CN113852590A - 一种大容量设备支持tcp动态迁移的方法、装置、设备和存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种大容量设备支持TCP动态迁移的方法、装置、设备和存储介质，属于核心网通信技术领域。当用户终端从原有TCP连接的虚拟机迁移到其他虚拟机期间，触发从数据库下载IPSec SA操作；利用所述从数据库下载的IPSec SA进行TCP连接的恢复和创建，以便实现用户数据的无缝接续。

Description

一种大容量设备支持TCP动态迁移的方法、装置、设备和存储 介质

技术领域

本发明涉及核心网通信技术领域，尤其涉及一种大容量设备支持TCP动态迁移的方法、装置设备和存储介质。

背景技术

TCP(Transmission Control Protocol，传输控制协议)一种可靠型传输层协议，它虽然能够保证连接上数据的可靠性和完整性，但是本身并不支持在不同设备之间迁移。这对于终端类型的设备影响不大，但是对于可靠性要求较高的服务端来说就会带来明显的不便。因为如果需要维护、发生故障，或在虚拟化环境下需要执行动态缩、扩容操作，就会造成原有和客户端之间已建立的TCP连接全部失效。

为解上述问题，当前已经有一些方案可以在部分场景下让TCP实现“热主备”的效果。但这些方案对大容量设备来说依然存在以下主要不足：

1)需要同步的数据量大。部分方案的主要原理依赖于在主备设备之间对原有TCP连接的数据进行同步。这对于TCP连接数量庞大服务端，特别是核心网设备而言是很难接受的。

2)部分数据同步量较小的方案，未完全解决“TCP连接数据可能由两个不同方向发起”的问题。

3)当前的方案大多局限于“主备”两台设备，但随着云技术的发展，需要考虑兼容更为灵活的备份和迁移机制。

4)即便是在主备两台设备场景下，现有多数方案也很难解决短时间内的连续多次倒换的问题，也就是一旦主备设备间出现角色切换的异常频繁抖动(或出于其他特殊原因而出现的类似场景)，则方案的健壮性和有效性会面临严峻考验。

发明内容

本发明实施例的主要目的在于提出一种大容量设备支持TCP动态迁移的方法、装置、设备和存储介质，需要同步的数据量很少，显著减少了常规开销，并结合适当的平滑机制，避免了短时间内的负荷迅速冲高的问题。也能够将原有多台设备上的TCP连接，迁移到另外一台或多台其他设备上去。

为实现上述目的，本发明实施例提供了一种大容量设备支持TCP动态迁移的方法，所述方法包括以下步骤：

当用户终端从原有TCP连接的虚拟机迁移到其他虚拟机期间，触发从数据库下载IPSec(Internet Protocol Security，网络协议安全)SA(Security Association，安全偶联)操作；

利用所述从数据库下载的IPSec SA进行TCP连接的恢复和创建，以便实现用户数据的无缝接续。

为实现上述目的，本发明实施例提供了一种大容量设备支持TCP动态迁移的装置，包括：

下载模块，用于当用户终端从原有TCP连接的虚拟机迁移到其他虚拟机期间，触发从数据库下载IPSec SA操作；

恢复连接模块，用于利用所述从数据库下载的IPSec SA进行TCP连接的恢复和创建，以便实现用户数据的无缝接续。

为实现上述目的，本发明实施例还提出了一种大容量设备支持TCP动态迁移的设备，所述设备包括存储器、处理器、存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的程序以及用于实现所述处理器和所述存储器之间的连接通信的数据总线，所述程序被所述处理器执行时实现前述方法的步骤。

为实现上述目的，本发明提供了一种存储介质，用于计算机可读存储，所述存储介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现前述方法的步骤。

本发明提出的一种大容量设备支持TCP动态迁移的方法、设备和存储介质，其对于发生迁移的TCP连接仅需要同步很少的连接关键数据；可以结合特有的安全技术保证被迁移TCP连接的安全性；对标准BSD(及其他类似风格)的socket API做出了扩展，让原有TCP连接的拥有者能够以更灵活、代价更小的方式实现连接的迁移；连接的迁移，采用“按需触发”的方式来执行。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的一种大容量设备支持TCP动态迁移的方法的流程图。

图2是本发明实施例二提供的一种大容量设备支持TCP动态迁移的装置示意图。

图3是本发明实施例提供的各种模块在架构中的作用和相互关系示的意图。

图4是本发明实施例提供的发生虚拟化缩容时，TCP用户的动态迁移示意图。

图5是本发明实施例提供的缩容发生后，用户终端侧先发起业务数据的TCP恢复流程示意图。

图6是本发明实施例提供的发生虚拟化扩容时，TCP用户的动态迁移示意图。

图7是本发明实施例提供的扩容发生后，核心网侧先发起业务数据的TCP恢复流程示意图。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本发明的说明，其本身没有特有的意义。因此，“模块”、“部件”或“单元”可以混合地使用。

实施例一

如图1所示，本实施例提供了一种大容量设备支持TCP动态迁移的方法，该方法包括以下步骤：

步骤S110：当用户终端从原有TCP连接的虚拟机迁移到其他虚拟机期间，触发从数据库下载IPSec SA操作；

步骤S120：利用所述从数据库下载的IPSec SA进行TCP连接的恢复和创建，以便实现用户数据的无缝接续。

其中，所述当用户终端从原有TCP连接的虚拟机迁移到其他虚拟机期间，触发从数据库下载IPSec SA操作包括：通过对核心网设备内的各台虚拟机的负荷状态进行检测，确定是否需要进行缩容虚拟机操作；当确定需要进行缩容虚拟机操作时，TCP连接处于被缩容虚拟机的用户终端向所述核心网设备发送迁移请求；所述核心网设备根据所述迁移请求，将所述用户终端的TCP报文分发到未被缩容的虚拟机上，同时触发所述未被缩容的虚拟机从数据库下载IPSec SA操作；

其中，所述利用所述从数据库下载的IPSec SA进行TCP连接的恢复和创建，以便实现用户数据的无缝接续包括：未被缩容的虚拟机从数据库下载IPSec SA后，对所述IPSecSA进行验证；未被缩容的虚拟机在所述IPSec SA验证通过后，使用所述IPSec SA进行TCP连接的恢复和创建，以便实现用户数据的无缝接续。

其中，所述当用户终端从原有TCP连接的虚拟机迁移到其他虚拟机期间，触发从数据库下载IPSec SA操作包括：通过对核心网设备内的各台虚拟机的负荷状态进行检测，确定是否需要进行扩容虚拟机操作；当确定需要进行扩容虚拟机操作时，所述核心网设备通过向被分配到新虚拟机上的用户终端发起在线检测，为所述用户终端创建TCP连接；所述核心网设备在为所述用户终端创建TCP连接后，触发新虚拟机从数据库下载IPSec SA操作。

本发明实施例还包括：用户终端向所述核心网设备注册时，将所述IPSec SA保存到数据库中。

实施例二

图2是本发明实施例二提供的一种大容量设备支持TCP动态迁移的装置示意图，如图2所示，包括：下载模块201和恢复连接模块202。

所述下载模块201，用于当用户终端从原有TCP连接的虚拟机迁移到其他虚拟机期间，触发从数据库下载IPSec SA操作；所述恢复连接模块202，用于利用所述从数据库下载的IPSec SA进行TCP连接的恢复和创建，以便实现用户数据的无缝接续。

其中，所述下载模块201包括：第一下载单元，用于通过对核心网设备内的各台虚拟机的负荷状态进行检测，确定是否需要进行缩容虚拟机操作，当确定需要进行缩容虚拟机操作时，TCP连接处于被缩容虚拟机的用户终端向所述核心网设备发送迁移请求，以及根据所述迁移请求，将所述用户终端的TCP报文分发到未被缩容的虚拟机上，同时触发所述未被缩容的虚拟机从数据库下载IPSec SA操作；第二下载单元，用于通过对核心网设备内的各台虚拟机的负荷状态进行检测，确定是否需要进行扩容虚拟机操作，当确定需要进行扩容虚拟机操作时，所述核心网设备通过向被分配到新虚拟机上的用户终端发起在线检测，为所述用户终端创建TCP连接，以及所述核心网设备在为所述用户终端创建TCP连接后，触发新虚拟机从数据库下载IPSec SA操作。

本发明实施例三提出一种大容量设备支持TCP动态迁移的设备，其特征在于，所述设备包括存储器、处理器、存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的程序以及用于实现所述处理器和所述存储器之间的连接通信的数据总线，所述程序被所述处理器执行，以实现如图1所示的具体步骤。

本发明实施例四提出一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有一个或者多个程序，该一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现如图1所示的具体步骤。

本发明实施例在系统运行期间，无TCP连接的任何数据需要同步。迁移后，只要对端还有效，当本端需要先发送数据时，通过特有的探测机制能够完成连接的主动恢复，并将数据有效发送出去，不依赖于必须先被动接收对方的数据。迁移后，连接所在的原设备能够在不重启的情况下，不对外发送任何报文就能快速清空自己的所有已被迁移的TCP资源。

实施例五

本例用于展示发生缩容后，由终端侧触发的，TCP用户从原有虚拟机迁移到其他虚拟机的过程。

51)合法用户向核心网设备发起注册请求。

52)注册完成，用户所属的TCP连接会被建立在某台核心网虚拟机设备上。该设备此时将用户对应的地址+端口组合四元组同步至数据库，此后该用户即可开始通过这条TCP连接进行相关的业务通信(发起、关闭呼叫，设置选项等等)。

注意！后续该TCP连接再无任何数据同步操作，以确保同步数据量尽可能小。

53)所有用户完成注册，系统趋于稳定后，管理员发现每台虚机负荷都远低于预计水平，因此决定缩减部分虚拟机，供其他用途使用。该过程参见附图4。注意，迁移的时刻，并不发生任何同步操作，而是后续按需触发。

54)TCP连接处于被缩减虚拟机A的某用户，发起呼叫请求，报文被分发到另外一台未被缩容的虚拟机B。由于虚拟机B查找不到该用户对应的四元组，因此触发数据库取数据操作，将其同步到本虚机。

55)同步成功后，TCP层直接使用该报文即刻进行TCP连接的恢复和创建，主要是学习其中的双方TCP SEQ/ACK序号、对方的TCP窗口等参数。注意，这里TCP层可以直接信任此报文，原因和前提是之前能同步下来的数据说明是建立过的可信连接。

至此，虚拟机B成功接管了原先属于虚拟机A的用户及其TCP连接，整个通信可以继续无缝衔接，且按需触发，无需集中同步。用户侧则完全没有感知，实现无缝衔接。本步骤流程参见附图5。

实施例六

本例用于展示发生扩容后，由核心网侧触发的，TCP用户从原有虚拟机迁移到新虚拟机的过程。

61)合法用户向核心网设备发起注册请求。。

62)注册完成，用户所属的TCP连接会被建立在某台核心网虚拟机设备上。该设备此时将TCP信息同步至系统数据库。系统数据库模块在本发明架构中的位置，同样可参见附图3。

63)所有用户完成注册，系统趋于稳定后，管理员开始发现最初对负荷的预计不足，所有虚拟机都开始呈现明显的超负荷趋势，因此决定弹出部分新的虚拟机，以减轻当前已有各台虚拟机的负担。原先属于老虚拟A,B,......等多台虚拟机的用户各被抽出一部分转移到新弹出的虚拟机a,b,......上。该过程参见附图6。

64)对于被分配到新虚拟机上的用户，原有老虚拟机上的相关数据区及TCP连接被通过本发明中的“静默释放API”分批释放(不与外界产生任何交互)，以达到降低系统负荷的效果。

65)分配到新虚拟机a上的某用户被核心网发起在线检测，而a发现此时该用户没有对应的可用TCP连接，因此调用本发明提供的API主动恢复一个TCP连接。注意，该过程不同于典型的新链接创建过程，不发送(也不能发送)SYN建链报文，因为对方的连接还在。取而代之的启动某种探测机制，同时启动重传定时器。

66)一旦探测成功，就可以用接收到的探测响应恢复连接上的各种参数，同时完成报文的发送。至此，新虚拟机a成功接管了原先属于老虚拟机A的用户及其TCP连接，整个通信可以继续。本步骤流程参见附图7。

本发明实施例适用于对安全性和可靠性要求较高大容量TCP设备。特别是当用户终端通过TCP连接方式接入服务端或核心网时，可显著提高TCP连接在所在原有设备失效(无论是主备切换、弹缩或其他原因)后的业务接续成功率。

本发明实施例提出的一种大容量设备支持TCP动态迁移的方法、装置、设备和存储介质，1)需要同步的数据量很少，显著减少了系统的常规运行开销。2)“按需触发”的方式，有效避免了多数同步方案在“主备角色抖动”场景下的不确定性，同时也能起到进一步平滑系统的负荷的作用。3)“主动恢复TCP”socketAPI扩充。该API能够有效解决TCP连接发生迁移后，却又在收到对端数据之前，本端上层需要先行发送数据的需求。4)“静默释放TCP”socket API扩充。传统的TCP资源释放API往往需要发送FIN或RST这些报文来实现，这既会增加本端开销，又会导致同时关闭对端的连接。而本发明的新API能够在无需任何外部动作的情况下实现TCP资源的静默释放，既做到了让对端完全不感知迁移的发生，又进一步有效节省了报文收发的开销。5)本发明不局限于传统的“一主一备”方式，可以实现“多对多互备”。6)经实际证明，本发明还可以结合IPsec等安全协议使用(即支持但不依赖和局限于此)，具有非常好可扩展性。

本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统、设备中的功能模块/单元可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。

在硬件实施方式中，在以上描述中提及的功能模块/单元之间的划分不一定对应于物理组件的划分；例如，一个物理组件可以具有多个功能，或者一个功能或步骤可以由若干物理组件合作执行。某些物理组件或所有物理组件可以被实施为由处理器，如中央处理器、数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。

以上参照附图说明了本发明的优选实施例，并非因此局限本发明的权利范围。本领域技术人员不脱离本发明的范围和实质内所作的任何修改、等同替换和改进，均应在本发明的权利范围之内。

Claims (10)

1.一种大容量设备支持TCP动态迁移的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

当用户终端从原有TCP连接的虚拟机迁移到其他虚拟机期间，触发从数据库下载IPSecSA操作；

利用所述从数据库下载的IPSec SA进行TCP连接的恢复和创建，以便实现用户数据的无缝接续；

其中，所述TCP是指传输控制协议；所述IPSec是指网络协议安全；所述SA是指安全偶联。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述当用户终端从原有TCP连接的虚拟机迁移到其他虚拟机期间，触发从数据库下载IPSec SA操作包括：

通过对核心网设备内的各台虚拟机的负荷状态进行检测，确定是否需要进行缩容虚拟机操作；

当确定需要进行缩容虚拟机操作时，TCP连接处于被缩容虚拟机的用户终端向所述核心网设备发送迁移请求；

所述核心网设备根据所述迁移请求，将所述用户终端的TCP报文分发到未被缩容的虚拟机上，同时触发所述未被缩容的虚拟机从数据库下载IPSec SA操作。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述利用所述从数据库下载的IPSec SA进行TCP连接的恢复和创建，以便实现用户数据的无缝接续包括：

未被缩容的虚拟机从数据库下载IPSec SA后，对所述IPSec SA进行验证；

未被缩容的虚拟机在所述IPSec SA验证通过后，使用所述IPSec SA进行TCP连接的恢复和创建，以便实现用户数据的无缝接续。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述当用户终端从原有TCP连接的虚拟机迁移到其他虚拟机期间，触发从数据库下载IPSec SA操作包括：

通过对核心网设备内的各台虚拟机的负荷状态进行检测，确定是否需要进行扩容虚拟机操作；

当确定需要进行扩容虚拟机操作时，所述核心网设备通过向被分配到新虚拟机上的用户终端发起在线检测，为所述用户终端创建TCP连接；

所述核心网设备在为所述用户终端创建TCP连接后，触发新虚拟机从数据库下载IPSecSA操作。

5.根据权利要求1-4任一所述的方法，其特征在于，还包括：

用户终端向所述核心网设备注册时，将所述IPSec SA保存到数据库中。

6.一种大容量设备支持TCP动态迁移的装置，其特征在于，包括：

下载模块，用于当用户终端从原有TCP连接的虚拟机迁移到其他虚拟机期间，触发从数据库下载IPSec SA操作；

恢复连接模块，用于利用所述从数据库下载的IPSec SA进行TCP连接的恢复和创建，以便实现用户数据的无缝接续；

其中，所述TCP是指传输控制协议；所述IPSec是指网络协议安全；所述SA是指安全偶联。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述下载模块包括：

第一下载单元，用于通过对核心网设备内的各台虚拟机的负荷状态进行检测，确定是否需要进行缩容虚拟机操作，当确定需要进行缩容虚拟机操作时，TCP连接处于被缩容虚拟机的用户终端向所述核心网设备发送迁移请求，以及根据所述迁移请求，将所述用户终端的TCP报文分发到未被缩容的虚拟机上，同时触发所述未被缩容的虚拟机从数据库下载IPSec SA操作。

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述下载模块包括：

第二下载单元，用于通过对核心网设备内的各台虚拟机的负荷状态进行检测，确定是否需要进行扩容虚拟机操作，当确定需要进行扩容虚拟机操作时，所述核心网设备通过向被分配到新虚拟机上的用户终端发起在线检测，为所述用户终端创建TCP连接，以及所述核心网设备在为所述用户终端创建TCP连接后，触发新虚拟机从数据库下载IPSec SA操作。

9.一种大容量设备支持TCP动态迁移的设备，其特征在于，所述设备包括存储器、处理器、存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的程序以及用于实现所述处理器和所述存储器之间的连接通信的数据总线，所述程序被所述处理器执行时实现如权利要求1-5任一项所述的大容量设备支持TCP动态迁移的方法的步骤。

10.一种存储介质，用于计算机可读存储，其特征在于，所述存储介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现权利要求1至5中任一项所述的大容量设备支持TCP动态迁移的方法的步骤。

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