)當網(wǎng)絡配設有兩條或兩條W上的多條鏈路Ai，且每條鏈路Ai的出口帶寬分別 為曰1時，DNS服務器應相應設置與該多條鏈路Ai數(shù)量相等的多個view, W使每條鏈路Ai分別 對應有各自的Viewi，式中，自然數(shù)i為View及其出口鏈路的序號，其最大值η是網(wǎng)絡配設的 出口鏈路總數(shù)。
[0023] ab)DNS服務器接收到客戶端查詢請求時，按照公式
計算每條鏈路Ai的出口 帶寬曰1占所有鏈路的總帶競
的比例，并根據(jù)該占比在每個view之間分配相應的負載； 也就是鴉
1 勺用戶查詢請求劃分到viewi，從而實現(xiàn)對每條鏈路Ai所對應的出口帶寬ai 配置相應權重比例的負載。
[0024] 例如，用戶出口鏈路有兩條:一條為cernet、一條為default，兩條出口鏈路cernet 出口帶寬與default出口帶寬的比為2:1，在DNS服務器中設置兩個view: viewl出口鏈路為 cernet，view2出口鏈路為default。運樣當DNS服務器接收到客戶端的查詢請求時，按照 viewl: view2 = 2:1的比例在兩個view之間進行分配:將2/3的用戶查詢請求劃分到viewl， 走cernet鏈路查詢；1/3的用戶查詢請求劃分到view2,走default鏈路查詢，從而實現(xiàn)對 cernet和de化ult分別對應的出口線路負載按照2:1的方式進行負載均衡切分。
[0025] (B)按照優(yōu)先級劃分view的方法是:為每條鏈路設置不同的優(yōu)先級，按照優(yōu)先級從 高到低的遞減次序將用戶查詢請求劃分到不同的view中。
[00%]按照優(yōu)先級劃分view的方法包括下列操作內(nèi)容：
[0027] (la)當網(wǎng)絡配設有兩條或兩條W上的多條鏈路Ai，DNS服務器應設置與該多條鏈 路Ai數(shù)量相等的多個view, W使每條鏈路分別對應各自的viewi，式中，自然數(shù)i為view及其 出口鏈路的序號，其最大值η是網(wǎng)絡配設的鏈路總數(shù)。
[002引（化)DNS服務器給每個view設置其出口鏈路帶寬占用率闊值di及其優(yōu)先級序號bi， 其中，闊值di是一個數(shù)值在區(qū)間（0,100)之間的百分數(shù)，優(yōu)先級序號bi是位于區(qū)間[l，n]之間 的自然數(shù)，且優(yōu)先級序號1的優(yōu)先等級最高，隨著序號的漸次增加，其優(yōu)先級等級逐漸降低。
[0029] (lc)DNS服務器根據(jù)優(yōu)先級高低從高到低順序分配用戶的查詢請求:DNS服務器接 收到客戶端查詢請求時，根據(jù)view的優(yōu)先級高低順序，從最高優(yōu)先級序號為1的view開始， 檢查當前已經(jīng)劃分給該view的出口鏈路帶寬占用率是否達到該view的闊值di;若未達到， 則將后續(xù)的查詢請求繼續(xù)分配給該view;若已經(jīng)達到闊值山，則檢查次高優(yōu)先級序號為2的 view是否達到其闊值，W便將后續(xù)查詢請求分配給該view, W此類推，實現(xiàn)根據(jù)優(yōu)先級調整 線路負載。
[0030] (Id)當所有可用鏈路的帶寬占用率均達到闊值di時，后續(xù)的查詢請求則按照輪詢 方式依次分配給各個view。
[0031 ]例如，將viewl的優(yōu)先級設置為最高，其帶寬占用率闊值設置為80%，出口鏈路設 置為cernet;view2的優(yōu)先級設置為次高，其帶寬占用率也設置為80%，出口鏈路設置為 defaulteDNS服務器會將用戶的查詢請求根據(jù)優(yōu)先級從高到低降序進行分配：當cernet的 帶寬占用率未達到80%時，優(yōu)先將后續(xù)查詢請求分配到viewl;若cernet的帶寬占用率達到 80 %時，則將后續(xù)查詢請求分配到view2。且若de化ult的帶寬占用率也達到了80 %時，就會 再按照此規(guī)則，將后續(xù)查詢請求分配到優(yōu)先級更低的其他view中，實現(xiàn)根據(jù)優(yōu)先級調整線 路負載。
[0032] (C)按照剩余可用帶寬比例劃分view的方法是；根據(jù)每條鏈路的剩余可用帶寬占 據(jù)整條鏈路全部帶寬的比例，用作用戶查詢請求劃分的比例依據(jù)，W便按照該占比的比例， 將用戶查詢請求分別配置到不同的view中；
[003引例如，網(wǎng)絡中配設有立條出口鏈路，當viewl中鏈路的剩余可用帶寬占該鏈路全部 帶寬的40%，view2中鏈路的剩余可用帶寬占比為70%，view3中鏈路的剩余可用帶寬占比 為30%時，DNS服務器就將用戶的查詢請求按照4:7:3的比例進行劃分，從而均衡每條鏈路 的出口帶寬，使各鏈路使用比率均衡。
[0034] (D)按照剩余可用帶寬絕對值劃分view的方法是:根據(jù)每條鏈路的剩余可用帶寬 的絕對值作為依據(jù)來配置用戶查詢請求，優(yōu)先將用戶查詢請求劃分配置到剩余可用帶寬更 多的鏈路所鏈接的view中；
[0035] 例如，網(wǎng)絡中配設有兩條出口鏈路，V i ew 1中鏈路的剩余帶寬為10M，V i ew2中鏈路 的剩余帶寬為100M，那么DNS服務器就將用戶的查詢請求按照10M: 100M、即1:10的比例進行 劃分，將更多的用戶查詢請求劃分到view2,從而保證鏈路帶寬的合理有效利用。
[0036] 步驟2，DNS服務器檢查鏈路和服務器是否處于可用狀態(tài)，排除發(fā)生故障的鏈路和 服務器后，獲取可用鏈路的負載、總帶寬和可用帶寬；
[0037] 該步驟2中，DNS服務器檢查鏈路和服務器是否處于可用狀態(tài)，W便在鏈路或服務 器發(fā)生故障時，及時停止對其對應的view進行流量調度，只獲取可用鏈路的負載、總帶寬和 可用帶寬，避免造成用戶不能訪問解析結果的情況。
[0038] 步驟3，DNS服務器接收到用戶查詢請求，采用步驟1選擇確認的方法進行處理;并 在完成處理后，將應答消息返回給用戶終端；
[0039] 步驟4，DNS服務器接收到新的DNS請求，返回執(zhí)行步驟2。
[0040] 本發(fā)明方法只是在DNS服務器更改view劃分方式而不增加硬件，且對網(wǎng)絡用戶是 透明的:客戶端不做任何改動，對現(xiàn)有用戶的正常操作和行為不造成任何干擾。
[0041] 本發(fā)明已經(jīng)進行了實施試驗，在北京郵電大學校園網(wǎng)的四期優(yōu)化中，部署實施本 發(fā)明基于DNS的鏈路均衡方法。實施過程中，北京郵電大學的校園網(wǎng)絡中，DNS服務器采用按 照權重劃分的方式對view進行劃分，實現(xiàn)了出口鏈路的帶寬均衡，有效提升了用戶的上網(wǎng) 體驗。經(jīng)過數(shù)月的試驗驗證，本發(fā)明的實施例是成功的，實現(xiàn)了發(fā)明目的。
[0042] W上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實現(xiàn)方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人 員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可W做出若干改進和潤飾，運些改進和潤飾也應 視為本發(fā)明的保護范圍。
【主權項】
1. 一種基于域名系統(tǒng)DNS(Domain Name System)的鏈路均衡方法，其特征在于：當網(wǎng)絡 配設有兩條或兩條以上的出口鏈路，準備以包括鏈路、網(wǎng)絡服務的負載或者可用性狀態(tài)為 依據(jù)作為鏈路的均衡因素時，將用戶查詢請求按照權重、優(yōu)先級、剩余可用帶寬比例、或剩 余可用帶寬絕對值的多種方法，實時、動態(tài)地劃分到不同的視圖view中，用于實現(xiàn)鏈路的負 載均衡;該方法包括下列操作步驟： 步驟1，根據(jù)網(wǎng)絡鏈路的實際情況，從包括按照權重、優(yōu)先級、剩余可用帶寬比例、或剩 余可用帶寬絕對值的多種方法中，任意選擇其中之一，將用戶查詢請求動態(tài)劃分到不同的 view;其中： 按照權重劃分view方法是:先在DNS服務器設置與出口鏈路數(shù)量相等的view，并根據(jù)網(wǎng) 絡中的這些鏈路實際狀況分別計算每條出口鏈路的出口帶寬，再分別為每條鏈路設置與其 出口帶寬相對應的權重值;然后，DNS服務器按照這些鏈路帶寬值的比重、即權重值比例作 為負載均衡配置依據(jù)，為用戶查詢請求動態(tài)分配鏈路，將這些用戶查詢請求劃分到不同的 view中，使負載按照權重比例實現(xiàn)均衡配置； 按照優(yōu)先級劃分view的方法是：為每條鏈路設置不同的優(yōu)先級，按照優(yōu)先級從高到低 的遞減次序將用戶查詢請求劃分到不同的v i ew中； 按照剩余可用帶寬比例劃分view的方法是;根據(jù)每條鏈路的剩余可用帶寬占據(jù)整條鏈 路全部帶寬的比例，用作用戶查詢請求劃分的比例依據(jù)，以便按照該占比的比例，將用戶查 詢請求分別配置到不同的view中； 按照剩余可用帶寬絕對值劃分view的方法是:根據(jù)每條鏈路的剩余可用帶寬的絕對值 作為依據(jù)來配置用戶查詢請求，優(yōu)先將用戶查詢請求劃分配置到剩余可用帶寬更多的鏈路 所鏈接的view中； 步驟2，DNS服務器檢查鏈路和服務器是否處于可用狀態(tài)，排除發(fā)生故障的鏈路和服務 器后，獲取可用鏈路的負載、總帶寬和可用帶寬； 步驟3，DNS服務器接收到用戶查詢請求，采用步驟1選擇確認的方法進行處理;并在完 成處理后，將應答消息返回給用戶終端； 步驟4，DNS服務器接收到新的DNS請求，返回執(zhí)行步驟2。2. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于:所述步驟1中，按照權重劃分view的方法包 括下列操作內(nèi)容： (la) 當網(wǎng)絡配設有兩條或兩條以上的多條鏈路Ai，且每條鏈路Ai的出口帶寬分別為ai 時，DNS服務器應相應設置與該多條鏈路Ai數(shù)量相等的多個view，以使每條鏈路Ai分別對應 有各自的vieWi，式中，自然數(shù)i為view及其出口鏈路的序號，其最大值η是網(wǎng)絡配設的出口 鏈路總數(shù)； ai (lb) DNS服務器接收到客戶端查詢請求時，按照公式fa計算每條鏈路Ai的出口帶寬 ai占所有鏈路的總帶寬￡ A的比例，并根據(jù)該占比在每個view之間分配相應的負載;也就 是將的用戶查詢請求劃分到view，從而實現(xiàn)對每條鏈路心所對應的出口帶寬ai配置相 1 應權重比例的負載。3. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于:所述步驟1中，按照優(yōu)先級劃分view的方法 包括下列操作內(nèi)容： (la) 當網(wǎng)絡配設有兩條或兩條以上的多條鏈路AnDNS服務器應設置與該多條鏈路仏數(shù) 量相等的多個view，以使每條鏈路分別對應各自的viewi，式中，自然數(shù)i為view及其出口鏈 路的序號，其最大值η是網(wǎng)絡配設的鏈路總數(shù)； (lb) DNS服務器給每個view設置其出口鏈路帶寬占用率閾值cU及其優(yōu)先級序號1^，其 中，閾值cU是一個數(shù)值在區(qū)間(0，100)之間的百分數(shù)，優(yōu)先級序號h是位于區(qū)間[l，n]之間的 自然數(shù)，且優(yōu)先級序號1的優(yōu)先等級最高，隨著序號的漸次增加，其優(yōu)先級等級逐漸降低； (lc) DNS服務器根據(jù)優(yōu)先級高低從高到低順序分配用戶的查詢請求:DNS服務器接收到 客戶端查詢請求時，根據(jù)view的優(yōu)先級高低順序，從最高優(yōu)先級序號為1的view開始，檢查 當前已經(jīng)劃分給該v i e w的出口鏈路帶寬占用率是否達到該v i e w的閾值d i;若未達到，則將 后續(xù)的查詢請求繼續(xù)分配給該view;若已經(jīng)達到閾值di，則檢查次高優(yōu)先級序號為2的view 是否達到其閾值，以便將后續(xù)查詢請求分配給該view，以此類推，實現(xiàn)根據(jù)優(yōu)先級調整線路 負載； (ld) 當所有可用鏈路的帶寬占用率均達到閾值cU時，后續(xù)的查詢請求則按照輪詢方式 依次分配給各個view。4. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于:所述步驟2中，DNS服務器檢查鏈路和服務 器是否處于可用狀態(tài)，以便在鏈路或服務器發(fā)生故障時，及時停止對其對應的view進行流 量調度，只獲取可用鏈路的負載、總帶寬和可用帶寬，避免造成用戶不能訪問解析結果的情 況。5. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于:所述方法只是在DNS服務器更改view劃分 方式而不增加硬件，且對網(wǎng)絡用戶是透明的:客戶端不做任何改動，對現(xiàn)有用戶的正常操作 和行為不造成任何干擾。
【文檔編號】H04L12/24GK105872079SQ201610313031
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年5月12日
【發(fā)明人】翁源, 王道佳, 楊呈飛, 周杰
【申請人】北京網(wǎng)瑞達科技有限公司