专利名称：一种基于嵌入式的负载均衡系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种网络处理器技术，具体地说是一种基于嵌入式的负载均衡系统。
背景技术：
当今计算机技术已进入以网络为中心的计算时期。由于客户/服务器模型的简 单性、易管理性和易维护性，客户/服务器计算模式在网上被大量采用。Web也正在从一 种内容发送机制成为一种服务平台，大量的服务和应用(如新闻服务、网上银行、电子商务 等)都是围绕着Web进行。从网络技术的发展来看，网络带宽的增长远高于处理器速度和 内存访问速度的增长，很多研究显示Gigabit Ethernet在服务器上很难使得其吞吐率达到 1Gb/s的原因是协议栈(TCP/IP)和操作系统的低效，以及处理器的低效。为了解决这个困 境，目前采用在一台x86服务器上安装负载均衡软件，以实现负载均衡的功能。但由于x86 服务器计算能力有限，当负载很大时，这种cpu往往应接不暇。 嵌入式系统的核心部件是各种类型的嵌入式处理器，嵌入式处理器是控制、辅助 系统运行的硬件单元。目前据不完全统计，全世界嵌入式处理器的品种总量已经超过1000 多种，流行体系结构有30几个系列，其中8051体系的占有多半。生产8051单片机的半导体 厂家有20多个，共350多种衍生产品，仅Philips就有近100种。现在几乎每个半导体制
造商都生产嵌入式处理器，越来越多的公司有自己的处理器设计部门。嵌入式处理器的寻 址空间一般从64kB到16MB，处理速度从0. 1MIPS到2000MIPS，常用封装从8个引脚到144 个引脚。如此繁多的嵌入式处理器，为我们的选择提供了基础。 嵌入式系统Linux是一种很受欢迎的操作系统，它与UNIX系统兼容，开放源代码。 它原本被设计为桌面系统，现在广泛应用于服务器领域。而更大的影响在于它正逐渐的应 用于嵌入式设备。uCli皿x正是在这种氛围下产生的。在uCli皿x这个英文单词中u表示 Micro,小的意思，C表示Control,控制的意思，所以uCli皿x就是Micro-Control-Linux, 字面上的理解就是〃 针对微控制领域而设计的Li皿x系统〃 。 负载均衡软件，开源项目lvs提供了良好的负载均衡功能，可以满足4-7层负载均 衡需求，目前，LVS项目已提供了一个实现可伸縮网络服务的Li皿xVirtual Server框架。 在LVS框架中，提供了含有三种IP负载均衡技术的IP虚拟服务器软件IPVS、基于内容请 求分发的内核Layer-7交换机KTCPVS和集群管理软件。可以利用LVS框架实现高可伸縮 的、高可用的Web、 Cache、 Mail和Media等网络服务；在此基础上，可以开发支持庞大用户 数的、高可伸縮的、高可用的电子商务应用。第四层负载均衡采用基于IP层的负载均衡调 度技术，通过修改操作系统内核的tcp/ip协议栈，在ip层截取和改写/转发ip报文。这 样当客户请求到达时，调度器根据所设置的调度方式，结合服务器池中各服务器的负载情 况从中选出一台服务器，将该请求转发给这台的服务器。由于这些操作都是在操作系统核 心空间中完成，所以调度器的效率极高且调度开销很小，能调度很多服务器，使得整个系统 具备优秀的伸縮性。调度器可以自动屏蔽掉服务器池中服务器的故障，且调度器自身可实 现高可用。它们对客户来讲都是透明的，对于用户来讲，整个系统就是一台高性能、高可用的服务器。
发明内容
本发明的技术任务是提供一种稳定性高、体积小、速率快、功耗小的一种基于嵌入 式的负载均衡系统。 本发明的技术任务是按以下方式实现的，核心硬件系统包括嵌入式处理器、系统 总线和外围硬件设备，外围硬件设备通过系统总线与嵌入式处理器连接；外围硬件设备包 括网络交换模块、闪存和1/0设备，嵌入式处理器与网络交换模块通过系统总线相连，闪存 和I/O设备连接在系统总线上；软件部分采用嵌入式li皿x系统和应用软件。
网络交换模块包括以太网交换芯片和以太网口 。 以太网口基于MAC地址、IP地址、TCP/UDP端口号和协议L2 L4的ACL访问控制。 网络交换模块通过VLAN控制。 应用软件包括图形化控制软件、监控管理软件、LVS、内核设置软件。 嵌入式处理器为ARM芯片。 网络交换模块为二层智能千兆交换机模块。 li皿x系统，是一种计算机操作系统。这个系统是由世界各地的成千上万的程序 员设计和实现的。其目的是建立不受任何商品化软件的版权制约的、全世界都能自由使用 的Unix兼容产品。li皿x系统的基本思想有两点第一，一切都是文件；第二，每个软件都 有确定的用途；其中第一条详细来讲就是系统中的所有都归结为一个文件，包括命令、硬件 和软件设备、操作系统、进程等等对于操作系统内核而言，都被视为拥有各自特性或类型的 文件。 VLAN(Virtual Local Area Network)，中文名为"虚拟局域网"。是一种将局域网 设备从逻辑上划分成一个个网段，从而实现虚拟工作组的新兴数据交换技术。
LVS是一个开源的软件，可以实现li皿x平台下的简单负载均衡。LVS采用三层结 构，其主要组成部分为A、负载调度器(load balancer)，它是整个LVS集群对外面的前端 机，负责将客户的请求发送到一组服务器上执行，而客户认为服务是来自 一个IP地址(我 们可称之为虚拟IP地址)上的。B、服务器池(server pool)，是一组真正执行客户请求的 服务器，执行的服务有WEB、MAIL、FTP和DNS等。C、共享存储(shared storage)，它为服务 器池提供一个共享的存储区，这样很容易使得服务器池拥有相同的内容，提供相同的服务。
负载均衡系统采用基于IP层的负载均衡调度技术，通过修改操作系统内核的 tcp/ip协议栈，在ip层截取和改写/转发ip报文。这样当客户请求到达时，调度器根据所 设置的调度方式，结合服务器池中各服务器的负载情况从中选出一台服务器，将该请求转 发给这台的服务器。 在负载均衡系统上由资源监视进程来监视各个服务器结点的健康状况。通过监视 硬件和网络的可用性来检查节点服务器可用性，如果硬件和网络没有故障，调度器通过向 服务器节点发送指定的服务请求来进一步确定节点所提供服务的可用性，如果某节点在指 定的时间内无响应，调度器就自动将其从调度列表中移出，这样新的请求就不会转发到损 坏的节点，而是选择一个健康的节点为其提供服务，保证服务永不间断。当该节点恢复正常后，调度器能够自动监测到并将其加入到系统中来，完全不需要人工干预。
本发明的一种基于嵌入式的负载均衡系统具有以下优点 1、用嵌入式系统取代现有技术中的x86计算机系统，具有稳定性高、体积小、功耗 小、速度快等优点并且可以用在恶劣条件下，和x86cpu不同，嵌入式处理器特别适用于处 理小的数据包，这样就满足了负载均衡系统转发小数据包的需求； 2、嵌入式li皿x系统，负责整个系统的管理工作，并在其内核打入负载均衡补丁， 使其内核拥有负载均衡的功能； 3、网络交换模块是由以太网交换芯片和以太网口构成；提供可以满足2-3层线速 交换，并且可以采用端口绑定技术增大接入带宽； 4、采用闪存作为系统的存储介质，具有体积小，速度快的优点，可以大大提升系统 启动的速度； 5、嵌入式处理器使用ARM芯片，它是一个32位处理器，可精简的计算机系统，价格
很低，逐渐转入单芯片应用解决方案；上可跑操作系统，下可做实时控制使用； 6、网络交换模块采用二层智能千兆交换机模块；针对目前网络面临的各种的安全
威胁，二层智能千兆交换机模块具有完备的安全控制机制来有效防止和控制恶意攻击和非
法侵入，提供了安全到网络边缘的解决方案； 7、接入安全性方面基于MAC地址、IP地址、TCP/UDP端口号和协议等L2 L4的 ACL访问控制；802. lx端口安全认证对访问者的有效控制和防止了非法用户对网络的访 问； 8、 VLAN控制；通过VLAN可以实现交换机各端口间的相互隔离；
9、支持DoS(拒绝服务)攻击的监测和防御；拒绝服务攻击将使网络中受攻击的 网络设备、服务器、PC机充斥着大量要求回复的信息，消耗网络带宽和系统资源，导致网络 和系统不胜负荷以至于瘫痪而停止提供正常的网络服务；DoS攻击的监测和防御功能把攻 击的威胁隔离在网络边缘；网络交换模块运用一定的运算法则监控可能发生的DoS攻击行 为，一但检测到则停止接受报文； 10、管理安全性方面对网络交换模块和网管软件传递的所有信息进行加密；管 理访问控制(ACL)，可以指定或者限制某个IP或IP子网的PC对交换机的Telnet或WEB管 理，防止黑客或非法接入者对交换机的恶意攻击和控制；Radius/TACACS+安全认证，用户 登录到交换机上管理需要进行认证。 11、可以作为大型网站的前端接入机，实现对服务器的负载均衡的功能；因而，具 有很好的推广使用价值。
下面结合附图对本发明进一步说明。
附图1为一种基于嵌入式的负载均衡系统的结构示意图。
具体实施例方式
参照说明书附图和具体实施例对本发明的一种基于嵌入式的负载均衡系统作以 下详细地说明。
实施例 本发明的一种基于嵌入式的负载均衡系统，其核心硬件系统包括嵌入式处理器、 系统总线和外围硬件设备，外围硬件设备通过系统总线与嵌入式处理器连接；外围硬件设 备包括网络交换模块、闪存和I/O设备，嵌入式处理器与网络交换模块通过系统总线相连， 闪存和I/O设备连接在系统总线上；软件部分采用嵌入式li皿x系统和应用软件。
网络交换模块包括以太网交换芯片和以太网口 。 以太网口基于MAC地址、IP地址、TCP/UDP端口号和协议L2 L4的ACL访问控制。 网络交换模块通过VLAN控制。 应用软件包括图形化控制软件、监控管理软件、LVS、内核设置软件。 嵌入式处理器为ARM芯片。它是一个32位处理器，可精简的计算机系统，价格很
低，逐渐转入单芯片应用解决方案。上可跑操作系统，下可做实时控制使用。 网络交换模块为二层智能千兆交换机模块。 除说明书所述的技术特征外，均为本专业技术人员的已知技术。
权利要求
一种基于嵌入式的负载均衡系统，其特征在于核心硬件系统包括嵌入式处理器、系统总线和外围硬件设备，外围硬件设备通过系统总线与嵌入式处理器连接；外围硬件设备包括网络交换模块、闪存和I/O设备，嵌入式处理器与网络交换模块通过系统总线相连，闪存和I/O设备连接在系统总线上；软件部分采用嵌入式linux系统和应用软件。
2. 根据权利要求1所述的一种基于嵌入式的负载均衡系统，其特征在于网络交换模块包括以太网交换芯片和以太网口。
3. 根据权利要求1或2所述的一种基于嵌入式的负载均衡系统，其特征在于以太网口基于MAC地址、IP地址、TCP/UDP端口号和协议L2 L4的ACL访问控制。
4. 根据权利要求1所述的一种基于嵌入式的负载均衡系统，其特征在于网络交换模块通过VLAN控制。
5. 根据权利要求1所述的一种基于嵌入式的负载均衡系统，其特征在于应用软件包括图形化控制软件、监控管理软件、LVS、内核设置软件。
6. 根据权利要求1所述的一种基于嵌入式的负载均衡系统，其特征在于嵌入式处理器为ARM芯片。
7. 根据权利要求1所述的一种基于嵌入式的负载均衡系统，其特征在于网络交换模块为二层智能千兆交换机模块。
全文摘要
本发明公开了一种基于嵌入式的负载均衡系统，属于网络处理器技术领域，其核心硬件系统包括嵌入式处理器、系统总线和外围硬件设备，外围硬件设备通过系统总线与嵌入式处理器连接；外围硬件设备包括网络交换模块、闪存和I/O设备，嵌入式处理器与网络交换模块通过系统总线相连，闪存和I/O设备连接在系统总线上；软件部分采用嵌入式linux系统和应用软件。本发明的一种基于嵌入式的负载均衡系统和现有技术相比，具有稳定性高、体积小、速率快、功耗小等特点。
文档编号H04L29/06GK101714989SQ20091023043
公开日2010年5月26日 申请日期2009年11月19日 优先权日2009年11月19日
发明者王守昊, 苑鸿剑 申请人:浪潮电子信息产业股份有限公司