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负载均衡的高可用DHCP服务的探索及实践

2020-12-11阅读(674)

负载均衡的高可用DHCP服务的探索及实践

论文摘要

由于可以方便的管理IP地址,动态的为网络中的客户端分配地址,从而方便的进行网络配置,DHCP服务成为网络基础性服务,在现代网络体系架构中被广泛采用。为了防止DHCP服务器的单点故障造成整个DHCP服务不可用,我们必须提高DHCP服务的可用性,即增加DHCP服务器的冗余度,如何提高DHCP服务的可用性这一课题在学术界和业界都有相应的研究。在学术界,IETF组织提出了一个规范DHCP服务器间进行协同工作和失效备援的协议--DHCP FAILOVER协议草案,该协议规范了服务器行为及服务器间通信。本文在简要介绍了DHCP协议之后,详细介绍了DHCP FAILOVER协议是如何通过热备份和主从替换的方式来提高DHCP可用性的,同时,也描述了DHCP FAILOVER协议的现状,指出了其没有成为大家公认的标准的原因和不足之处。在业界,各个厂商根据具体网络部署分别设计了自己的高可用DHCP的解决方案。本文对这些不同的解决方案进行总结和分析,指出了各自的应用场景和优缺点,这也是本文对高可用DHCP的研究作出的一点贡献。本文通过对DHCP FAILOVER协议的深入研究以及对业界各个厂商的高可用DHCP的研究,分析和总结其优缺点,提出了一种新的基于高水位线的高可用DHCP解决方案-HWM-DHCP解决方案。该解决方案通过提高IP地址的利用率,提高DHCP服务器的稳定性,以及提高DHCP服务的容灾恢复能力,从而提高了DHCP服务器的可用性。HWM-DHCP解决方案分为两部分,分别是DHCP服务器端的HWM算法以及DHCP中继代理端的负载均衡算法,HWM算法由服务器间的地址池分配算法,以及服务器的地址分配算法组成。本文对HWM-DHCP解决方案的设计进行了详尽的描述,同时在LINUX系统中实现了该解决方案的原型。通过对HWM-DHCP解决方案与其他解决方案的比较,以及对实现原型的测试,给出了该解决方案的评估意见及研究结论。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 绪论
  • 1.1 高可用DHCP研究相关背景
  • 1.2 课题来源和意义
  • 1.3 论文的主要工作和内容安排
  • 1.4 本章小结
  • 第二章 DHCP协议与业界高可用DHCP解决方案
  • 2.1 DHCP协议简介
  • 2.2 DHCP消息及数据包格式
  • 2.3 DHCP协议工作原理
  • 2.4 DHCP服务器冗余方法
  • 2.5 各厂商DHCP服务解决方案
  • 2.5.1 思科解决方案
  • 2.5.2 阿尔卡特-朗讯解决方案
  • 2.5.3 Incognito解决方案
  • 2.5.4 BT解决方案
  • 2.5.5 Windows集群解决方案
  • 2.6 本章小结
  • 第三章 DHCP FAILOVER协议
  • 3.1 DHCP FAILOVER协议简介
  • 3.2 DHCP FAILOVER数据包格式
  • 3.2.1 数据包消息头格式
  • 3.2.2 通用选项格式
  • 3.3 DHCPFAILOVER协议消息
  • 3.3.1 数据库中地址绑定信息更新的通信
  • 3.3.2 可用IP地址池的管理
  • 3.3.3 主从服务器通信中断恢复后,绑定信息数据库的同步
  • 3.3.4 服务器间连接建立
  • 3.3.5 服务器状态同步
  • 3.3.6 服务器间连通性探测
  • 3.4 DHCP FAILOVER协议服务器端状态转换及行为
  • 3.4.1 STARTUP状态
  • 3.4.2 PARTNER-DOWN状态
  • 3.4.3 RECOVER状态
  • 3.4.4 RECOVER-WAIT状态
  • 3.4.5 RECOVER-DONE状态
  • 3.4.6 NORMAL状态
  • 3.4.7 COMMUNICATIONS-INTERRUPTED状态
  • 3.4.8 POTENTIAL-CONFLICT状态
  • 3.4.9 RESOLUTIPON-INTERRUPTED状态
  • 3.4.10 CONFLICT-DONE状态
  • 3.4.11 PAUSED状态
  • 3.4.12 SHUTDOWN状态
  • 3.5 DHCP FAILOVER协议的现状
  • 3.6 本章小结
  • 第四章 HWM-DHCP解决方案设计与原型实现
  • 4.1 课题研究的关键假设
  • 4.2 HWM算法中的地址池分配算法
  • 4.2.1 DHCP FAILOVER协议地址池分配算法总结
  • 4.2.2 HWM中的地址池分配算法
  • 4.3 HWM算法中的地址分配算法
  • 4.4 服务器在不同状态下的行为
  • 4.4.1 NORMAL状态下的服务器行为
  • 4.4.2 COMMUNICATIONS-INTERRUPTED状态下的服务器行为
  • 4.4.3 PARTNER-DOWN状态下的服务器行为
  • 4.5 负载均衡算法的应用
  • 4.5.1 负载均衡算法简介
  • 4.5.2 负载均衡算法的应用
  • 4.6 解决方案的原型实现
  • 4.6.1 开发环境
  • 4.6.2 解决方案的总体设计
  • 4.6.3 解决方案的各模块实现
  • 4.7 解决方案的评估
  • 4.7.1 HWM-DHCP解决方案与FAILOVER协议,以及与业界解决方案的比较
  • 4.7.2 HWM-DHCP解决方案的原型测试
  • 4.7.3 HWM-DHCP解决方案的研究结论
  • 4.8 本章小结
  • 第五章 论文总结及展望
  • 5.1 主要内容和创新点
  • 5.2 展望及后续工作
  • 5.3 结语
  • 参考文献
  • 致谢
  • 攻读学位期间发表的学术论文

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