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服务器负载均衡实战攻略
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2010-01-15
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Internet的规模每一百天就会增长一倍,客户希望获得7天24小时的不间断可用性及较快的系统反应时间,而不愿屡次看到某个站点“Server Too Busy” 及频繁的系统故障。 于是,负载均衡机制应运而生。
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Internet 的规模每一百天就会增长一倍,客户希望获得 7 天 24 小时的不间断可用性
及较快的系统反应时间,而不愿屡次看到某个站点“Server Too Busy”
及频繁的系统故障。
网络的各个核心部分随着业务量的提高、访问量和数据流量的快速增长,其处理
能力和计算强度也相应增大,使得单一设备 根本无法承担。在此情况下,如果扔掉现有设
备去做大量的硬件升级,这样将造成现有资源的浪费,而且如果再面临下一次业务量的提
升,这又将导致再一次硬件升 级的高额成本投入,甚至性能再卓越的设备也不能满足当前
业务量的需求。于是,负载均衡机制应运而生。
负载均衡(Load Balance)建立在现有网络结构之上,它提供了一种廉价有效透
明的方法扩展网络设备和服务器的带宽、增加吞吐量、加强网络数据处理能力、提高网络
的灵活性和可用性。
负载均衡有两方面的含义:首先,大量的并发访问或数据流量分担到多台节点设
备上分别处理,减少用户等待响应的时间;其次,单个重负载的运算分担到多台节点设备
上做并行处理,每个节点设备处理结束后,将结果汇总,返回给用户,系统处理能力得到
大幅度提高。
本文所要介绍的负载均衡技术主要是指在均衡服务器群中所有服务器和应用程序
之间流量负载的应用,目前负载均衡技术大多数是用于提高诸如在 Web 服务器、FTP 服务
器和其它关键任务服务器上的 Internet 服务器程序的可用性和可伸缩性。
负载均衡技术分类
目前有许多不同的负载均衡技术用以满足不同的应用需求,下面从负载均衡所采
用的设备对象、应用的网络层次(指 OSI 参考模型)及应用的地理结构等来分类。
软/硬件负载均衡
软件负载均衡解决方案是指在一台或多台服务器相应的操作系统上安装一个或多
个附加软件来实现负载均衡,如 DNS Load Balance,CheckPoint Firewall-1
ConnectControl 等,它的优点是基于特定环境,配置简单,使用灵活,成本低廉,可以满
足一般的负载均衡需求。
软件解决方案缺点也较多,因为每台服务器上安装额外的软件运行会消耗系统不
定量的资源,越是功能强大的模块,消耗得 越多,所以当连接请求特别大的时候,软件本
身会成为服务器工作成败的一个关键;软件可扩展性并不是很好,受到操作系统的限制;
由于操作系统本身的 Bug, 往往会引起安全问题。
硬件负载均衡解决方案是直接在服务器和外部网络间安装负载均衡设备,这种设
备我们通常称之为负载均衡器,由于专门的设备完成专门的任务,独立于操作系统,整体
性能得到大量提高,加上多样化的负载均衡策略,智能化的流量管理,可达到最佳的负载
均衡需求。
负载均衡器有多种多样的形式,除了作为独立意义上的负载均衡器外,有些负载
均衡器集成在交换设备中,置于服务器与 Internet 链接之间,有些则以两块网络适配器将
这一功能集成到 PC
中,一块连接到 Internet 上,一块连接到后端服务器群的内部网络
上。
一般而言,硬件负载均衡在功能、性能上优于软件方式,不过成本昂贵。I
本地/全局负载均衡
负载均衡从其应用的地理结构上分为本地负载均衡(Local Load Balance)和全局负
载均衡(Global Load Balance,也叫地域负载均衡),本地负载均衡是指对本地的服务器群
做负载均衡,全局负载均衡是指对分别放置在不同的地理位置、有不同网络结构的服务 器
群间作负载均衡。
本地负载均衡能有效地解决数据流量过大、网络负荷过重的问题,并且不需花费
昂贵开支购置性能卓越的服务器,充分利用 现有设备,避免服务器单点故障造成数据流量
的损失。其有灵活多样的均衡策略把数据流量合理地分配给服务器群内的服务器共同负
担。即使是再给现有服务器扩充 升级,也只是简单地增加一个新的服务器到服务群中,而
不需改变现有网络结构、停止现有的服务。
全局负载均衡主要用于在一个多区域拥有自己服务器的站点,为了使全球用户只
以一个 IP 地址或域名就能访问到离自己最近的服务器,从而获得最快的访问速度,也可用
于子公司分散站点分布广的大公司通过 Intranet(企业内部互联网)来达到资源统一合理
分配的目的。
全局负载均衡有以下的特点:
1. 实现地理位置无关性,能够远距离为用户提供完全的透明服务。
2. 除了能避免服务器、数据中心等的单点失效,也能避免由于 ISP 专线故障引起的单
点失效。
3. 解决网络拥塞问题,提高服务器响应速度,服务就近提供,达到更好的访问质量。
网络层次上的负载均衡
针对网络上负载过重的不同瓶颈所在,从网络的不同层次入手,我们可以采用相
应的负载均衡技术来解决现有问题。
随着带宽增加,数据流量不断增大,网络核心部分的数据接口将面临瓶颈问题,
原有的单一线路将很难满足需求,而且线路的升级又过于昂贵甚至难以实现,这时就可以
考虑采用链路聚合(Trunking)技术。
链路聚合技术(第二层负载均衡)将多条物理链路当作一条单一的聚合逻辑链路
使用,网络数据流量由聚合逻辑链路中所有物理链路共同承担,由此在逻辑上增大了链路
的容量,使其能满足带宽增加的需求。
现代负载均衡技术通常操作于网络的第四层或第七层。第四层负载均衡将一个
Internet 上合法注册的 IP 地址映射为多个内部服务器的 IP 地 址,对每次 TCP 连接请求动
态使用其中一个内部 IP 地址,达到负载均衡的目的。在第四层交换机中,此种均衡技术得
到广泛的应用,一个目标地址是服务器群 VIP(虚拟 IP,Virtual IP address)连接请求的
数据包流经交换机,交换机根据源端和目的 IP 地址、TCP 或 UDP 端口号和一定的负载均
衡策略,在服务器 IP 和 VIP 间进行映 射,选取服务器群中最好的服务器来处理连接请
求。
第七层负载均衡控制应用层服务的内容,提供了一种对访问流量的高层控制方
式,适合对 HTTP 服务器群的应用。第七层负载均衡技术通过检查流经的 HTTP 报头,根
据报头内的信息来执行负载均衡任务。
第七层负载均衡优点表现在如下几个方面:
1. 通过对 HTTP 报头的检查,可以检测出 HTTP400、500 和 600 系列的错误信息,
因而能透明地将连接请求重新定向到另一台服务器,避免应用层故障。
2. 可根据流经的数据类型(如判断数据包是图像文件、压缩文件或多媒体文件格式
等),把数据流量引向相应内容的服务器来处理,增加系统性能。
3. 能根据连接请求的类型,如是普通文本、图象等静态文档请求,还是 asp、cgi 等
的动态文档请求,把相应的请求引向相应的服务器来处理,提高系统的性能及安全
性。
第七层负载均衡受到其所支持的协议限制(一般只有 HTTP),这样就限制了它
应用的广泛性,并且检查 HTTP 报头会占用大量的系统资源,势必会影响到系统的性能,
在大量连接请求的情况下,负载均衡设备自身容易成为网络整体性能的瓶颈。
负载均衡策略
在实际应用中,我们可能不想仅仅是把客户端的服务请求平均地分配给内部服务
器,而不管服务器是否宕机。而是想使 Pentium III 服务器比 Pentium II 能接受更多的服务
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