電子通信系統中的分流控制器設計與實現分析

胡繼志

摘要：文章設計了一個基于動態哈希算法的分流控制器，利用Telnet組件，完成路由器的遠程部署后，再通過SNMP組件及時獲取各路由器流量數據，并管理當前的變量，通過TFTP服務器將命令文件反饋到各路由器中，從而實現路由器接口的流量均衡。由動態更新和均衡模塊、預處理模塊和均衡分流控制模塊進行分流控制，并利用動態哈希算法，均衡系統流量，獲得均衡負載量最優解。

關鍵詞：電子通信系統；分流控制器；設計；實現

云計算等現代電子技術的發展，使軟件分流成為一種更為有效的方法，采用分流控制器控制電子通信系統中各路由器先完成自分流，再在自分流的情況下分流并處理IP報文數據，確保系統負載能夠始終處于均衡狀態。當前使用的分流系統處理方法主要有輪轉法、最小連接法、最低缺失法的均衡部件、融合加權法與輪轉法相結合等方法構建分流控制系統，但這些方法都有不同程度的局限性，分流效率也較低。采用動態哈希算法架構一個電子通信系統分流控制器，能夠計算出負載均衡的最優解[1]。

1 電子通信系統分流控制器的設計與實現

1.1 系統總體架構

該分流控制器軟件調控基于動態哈希算法實現，并對分流控制器進行檢測與管理，有負載分流行為出現時，可利用動態哈希算法采取分流，驅動各個路由器于自身分流狀態下對IP報文進行分流，進而實現負載均衡化。該分流系統采用Eelnet組件，完成遠距離登錄并對路由器進行配置，利用簡單網絡管理協議（Simple Network Management Protocol，SNMP）組件對路由器中的全部流組與接口中出現的流量進行采集，根據采集結果調控本地的變量，接著根據變量調控所有接口流組，簡單文件傳送協議（Trivial File Trasfer Protocol，TFTP）服務器則會將這個命令文件反饋到路由器中，路由器就會在命令文件的調配下確保全部接口能夠均衡數據輸出流量，進而使全部路由器接口都能在IP報文數據的輸出流量上實現均衡化，確保整個電子通信系統能夠均衡負載[2]。

1.2 分流控制器功能模塊

1.2.1 動態更新和均衡模塊

分流控制系統需要完成各個流組以及接口流量的實時采集，結合流量大小進行由大到小的排序，各接口對其對應的某條數據隊列進行修復，并將流組信息暫時儲存到節點中，再對流纟且信息進行策略分流，這一模塊的運行包含3個步驟：

（1）采集流量。該分流系統會先對SNMP客戶端模塊的需求進行分析，并向路由器反饋SNMP中出現的GET申請，同時完成對接口流量、接口流組中的流量進行實時采集，確保所有接口都能夠有效完成對對應流組隊列的修護任務，同時還需要調整本地流組隊列的全部節點，基于流量大小，將接口流量由大到小進行排列，從而保證之后能夠按照分流策略完成分流。（2）分流策略的計算。分流方案的運算基于動態哈希算法，并計算各接口中的平均流量，再計算全部接口與平均流量的差值，根據這一差值完成有序分列，當接口差值大于0時，需要對這個接口流組設計新規劃，根據差值由大到小重新劃分該接口流組，將流量最大與最小的兩個接口流組相銜接，具體銜接流組則由差值和全部接口流組大小決定。在完成這些計算與劃分后，即整理并完善了路由器設置工作，將這一設置記錄到相關的文檔中，保證之后的調配能夠有客觀的依據。（3）流量配置文件。根據流量數據制定分流策略，將策略分流設置信息儲存到對應的文檔中，最后將這一文檔發送至各路由器即可完成文件配置工作[3]。

1.2.2 預處理模塊

部分用戶會有特定要求，分流控制器需要先對這些特定要求進行處理，可通過對相應路由器的IP報文數據先作預處理，及時發送有用信息，并將無用信息全部刪除，之后再通過動態哈希算法均衡分流全部IP報文數據。用戶有獨立調試IP報文時，可將源端口或目標端口與用戶端口一致的IP報文先向處理機反饋后，再實施有效操作，而其他處理機則不能均勻讀取到這些報文。只有先完成對部分用戶特定要求或自定義路由器流量方案的預處理與運行，才能對其他全部的接口流組采取均衡負載運算與配置[4]。

1.2.3 均衡分流控制模塊

分流系統會對路由器進行操作，從而均衡控制電子通信系統分流工作。（1）新建路由器。一個用戶首次通過一個路由器的時候，首先構建一個新路由器并不斷調試置好該路由器的地址、網絡類型、登錄密碼等參數，直至分流系統與路由器的其他參數能夠融合后，開始建立原始參數，在統計路由器接口對應的IP地址、掩碼等各項參數后，用戶可自行決定使用哪類型的接口，分流系統會根據動態哈希算法對均衡分流進行運算與設計，并根據運算結果調控路由器初始化所需的流量。（2）啟動初始化的路由器。如果用戶只有一個路由器配置文檔時，可以根據這個文檔，設置相應的條件與路由器完成關聯，確保該路由器配置文檔能夠有效獲取到路由器接口對應的IP地址、掩碼等參數，再分析接口類型，并提取后續啟動的路由器所對應的各IP地址，生成地址列表，完成初始化工作后，再利用動態哈希算法對路由器流量進行均衡操作。（3）獲取設備狀況。分流控制器能夠根據用戶建立路由器的時間間隔實時采集路由器的運行情況與各類數據，路由器接口流量調控結果則可以動態化的典型形式呈現出來，接口出現錯誤時，可采取相關操作進行糾正。（4）動態均衡。分流控制器實時采集到路由器接口的全部流量信息后，就要利用動態哈希算法計算并調控流量，確保路由器接口流量能夠符合每個用戶的要求，當某分流策略不符合用戶要求時，可繼續通過動態哈希算法運算，直至調控結果完全均衡化。（5）分流系統總線結構。分流系統總線主要由一條總線、通信控制器、收發器及高速光電藕合器等組成[5]。

2 利用動態哈希算法設計路由器流量均衡分流策略

動態哈希算法可利用兩階段哈希算法完成系統負載分流的均衡設置。首次計算時可根據哈希函數分割全部IP為不同流組，各流組均有對應的標識Uione；第二次運算時，可以將二次動態哈希函數的輸入值設置為Uione，并計算該函數的結果，結果與路由器的輸出接口相對應即可。之后再分析輸出接口可能發生的流量，并調控動態哈希函數，能夠保證將高流量接口流組中的流量調控至低流量接口中，以實現輸出接口流量負載的動態化均衡工作。這一均衡過程包括以下步驟：（1）哈希分組。哈希分組輸入參數設置為路由器IP報文中包含的CRC-32，可保證分組后的各個流組流量具有高度一致性，從而提高負載分流效果的均衡性。（2）調控并更新流量，完成接口流組的調整工作。各個流組都會對應一個已經設置好的變量，用以儲存當前流組所發生的流量，每次的流量調控工作完成后，均需調整這一變量值，根據各個流組發生的流量，對流組與接口之間的相對應關系，以確保每一個接口發生的流量都能夠實現最大限度的均衡化。（3）設計動態調控策略。以最先適應算法為基礎，分析各個路由器接口之間的流量差值，并以此作為路由器各流組可發生流量的調控依據。最先適應算法的理論是依次采集可供調控的流組，同時對流組流量進行調控，以此確保采集到的流組所對應的接口發生的流量大小和變換流組對應接口的流量大小能夠一致，最后再調整所有變換接口流組可承擔的動態流量[6]。

3 分流控制代碼

通過樹型代碼方式描述這一分流控制器的全部部件運行方式。從防火墻節點與策略路由構造代碼規范，有效分割源目的端口的IP地址、源目的商品區域以及IP地址的反掩碼參數，即可完成策略路由規范所需案例的構建。其中的關鍵代碼主要是對路由器中的策略路由部件進行控制。

路由項目以及路由案例對應的節點可用于設置路由項目、源目的IP報文活動、下一跳路由器對應的IP地址，再設置好airline，完成二次篩選。

以接口節點為依據，對接口IP地址及相應篩選規范進行配置，再提取接口獲取到的IP報文，并以此為依據設置好篩選規范對應的策略路由。

4 結語

電子通信系統分流控制器要實現負載均衡，需不斷優化分流算法，本文設計了一個基于哈希動態算法的分流控制器，設計了該分流系統的硬件系統、軟件系統及關鍵代碼，利用Telnet組件，完成路由器的遠程部署后，再通過SNMP組件及時獲取各路由器流量數據，并管理當前的變量，通過TFTP服務器將命令文件反饋到各路由器中，從而實現路由器接口的流量均衡。由動態更新和均衡模塊、預處理模塊和均衡分流控制模塊進行分流控制，并利用動態哈希算法，均衡系統流量，使均衡負載實現最優化。

[參考文獻]

[1]吳艷玲.電子通信系統中的分流控制器設計與實現[J].現代電子技術，2016（12）：110-113.

[2]程燁.電子通信系統中的分流控制器設計與實現[J].現代工業經濟和信息化，2017（1）：59-60.

[3]勒加雷.嵌入式協議棧pC/TCP-IP：基于STM32微控制器[M].鄺堅，譯.北京：北京航空航天大學出版社，2013.

[4]任政，楊博，曹萌.基于數據包分割的多網絡鏈路分流系統及方法[J].數字通信世界，2017（1）：1-5.

[5]戎臻.分流控制管理系統的設計與實現[D].南京：南京大學，2008.

[6]劉延華，陳國龍，黃巧云.基于Hash技術的IP數據包動態分流器的研究[J].福州大學學報，2009（5）：646-651.