负载均衡技术全攻略.docx

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1、负载均衡技术全攻略（上）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

2、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

3、伸缩性。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 实现负我均衡，如DNS Load Balance. Checkpoint Firewall-1 ConnectContro!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

4、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

5、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。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(iQcal 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苴、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，避免版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

6、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个多区域拥有自己服务器的站点，为了使全球用户只以个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Iniranet (企业内部互联网)来达到资源统合理分配的目的。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

7、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显贵甚至难以实现，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

8、。第四层负载均衡将一个Iniernel上合法注 册的1P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，个目标地址是服务器群 V1P (虚拟IP, Virtual IPaddress)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

9、经的HTTP报头，根据报头内的信息来执行负载均 衡任务。第七层负毂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),

10、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， 负我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能接受更多的服务请求，一台处理服务请求较 少的服务器能分配到更多的服务请求，出现故障的服务牌将不再接受服务请求直至故障恢复等等。选择合适的负载均衡策略，使多个设备能很好的共同完成任务，消除或避免现有网络负载分布不 均、数据流量拥挤反应时间长的瓶颈。在各负载均衡方式中

11、，针对不同的应用需求，在OSI参考模型 的第二、三、四、七层的负载均衡都有相应的负载均衡策略。负载均衡策略的优劣及其实现的难易程度有两个关键因素：一、负载均衡算法，二、对网络系统 状况的检测方式和能力。考虑到服务请求的不同类型、服务器的不同处理能力以及随机选择造成的负载分配不均匀等问 题，为了更加合理的把负载分配给内部的多个服务器，就需要应用相应的能够正确反映各个服务器处 理能力及网络状态的负载均衡算法：1 .轮循均衡(Round Robin)：每一次来自网络的请求轮流分配给内部中的服 务器，从1至N然后重新开始。此种均衡算法适合于服务器组中的所有服 务器都有相同的软硬件配置并且平均服务请求相

12、对均衡的情况。2 .权重轮循均衡(Weighled Round Robin)：根据服务器的不同处理能力，给 每个服务器分配不同的权值，使其能够接受相应权值数的服务请求。例如： 服务器A的权值被设计成1, B的权值是3, C的权值是6,则服务器A、B、 C将分别接受到10%、30%、60%的服务请求。此种均衡算法能确保高性能的服务器得到更多的使用率，避免低性能的服务器负载过重。3 .随机均衡（Random）：把来自网络的请求随机分配给内部中的多个服务器。4 .权重随机均衡（Weighted Random）：此种均衡算法类似于权重轮循算法， 不过在处理请求分担时是个随机选择的过程。5 .响应速度均

13、衡（Response Time）：负载均衡设备对内部各服务器发出一个 探测请求（例如Ping）,然后根据内部中各服务器对探测请求的最快响应时 间来决定哪一台服务器来响应客户端的服务请求。此种均衡算法能较好的反 映服务器的当前运行状态，但这最快响应时间仅仅指的是负载均衡设备与服 务器间的最快响应时间，而不是客户端与服务器间的最快响应时间。6 .最少连接数均衡（LeastConnection）：客户端的每一次请求服务在服务器停 留的时间可能会有较大的差异，随着工作时间加长，如果采用简单的轮循或 随机均衡算法，每一台服务器上的连接进程可能会产生极大的不同，并没有 达到真正的负载均衡。最少连接数均衡算

14、法对内部中需负载的每一台服务器 都有个数据记录，记录当前该服务器正在处理的连接数量，当有新的服务 连接请求时，将把当前请求分配给连接数最少的服务器，使均衡更加符合实 际情况，负载更加均衡。此种均衡算法适合长时处理的请求服务，如FTP。7 .处理能力均衡：此种均衡算法将把服务请求分配给内部中处理负荷（根据服 务器CPU型号、CPU数量、内存大小及当前连接数等换算而成）最轻的服 务器，由于考虑到了内部服务器的处理能力及当前网络运行状况，所以此种 均衡算法相对来说更加精确，尤其适合运用到第七层（应用层）负载均衡的 情况下。8 . DNS响应均衡（Flash DNS）：在Internet匕 无论是HT

15、TP、FTP或是其它 的服务请求，客户端一般都是通过域名解析来找到服务器确切的IP地址的。 在此均衡算法下，分处在不同地理位置的负载均衡设备收到同一个客户端的 域名解析请求，并在同一时间内把此域名解析成各自相对应服务器的IP地 址（即与此负载均衡设备在同一位地理位置的服务器的IP地址）并返回给 客户端，则客户端将以最先收到的域名解析IP地址来继续请求服务，而忽 略其它的IP地址响应。在种均衡策略适合应用在全局负载均衡的情况下， 对本地负载均衡是没有意义的。尽管有多种的负载均衡算法可以较好的把数据流量分配给服务器去负载，但如果负载均衡策略没有对 网络系统状况的检测方式和能力，一旦在某台服务器或某

16、段负我均衡设备与服务器网络间出现故障的 情况下，负载均衡设备依然把部分数据流量引向那台服务器，这势必造成大量的服务请求被丢失， 达不到不间断nJ用性的要求。所以良好的负载均衡策略应有对网络故障、服务器系统故障、应用服务 故障的检测方式和能力：1. Ping侦测：通过ping的方式检测服务器及网络系统状况，此种方式简单快 速，但只能大致检测出网络及服务器上的操作系统是否正常，对服务器上的 应用服务检测就无能为力了。2. TCP Open侦测：每个服务都会开放某个通过TCP连接，检测服务器上某个 TCP端口（如Telnet的23 口，HTTP的80 口等）是否开放来判断服务是否 正常。3. HTT

17、P URL侦测：比如向HTTP服务器发出一个对main.html文件的访问请 求，如果收到错误信息，则认为服务器出现故障。负载均衡策略的优劣除受上面所讲的两个因素影响外，在有些应用情况下，我们需要将来自同一 客户端的所有请求都分配给同一台服务器去负担，例如服务器将客户端注册、购物等服务请求信息保 存的本地数据库的情况下，把客户端的子请求分配给同一台服务器来处理就显的至关重要了。有两种 方式可以解决此问题，一是根据IP地址把来自同一客户端的多次请求分配给同一台服务器处理，客户 端IP地址与服务器的对应信息是保存在负载均衡设备上的；二是在客户端浏览器cookie内做独一无 二的标识来把多次请求分配给同一台服务器处理，适合通过代理服务器上网的客户端。还有一种路径外返回模式030凯11笈11）,当客户端连接请求发送给负载均衡设备的时候， 中心负载均衡设备将请求引向某个服务器，服务器的回应请求不再返回给中心负载均衡设备，即绕过 流量分配器，直接返回给客户端，因此中心负载均衡设备只负责接受并转发请求，其网络负担就减少 了很多，并且给客户端提供了更快的响应时间。此种模式一般用于HTTP服务器群，在各服务器上要 安装一块虚拟网络适配器，并将其IP地址设为服务器群的VIP,这样才能在服务器宜接回应客户端请 求时顺利的达成三次握手。