基于HASH算法的分流控制器設計與應用

陳錦妮 廉繼紅

本文利用動態(tài)Hash算法和Telnet組件，設計了通信系統(tǒng)的分流控制器，遠程部署路由器。利用SNMP組件獲取流量，管理目前的變量，反饋命令文件經TFTP服務器傳輸至路由器，使路由器接口流量的均衡狀態(tài)得到了保證。分流策略可以不斷的隨時調整，并逐漸達到最優(yōu)的分流效果。

【關鍵詞】動態(tài)Hash算法 分流控制器 負載均衡

隨著現代社會通信需求不斷地增大，負載失衡的問題日益突出。本研究設計出了一種適用于電子通信系統(tǒng)的分流控制器，通過運用Hash算法，對路由器輸出端口流量進行分流，使得負載得到均衡。

1 電子通信系統(tǒng)的分流控制器設計

1.1 電子通信系統(tǒng)的分流控制原理

在動態(tài)Hash算法的基礎之上，利用Telnet組件，遠程部署路由器，利用SNMP組件取得接口流量，管理目前的變量。

1.2 分流控制器的模塊及其功能介紹

在電子通信系統(tǒng)中，分流控制器主要包括預處理模塊、網絡流量測量與均衡模塊、路由器均衡控制模塊。

1.2.1 預處理模塊

由于用戶的特定需求，需要預處理路由器IP報文。然后再均衡分流IP報文，如用戶需要獨立測試HTTP報文，則必須將目的端口或者源端口改為80的IP報文再反饋到處理機以此來進行操作。

1.2.2 網絡流量測量與均衡模塊

路由器實時采集流組流量和鏈路流量，分流控制器按照路由器接口流量的大小，給每個接口維護相對應的一條隊列，在節(jié)點中存儲流組信息，再依據流組信息進行策略分流。

1.2.3 路由器均衡控制模塊

均衡分流模塊主要有路由器的新建、路由器的打開、設備狀態(tài)的獲取、動態(tài)均衡這四個過程。經過以上四個過程的處理，用戶的指標得到一定程度的滿足，并且進一步建立反饋機制。

2 Hash算法與路由器流量均衡

利用動態(tài)實時Hash算法進行流組流量監(jiān)測，使路由器多個輸出端口分流均衡，采用分流策略的優(yōu)化調整獲得最優(yōu)的分流效果。動態(tài)Hash算法的基本思路：設bsip為源IP的前16bit、asip為源IP的后16bit、bdip為宿IP前16bit、adip為宿IP后16bit、sport為源端口、dport為宿端口.算法使用XOR（∧）、右移（>>）和左移（<<）操作;hashl，hash為16bit無符號整型。把源IP和宿IP的前后16位、源和宿的端口號作為Hash的輸入參數，使用異或移位的Hash算法

Hashl=asip<<31asip》（16-3）;hashl=hashl∧adip; hash=hashl;

通過該函數得到流量流組對應的Hash序列。

如圖1所示，當路由器輸出端口2流量大于輸出端口1流量時，數據流組中的7號由輸出端口2分配到輸出端口1，通過這個過程實現流量均衡的目的。

該算法使得路由器流量達到均衡一般分為Hash動態(tài)分組、流量更新及流組調整、動態(tài)策略調整三個過程。∧2.1 流標志的Hash映射

為了提高IP數據報流量的查詢速度，需要建立流緩沖區(qū)Hash表索引。索引中存放流標識、計算得到的Hash值以及相應的緩沖區(qū)位置。通過Hash函數計算流標志對應的Hash值，然后通過Hash值找到該流在緩沖區(qū)的對應位置。索引的數據結構雖然占據了存儲空間，但極大地提高了查找效率。這種方法對流組流量的一致性具有很好的響應，可以得到很好的均衡分流。

2.2 流量更新與流組調整

分流控制器通過SNMP的客戶端模塊實時向路由器發(fā)出請求，要求獲得路由器接口流量，在分流控制器中為每個接口維護一條流組隊列并進行實時更新。

2.3 動態(tài)調整的策略

在路由器進行流組動態(tài)調整策略，判斷接口流量與接口平均流量的差值，根據差值的大小對各個路由器輸出端口流組流量動態(tài)調控。在調控流組流量的時候，按照路由器輸出端口流組內報文順序，變換報文流組，變換后流組的接口流量不小于采集流組，以此類推，完成每一個變換接口的流組。

3 實驗分析

通過實驗設計，分流器包括Main、Router、SNMP、Windows、Interface五個部分。在仿真實驗中，首先按照假定的拓撲結構構建網絡，模擬網絡中IP數據報的傳輸過程，記錄數據包經過網絡的信息。實驗中測量流量采用UPD傳輸，在lOOs內鏈路的丟包率較低。

通過仿真分析可以測得，在使用Hash函數進行動態(tài)流量調整后，通過多丟包率明顯降低，在6%左右。實驗結果表明采用Hash算法的分流控制器在電子通信系統(tǒng)中流量均衡效果較好，在傳輸速率方面具有一定提高，同時降低丟包率，其時間開銷和空間開銷都比較好，在實際中有良好的應用前景。

4 結語

為了增強電子通信系統(tǒng)中的負載均衡適應能力，本研究結合動態(tài)Hash算法策略路由的方法調整路由的接口流量。分流控制器分為三大模塊：動態(tài)更新與均衡模塊、預處理模塊、均衡分流模塊，電子通信系統(tǒng)的分流控制得到了實現;利用動態(tài)Hash算法，基于流量之上，使得系統(tǒng)流量得到充分的均衡。最終通過多次的仿真實驗，得到了的結果充分表明，本文設計的電子通信系統(tǒng)中的分流控制器在傳輸時延、丟包率等方面都表現良好，充分地使網絡負載均衡實現了最優(yōu)化。

參考文獻

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