負(fù)載均衡技術(shù)攻略

1、Internet的規(guī)模每一百天就會(huì)增長(zhǎng)一倍，客戶希望獲得7天24小時(shí)的不間斷可用性及較快的系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間，而不愿屢次看到某個(gè)站點(diǎn)“Server Too Busy”及頻繁的系統(tǒng)故障。網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)核心部分隨著業(yè)務(wù)量的提高、訪問(wèn)量和數(shù)據(jù)流量的快速增長(zhǎng)，其處理能力和計(jì)算強(qiáng)度也相應(yīng)增大，使得單一設(shè)備根本無(wú)法承擔(dān)。在此情況下，如果扔掉現(xiàn)有設(shè)備去做大量的硬件升級(jí)，這樣將造成現(xiàn)有資源的浪費(fèi)，而且如果再面臨下一次業(yè)務(wù)量的提升，這又將導(dǎo)致再一次硬件升級(jí)的高額成本投入，甚至性能再卓越的設(shè)備也不能滿足當(dāng)前業(yè)務(wù)量的需求。于是，負(fù)載均衡機(jī)制應(yīng)運(yùn)而生。負(fù)載均衡（Load Balance）建立在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)之上，它提供了一種廉價(jià)

2、有效透明的方法擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和服務(wù)器的帶寬、增加吞吐量、加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理能力、提高網(wǎng)絡(luò)的靈活性和可用性。負(fù)載均衡有兩方面的含義：首先，大量的并發(fā)訪問(wèn)或數(shù)據(jù)流量分擔(dān)到多臺(tái)節(jié)點(diǎn)設(shè)備上分別處理，減少用戶等待響應(yīng)的時(shí)間；其次，單個(gè)重負(fù)載的運(yùn)算分擔(dān)到多臺(tái)節(jié)點(diǎn)設(shè)備上做并行處理，每個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)備處理結(jié)束后，將結(jié)果匯總，返回給用戶，系統(tǒng)處理能力得到大幅度提高。本文所要介紹的負(fù)載均衡技術(shù)主要是指在均衡服務(wù)器群中所有服務(wù)器和應(yīng)用程序之間流量負(fù)載的應(yīng)用，目前負(fù)載均衡技術(shù)大多數(shù)是用于提高諸如在Web服務(wù)器、FTP服務(wù)器和其它關(guān)鍵任務(wù)服務(wù)器上的Internet服務(wù)器程序的可用性和可伸縮性。 負(fù)載均衡技術(shù)分類目前有許多不同的負(fù)

3、載均衡技術(shù)用以滿足不同的應(yīng)用需求，下面從負(fù)載均衡所采用的設(shè)備對(duì)象、應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)層次（指OSI參考模型）及應(yīng)用的地理結(jié)構(gòu)等來(lái)分類。軟/硬件負(fù)載均衡 軟件負(fù)載均衡解決方案是指在一臺(tái)或多臺(tái)服務(wù)器相應(yīng)的操作系統(tǒng)上安裝一個(gè)或多個(gè)附加軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡，如DNS Load Balance，CheckPoint Firewall-1 ConnectControl等，它的優(yōu)點(diǎn)是基于特定環(huán)境，配置簡(jiǎn)單，使用靈活，成本低廉，可以滿足一般的負(fù)載均衡需求。軟件解決方案缺點(diǎn)也較多，因?yàn)槊颗_(tái)服務(wù)器上安裝額外的軟件運(yùn)行會(huì)消耗系統(tǒng)不定量的資源，越是功能強(qiáng)大的模塊，消耗得越多，所以當(dāng)連接請(qǐng)求特別大的時(shí)候，軟件本身會(huì)成為服務(wù)器工作

4、成敗的一個(gè)關(guān)鍵；軟件可擴(kuò)展性并不是很好，受到操作系統(tǒng)的限制；由于操作系統(tǒng)本身的Bug，往往會(huì)引起安全問(wèn)題。硬件負(fù)載均衡解決方案是直接在服務(wù)器和外部網(wǎng)絡(luò)間安裝負(fù)載均衡設(shè)備，這種設(shè)備我們通常稱之為負(fù)載均衡器，由于專門的設(shè)備完成專門的任務(wù)，獨(dú)立于操作系統(tǒng)，整體性能得到大量提高，加上多樣化的負(fù)載均衡策略，智能化的流量管理，可達(dá)到最佳的負(fù)載均衡需求。負(fù)載均衡器有多種多樣的形式，除了作為獨(dú)立意義上的負(fù)載均衡器外，有些負(fù)載均衡器集成在交換設(shè)備中，置于服務(wù)器與Internet鏈接之間，有些則以兩塊網(wǎng)絡(luò)適配器將這一功能集成到PC中，一塊連接到Internet上，一塊連接到后端服務(wù)器群的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)上。一般而言，硬件

5、負(fù)載均衡在功能、性能上優(yōu)于軟件方式，不過(guò)成本昂貴。 本地/全局負(fù)載均衡負(fù)載均衡從其應(yīng)用的地理結(jié)構(gòu)上分為本地負(fù)載均衡(Local Load Balance)和全局負(fù)載均衡(Global Load Balance，也叫地域負(fù)載均衡)，本地負(fù)載均衡是指對(duì)本地的服務(wù)器群做負(fù)載均衡，全局負(fù)載均衡是指對(duì)分別放置在不同的地理位置、有不同網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的服務(wù)器群間作負(fù)載均衡。本地負(fù)載均衡能有效地解決數(shù)據(jù)流量過(guò)大、網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷過(guò)重的問(wèn)題，并且不需花費(fèi)昂貴開支購(gòu)置性能卓越的服務(wù)器，充分利用現(xiàn)有設(shè)備，避免服務(wù)器單點(diǎn)故障造成數(shù)據(jù)流量的損失。其有靈活多樣的均衡策略把數(shù)據(jù)流量合理地分配給服務(wù)器群內(nèi)的服務(wù)器共同負(fù)擔(dān)。即使是再給現(xiàn)有服

6、務(wù)器擴(kuò)充升級(jí)，也只是簡(jiǎn)單地增加一個(gè)新的服務(wù)器到服務(wù)群中，而不需改變現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、停止現(xiàn)有的服務(wù)。全局負(fù)載均衡主要用于在一個(gè)多區(qū)域擁有自己服務(wù)器的站點(diǎn)，為了使全球用戶只以一個(gè)IP地址或域名就能訪問(wèn)到離自己最近的服務(wù)器，從而獲得最快的訪問(wèn)速度，也可用于子公司分散站點(diǎn)分布廣的大公司通過(guò)Intranet（企業(yè)內(nèi)部互聯(lián)網(wǎng)）來(lái)達(dá)到資源統(tǒng)一合理分配的目的。全局負(fù)載均衡有以下的特點(diǎn)： 1. 實(shí)現(xiàn)地理位置無(wú)關(guān)性，能夠遠(yuǎn)距離為用戶提供完全的透明服務(wù)。 2. 除了能避免服務(wù)器、數(shù)據(jù)中心等的單點(diǎn)失效，也能避免由于ISP專線故障引起的單點(diǎn)失效。 3. 解決網(wǎng)絡(luò)擁塞問(wèn)題，提高服務(wù)器響應(yīng)速度，服務(wù)就近提供，達(dá)到更好的訪問(wèn)質(zhì)

7、量。 網(wǎng)絡(luò)層次上的負(fù)載均衡針對(duì)網(wǎng)絡(luò)上負(fù)載過(guò)重的不同瓶頸所在，從網(wǎng)絡(luò)的不同層次入手，我們可以采用相應(yīng)的負(fù)載均衡技術(shù)來(lái)解決現(xiàn)有問(wèn)題。隨著帶寬增加，數(shù)據(jù)流量不斷增大，網(wǎng)絡(luò)核心部分的數(shù)據(jù)接口將面臨瓶頸問(wèn)題，原有的單一線路將很難滿足需求，而且線路的升級(jí)又過(guò)于昂貴甚至難以實(shí)現(xiàn)，這時(shí)就可以考慮采用鏈路聚合（Trunking）技術(shù)。鏈路聚合技術(shù)（第二層負(fù)載均衡）將多條物理鏈路當(dāng)作一條單一的聚合邏輯鏈路使用，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量由聚合邏輯鏈路中所有物理鏈路共同承擔(dān)，由此在邏輯上增大了鏈路的容量，使其能滿足帶寬增加的需求?，F(xiàn)代負(fù)載均衡技術(shù)通常操作于網(wǎng)絡(luò)的第四層或第七層。第四層負(fù)載均衡將一個(gè)Internet上合法注冊(cè)的IP

8、地址映射為多個(gè)內(nèi)部服務(wù)器的IP地址，對(duì)每次TCP連接請(qǐng)求動(dòng)態(tài)使用其中一個(gè)內(nèi)部IP地址，達(dá)到負(fù)載均衡的目的。在第四層交換機(jī)中，此種均衡技術(shù)得到廣泛的應(yīng)用，一個(gè)目標(biāo)地址是服務(wù)器群VIP（虛擬IP，Virtual IP address）連接請(qǐng)求的數(shù)據(jù)包流經(jīng)交換機(jī)，交換機(jī)根據(jù)源端和目的IP地址、TCP或UDP端口號(hào)和一定的負(fù)載均衡策略，在服務(wù)器IP和VIP間進(jìn)行映射，選取服務(wù)器群中最好的服務(wù)器來(lái)處理連接請(qǐng)求。第七層負(fù)載均衡控制應(yīng)用層服務(wù)的內(nèi)容，提供了一種對(duì)訪問(wèn)流量的高層控制方式，適合對(duì)HTTP服務(wù)器群的應(yīng)用。第七層負(fù)載均衡技術(shù)通過(guò)檢查流經(jīng)的HTTP報(bào)頭，根據(jù)報(bào)頭內(nèi)的信息來(lái)執(zhí)行負(fù)載均衡任務(wù)。第七層負(fù)載均

9、衡優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面： 1. 通過(guò)對(duì)HTTP報(bào)頭的檢查，可以檢測(cè)出HTTP400、500和600系列的錯(cuò)誤信息，因而能透明地將連接請(qǐng)求重新定向到另一臺(tái)服務(wù)器，避免應(yīng)用層故障。 2. 可根據(jù)流經(jīng)的數(shù)據(jù)類型（如判斷數(shù)據(jù)包是圖像文件、壓縮文件或多媒體文件格式等），把數(shù)據(jù)流量引向相應(yīng)內(nèi)容的服務(wù)器來(lái)處理，增加系統(tǒng)性能。 3. 能根據(jù)連接請(qǐng)求的類型，如是普通文本、圖象等靜態(tài)文檔請(qǐng)求，還是asp、cgi等的動(dòng)態(tài)文檔請(qǐng)求，把相應(yīng)的請(qǐng)求引向相應(yīng)的服務(wù)器來(lái)處理，提高系統(tǒng)的性能及安全性。 第七層負(fù)載均衡受到其所支持的協(xié)議限制（一般只有HTTP），這樣就限制了它應(yīng)用的廣泛性，并且檢查HTTP報(bào)頭會(huì)占用大量的系統(tǒng)資

10、源，勢(shì)必會(huì)影響到系統(tǒng)的性能，在大量連接請(qǐng)求的情況下，負(fù)載均衡設(shè)備自身容易成為網(wǎng)絡(luò)整體性能的瓶頸負(fù)載均衡策略 在實(shí)際應(yīng)用中，我們可能不想僅僅是把客戶端的服務(wù)請(qǐng)求平均地分配給內(nèi)部服務(wù)器，而不管服務(wù)器是否宕機(jī)。而是想使Pentium III服務(wù)器比Pentium II能接受更多的服務(wù)請(qǐng)求，一臺(tái)處理服務(wù)請(qǐng)求較少的服務(wù)器能分配到更多的服務(wù)請(qǐng)求，出現(xiàn)故障的服務(wù)器將不再接受服務(wù)請(qǐng)求直至故障恢復(fù)等等。選擇合適的負(fù)載均衡策略，使多個(gè)設(shè)備能很好的共同完成任務(wù)，消除或避免現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)負(fù)載分布不均、數(shù)據(jù)流量擁擠反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)的瓶頸。在各負(fù)載均衡方式中，針對(duì)不同的應(yīng)用需求，在OSI參考模型的第二、三、四、七層的負(fù)載均衡都有相應(yīng)

11、的負(fù)載均衡策略。 負(fù)載均衡策略的優(yōu)劣及其實(shí)現(xiàn)的難易程度有兩個(gè)關(guān)鍵因素：一、負(fù)載均衡算法，二、對(duì)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)狀況的檢測(cè)方式和能力?？紤]到服務(wù)請(qǐng)求的不同類型、服務(wù)器的不同處理能力以及隨機(jī)選擇造成的負(fù)載分配不均勻等問(wèn)題，為了更加合理的把負(fù)載分配給內(nèi)部的多個(gè)服務(wù)器，就需要應(yīng)用相應(yīng)的能夠正確反映各個(gè)服務(wù)器處理能力及網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的負(fù)載均衡算法：1. 輪循均衡（Round Robin）：每一次來(lái)自網(wǎng)絡(luò)的請(qǐng)求輪流分配給內(nèi)部中的服務(wù)器，從1至N然后重新開始。此種均衡算法適合于服務(wù)器組中的所有服務(wù)器都有相同的軟硬件配置并且平均服務(wù)請(qǐng)求相對(duì)均衡的情況。 2. 權(quán)重輪循均衡（Weighted Round Robin）：根據(jù)服

12、務(wù)器的不同處理能力，給每個(gè)服務(wù)器分配不同的權(quán)值，使其能夠接受相應(yīng)權(quán)值數(shù)的服務(wù)請(qǐng)求。例如：服務(wù)器A的權(quán)值被設(shè)計(jì)成1，B的權(quán)值是3，C的權(quán)值是6，則服務(wù)器A、B、C將分別接受到10%、30、60的服務(wù)請(qǐng)求。此種均衡算法能確保高性能的服務(wù)器得到更多的使用率，避免低性能的服務(wù)器負(fù)載過(guò)重。 3. 隨機(jī)均衡（Random）：把來(lái)自網(wǎng)絡(luò)的請(qǐng)求隨機(jī)分配給內(nèi)部中的多個(gè)服務(wù)器。 4. 權(quán)重隨機(jī)均衡（Weighted Random）：此種均衡算法類似于權(quán)重輪循算法，不過(guò)在處理請(qǐng)求分擔(dān)時(shí)是個(gè)隨機(jī)選擇的過(guò)程。 5. 響應(yīng)速度均衡（Response Time）：負(fù)載均衡設(shè)備對(duì)內(nèi)部各服務(wù)器發(fā)出一個(gè)探測(cè)請(qǐng)求（例如Ping），

13、然后根據(jù)內(nèi)部中各服務(wù)器對(duì)探測(cè)請(qǐng)求的最快響應(yīng)時(shí)間來(lái)決定哪一臺(tái)服務(wù)器來(lái)響應(yīng)客戶端的服務(wù)請(qǐng)求。此種均衡算法能較好的反映服務(wù)器的當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)，但這最快響應(yīng)時(shí)間僅僅指的是負(fù)載均衡設(shè)備與服務(wù)器間的最快響應(yīng)時(shí)間，而不是客戶端與服務(wù)器間的最快響應(yīng)時(shí)間。6. 最少連接數(shù)均衡（Least Connection）：客戶端的每一次請(qǐng)求服務(wù)在服務(wù)器停留的時(shí)間可能會(huì)有較大的差異，隨著工作時(shí)間加長(zhǎng)，如果采用簡(jiǎn)單的輪循或隨機(jī)均衡算法，每一臺(tái)服務(wù)器上的連接進(jìn)程可能會(huì)產(chǎn)生極大的不同，并沒(méi)有達(dá)到真正的負(fù)載均衡。最少連接數(shù)均衡算法對(duì)內(nèi)部中需負(fù)載的每一臺(tái)服務(wù)器都有一個(gè)數(shù)據(jù)記錄，記錄當(dāng)前該服務(wù)器正在處理的連接數(shù)量，當(dāng)有新的服務(wù)連接請(qǐng)求時(shí)

14、，將把當(dāng)前請(qǐng)求分配給連接數(shù)最少的服務(wù)器，使均衡更加符合實(shí)際情況，負(fù)載更加均衡。此種均衡算法適合長(zhǎng)時(shí)處理的請(qǐng)求服務(wù)，如FTP。7. 處理能力均衡：此種均衡算法將把服務(wù)請(qǐng)求分配給內(nèi)部中處理負(fù)荷（根據(jù)服務(wù)器CPU型號(hào)、CPU數(shù)量、內(nèi)存大小及當(dāng)前連接數(shù)等換算而成）最輕的服務(wù)器，由于考慮到了內(nèi)部服務(wù)器的處理能力及當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀況，所以此種均衡算法相對(duì)來(lái)說(shuō)更加精確，尤其適合運(yùn)用到第七層（應(yīng)用層）負(fù)載均衡的情況下。 8. DNS響應(yīng)均衡（Flash DNS）：在Internet上，無(wú)論是HTTP、FTP或是其它的服務(wù)請(qǐng)求，客戶端一般都是通過(guò)域名解析來(lái)找到服務(wù)器確切的IP地址的。在此均衡算法下，分處在不同地理

15、位置的負(fù)載均衡設(shè)備收到同一個(gè)客戶端的域名解析請(qǐng)求，并在同一時(shí)間內(nèi)把此域名解析成各自相對(duì)應(yīng)服務(wù)器的IP地址（即與此負(fù)載均衡設(shè)備在同一位地理位置的服務(wù)器的IP地址）并返回給客戶端，則客戶端將以最先收到的域名解析IP地址來(lái)繼續(xù)請(qǐng)求服務(wù)，而忽略其它的IP地址響應(yīng)。在種均衡策略適合應(yīng)用在全局負(fù)載均衡的情況下，對(duì)本地負(fù)載均衡是沒(méi)有意義的。 盡管有多種的負(fù)載均衡算法可以較好的把數(shù)據(jù)流量分配給服務(wù)器去負(fù)載，但如果負(fù)載均衡策略沒(méi)有對(duì)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)狀況的檢測(cè)方式和能力，一旦在某臺(tái)服務(wù)器或某段負(fù)載均衡設(shè)備與服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)間出現(xiàn)故障的情況下，負(fù)載均衡設(shè)備依然把一部分?jǐn)?shù)據(jù)流量引向那臺(tái)服務(wù)器，這勢(shì)必造成大量的服務(wù)請(qǐng)求被丟失，達(dá)不到

16、不間斷可用性的要求。所以良好的負(fù)載均衡策略應(yīng)有對(duì)網(wǎng)絡(luò)故障、服務(wù)器系統(tǒng)故障、應(yīng)用服務(wù)故障的檢測(cè)方式和能力：1. Ping偵測(cè)：通過(guò)ping的方式檢測(cè)服務(wù)器及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)狀況，此種方式簡(jiǎn)單快速，但只能大致檢測(cè)出網(wǎng)絡(luò)及服務(wù)器上的操作系統(tǒng)是否正常，對(duì)服務(wù)器上的應(yīng)用服務(wù)檢測(cè)就無(wú)能為力了。 2. TCP Open偵測(cè)：每個(gè)服務(wù)都會(huì)開放某個(gè)通過(guò)TCP連接，檢測(cè)服務(wù)器上某個(gè)TCP端口（如Telnet的23口，HTTP的80口等）是否開放來(lái)判斷服務(wù)是否正常。 3. HTTP URL偵測(cè)：比如向HTTP服務(wù)器發(fā)出一個(gè)對(duì)main.html文件的訪問(wèn)請(qǐng)求，如果收到錯(cuò)誤信息，則認(rèn)為服務(wù)器出現(xiàn)故障。 負(fù)載均衡策略的優(yōu)劣除受上

17、面所講的兩個(gè)因素影響外，在有些應(yīng)用情況下，我們需要將來(lái)自同一客戶端的所有請(qǐng)求都分配給同一臺(tái)服務(wù)器去負(fù)擔(dān)，例如服務(wù)器將客戶端注冊(cè)、購(gòu)物等服務(wù)請(qǐng)求信息保存的本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)的情況下，把客戶端的子請(qǐng)求分配給同一臺(tái)服務(wù)器來(lái)處理就顯的至關(guān)重要了。有兩種方式可以解決此問(wèn)題，一是根據(jù)IP地址把來(lái)自同一客戶端的多次請(qǐng)求分配給同一臺(tái)服務(wù)器處理，客戶端IP地址與服務(wù)器的對(duì)應(yīng)信息是保存在負(fù)載均衡設(shè)備上的；二是在客戶端瀏覽器cookie內(nèi)做獨(dú)一無(wú)二的標(biāo)識(shí)來(lái)把多次請(qǐng)求分配給同一臺(tái)服務(wù)器處理，適合通過(guò)代理服務(wù)器上網(wǎng)的客戶端。還有一種路徑外返回模式（Out of Path Return），當(dāng)客戶端連接請(qǐng)求發(fā)送給負(fù)載均衡設(shè)備的時(shí)候

18、，中心負(fù)載均衡設(shè)備將請(qǐng)求引向某個(gè)服務(wù)器，服務(wù)器的回應(yīng)請(qǐng)求不再返回給中心負(fù)載均衡設(shè)備，即繞過(guò)流量分配器，直接返回給客戶端，因此中心負(fù)載均衡設(shè)備只負(fù)責(zé)接受并轉(zhuǎn)發(fā)請(qǐng)求，其網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)就減少了很多，并且給客戶端提供了更快的響應(yīng)時(shí)間。此種模式一般用于HTTP服務(wù)器群，在各服務(wù)器上要安裝一塊虛擬網(wǎng)絡(luò)適配器，并將其IP地址設(shè)為服務(wù)器群的VIP，這樣才能在服務(wù)器直接回應(yīng)客戶端請(qǐng)求時(shí)順利的達(dá)成三次握手。 負(fù)載均衡技術(shù)全攻略（下）Internet的規(guī)模每一百天就會(huì)增長(zhǎng)一倍，客戶希望獲得7天24小時(shí)的不間斷可用性及較快的系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間，而不愿屢次看到某個(gè)站點(diǎn)“Server Too Busy”及頻繁的系統(tǒng)故障。網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)核

19、心部分隨著業(yè)務(wù)量的提高、訪問(wèn)量和數(shù)據(jù)流量的快速增長(zhǎng)，其處理能力和計(jì)算強(qiáng)度也相應(yīng)增大，使得單一設(shè)備根本無(wú)法承擔(dān)。在此情況下，如果扔掉現(xiàn)有設(shè)備去做大量的硬件升級(jí)，這樣將造成現(xiàn)有資源的浪費(fèi)，而且如果再面臨下一次業(yè)務(wù)量的提升，這又將導(dǎo)致再一次硬件升級(jí)的高額成本投入，甚至性能再卓越的設(shè)備也不能滿足當(dāng)前業(yè)務(wù)量的需求。于是，負(fù)載均衡機(jī)制應(yīng)運(yùn)而生。負(fù)載均衡（Load Balance）建立在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)之上，它提供了一種廉價(jià)有效透明的方法擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和服務(wù)器的帶寬、增加吞吐量、加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理能力、提高網(wǎng)絡(luò)的靈活性和可用性。負(fù)載均衡有兩方面的含義：首先，大量的并發(fā)訪問(wèn)或數(shù)據(jù)流量分擔(dān)到多臺(tái)節(jié)點(diǎn)設(shè)備上分別處理，減少

20、用戶等待響應(yīng)的時(shí)間；其次，單個(gè)重負(fù)載的運(yùn)算分擔(dān)到多臺(tái)節(jié)點(diǎn)設(shè)備上做并行處理，每個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)備處理結(jié)束后，將結(jié)果匯總，返回給用戶，系統(tǒng)處理能力得到大幅度提高。本文所要介紹的負(fù)載均衡技術(shù)主要是指在均衡服務(wù)器群中所有服務(wù)器和應(yīng)用程序之間流量負(fù)載的應(yīng)用，目前負(fù)載均衡技術(shù)大多數(shù)是用于提高諸如在Web服務(wù)器、FTP服務(wù)器和其它關(guān)鍵任務(wù)服務(wù)器上的Internet服務(wù)器程序的可用性和可伸縮性。  負(fù)載均衡實(shí)施要素負(fù)載均衡方案應(yīng)是在網(wǎng)站建設(shè)初期就應(yīng)考慮的問(wèn)題，不過(guò)有時(shí)隨著訪問(wèn)流量的爆炸性增長(zhǎng)，超出決策者的意料，這也就成為不得不面對(duì)的問(wèn)題。當(dāng)我們?cè)谝肽撤N負(fù)載均衡方案乃至具體實(shí)施時(shí)，像其他的許多方案一樣，首先

21、是確定當(dāng)前及將來(lái)的應(yīng)用需求，然后在代價(jià)與收效之間做出權(quán)衡。針對(duì)當(dāng)前及將來(lái)的應(yīng)用需求，分析網(wǎng)絡(luò)瓶頸的不同所在，我們就需要確立是采用哪一類的負(fù)載均衡技術(shù)，采用什么樣的均衡策略，在可用性、兼容性、安全性等等方面要滿足多大的需求，如此等等。不管負(fù)載均衡方案是采用花費(fèi)較少的軟件方式，還是購(gòu)買代價(jià)高昂在性能功能上更強(qiáng)的第四層交換機(jī)、負(fù)載均衡器等硬件方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，亦或其他種類不同的均衡技術(shù)，下面這幾項(xiàng)都是我們?cè)谝刖夥桨笗r(shí)可能要考慮的問(wèn)題： 1. 性能：性能是我們?cè)谝刖夥桨笗r(shí)需要重點(diǎn)考慮的問(wèn)題，但也是一個(gè)最難把握的問(wèn)題。衡量性能時(shí)可將每秒鐘通過(guò)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)包數(shù)目做為一個(gè)參數(shù)，另一個(gè)參數(shù)是均衡方案中服務(wù)器群

22、所能處理的最大并發(fā)連接數(shù)目，但是，假設(shè)一個(gè)均衡系統(tǒng)能處理百萬(wàn)計(jì)的并發(fā)連接數(shù)，可是卻只能以每秒2個(gè)包的速率轉(zhuǎn)發(fā)，這顯然是沒(méi)有任何作用的。 性能的優(yōu)劣與負(fù)載均衡設(shè)備的處理能力、采用的均衡策略息息相關(guān)，并且有兩點(diǎn)需要注意：一、均衡方案對(duì)服務(wù)器群整體的性能，這是響應(yīng)客戶端連接請(qǐng)求速度的關(guān)鍵；二、負(fù)載均衡設(shè)備自身的性能，避免有大量連接請(qǐng)求時(shí)自身性能不足而成為服務(wù)瓶頸。 有時(shí)我們也可以考慮采用混合型負(fù)載均衡策略來(lái)提升服務(wù)器群的總體性能，如DNS負(fù)載均衡與NAT負(fù)載均衡相結(jié)合。另外，針對(duì)有大量靜態(tài)文檔請(qǐng)求的站點(diǎn)，也可以考慮采用高速緩存技術(shù)，相對(duì)來(lái)說(shuō)更節(jié)省費(fèi)用，更能提高響應(yīng)性能；對(duì)有大量ssl/xml內(nèi)容傳輸

23、的站點(diǎn)，更應(yīng)考慮采用ssl/xml加速技術(shù)。 2. 可擴(kuò)展性：IT技術(shù)日新月異，一年以前最新的產(chǎn)品，現(xiàn)在或許已是網(wǎng)絡(luò)中性能最低的產(chǎn)品；業(yè)務(wù)量的急速上升，一年前的網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)在需要新一輪的擴(kuò)展。合適的均衡解決方案應(yīng)能滿足這些需求，能均衡不同操作系統(tǒng)和硬件平臺(tái)之間的負(fù)載，能均衡HTTP、郵件、新聞、代理、數(shù)據(jù)庫(kù)、防火墻和 Cache等不同服務(wù)器的負(fù)載，并且能以對(duì)客戶端完全透明的方式動(dòng)態(tài)增加或刪除某些資源。 3. 靈活性：均衡解決方案應(yīng)能靈活地提供不同的應(yīng)用需求，滿足應(yīng)用需求的不斷變化。在不同的服務(wù)器群有不同的應(yīng)用需求時(shí)，應(yīng)有多樣的均衡策略提供更廣泛的選擇。 4. 可靠性：在對(duì)服務(wù)質(zhì)量要求較高的站點(diǎn)，負(fù)

24、載均衡解決方案應(yīng)能為服務(wù)器群提供完全的容錯(cuò)性和高可用性。但在負(fù)載均衡設(shè)備自身出現(xiàn)故障時(shí)，應(yīng)該有良好的冗余解決方案，提高可靠性。使用冗余時(shí)，處于同一個(gè)冗余單元的多個(gè)負(fù)載均衡設(shè)備必須具有有效的方式以便互相進(jìn)行監(jiān)控，保護(hù)系統(tǒng)盡可能地避免遭受到重大故障的損失。 5. 易管理性：不管是通過(guò)軟件還是硬件方式的均衡解決方案，我們都希望它有靈活、直觀和安全的管理方式，這樣便于安裝、配置、維護(hù)和監(jiān)控，提高工作效率，避免差錯(cuò)。在硬件負(fù)載均衡設(shè)備上，目前主要有三種管理方式可供選擇：一、命令行接口（CLI：Command Line Interface），可通過(guò)超級(jí)終端連接負(fù)載均衡設(shè)備串行接口來(lái)管理，也能telnet遠(yuǎn)

25、程登錄管理，在初始化配置時(shí)，往往要用到前者；二、圖形用戶接口（GUI：Graphical User Interfaces），有基于普通web頁(yè)的管理，也有通過(guò)Java Applet 進(jìn)行安全管理，一般都需要管理端安裝有某個(gè)版本的瀏覽器；三、SNMP（Simple Network Management Protocol，簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議）支持，通過(guò)第三方網(wǎng)絡(luò)管理軟件對(duì)符合SNMP標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備進(jìn)行管理。 負(fù)載均衡配置實(shí)例DNS負(fù)載均衡 DNS負(fù)載均衡技術(shù)是在DNS服務(wù)器中為同一個(gè)主機(jī)名配置多個(gè)IP地址，在應(yīng)答DNS查詢時(shí)，DNS服務(wù)器對(duì)每個(gè)查詢將以DNS文件中主機(jī)記錄的IP地址按順序返回不同的解析結(jié)

26、果，將客戶端的訪問(wèn)引導(dǎo)到不同的機(jī)器上去，使得不同的客戶端訪問(wèn)不同的服務(wù)器，從而達(dá)到負(fù)載均衡的目的。DNS負(fù)載均衡的優(yōu)點(diǎn)是經(jīng)濟(jì)簡(jiǎn)單易行，并且服務(wù)器可以位于internet上任意的位置。但它也存在不少缺點(diǎn)： 1. 為了使本DNS服務(wù)器和其他DNS服務(wù)器及時(shí)交互，保證DNS數(shù)據(jù)及時(shí)更新，使地址能隨機(jī)分配，一般都要將DNS的刷新時(shí)間設(shè)置的較小，但太小將會(huì)使DNS流量大增造成額外的網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題。 2. 一旦某個(gè)服務(wù)器出現(xiàn)故障，即使及時(shí)修改了DNS設(shè)置，還是要等待足夠的時(shí)間（刷新時(shí)間）才能發(fā)揮作用，在此期間，保存了故障服務(wù)器地址的客戶計(jì)算機(jī)將不能正常訪問(wèn)服務(wù)器。 3. DNS負(fù)載均衡采用的是簡(jiǎn)單的輪循負(fù)載算法

27、，不能區(qū)分服務(wù)器的差異，不能反映服務(wù)器的當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)，不能做到為性能較好的服務(wù)器多分配請(qǐng)求，甚至?xí)霈F(xiàn)客戶請(qǐng)求集中在某一臺(tái)服務(wù)器上的情況。 4. 要給每臺(tái)服務(wù)器分配一個(gè)internet上的IP地址，這勢(shì)必會(huì)占用過(guò)多的IP地址。 判斷一個(gè)站點(diǎn)是否采用了DNS負(fù)載均衡的最簡(jiǎn)單方式就是連續(xù)的ping這個(gè)域名，如果多次解析返回的IP地址不相同的話，那么這個(gè)站點(diǎn)就很可能采用的就是較為普遍的DNS負(fù)載均衡。但也不一定，因?yàn)槿绻捎玫氖荄NS響應(yīng)均衡，多次解析返回的IP地址也可能會(huì)不相同。不妨試試Ping一下，?，F(xiàn)假設(shè)有三臺(tái)服務(wù)器來(lái)應(yīng)對(duì)的請(qǐng)求。在采用BIND 8.x DNS服務(wù)器的unix系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較

28、簡(jiǎn)單，只需在該域的數(shù)據(jù)記錄中添加類似下面的結(jié)果： www1    IN    A           www2    IN    A           www3   

29、60;IN    A           www     IN    CNAME      www1www     IN    CNAME      www2ww

30、w     IN    CNAME      www3在NT下的實(shí)現(xiàn)也很簡(jiǎn)單，下面詳細(xì)介紹在win2000 server下實(shí)現(xiàn)DNS負(fù)載均衡的過(guò)程，NT4.0類似：1. 打開“管理工具”下的“DNS”，進(jìn)入DNS服務(wù)配置控制臺(tái)。 2. 打開相應(yīng)DNS 服務(wù)器的“屬性”，在“高級(jí)”選項(xiàng)卡的“服務(wù)器選項(xiàng)”中，選中“啟用循環(huán)”復(fù)選框。此步相當(dāng)于在注冊(cè)表記錄HKEY_LOCAL_MACHINESYSTEMCurrentControlSetServicesDNSPa

31、rameters中添加一個(gè)雙字節(jié)制值（dword值）RoundRobin，值為1。 3. 打開正向搜索區(qū)域的相應(yīng)區(qū)域（如），新建主機(jī)添加主機(jī) (A) 資源記錄，記錄如下： www    IN    A           www    IN    A      

32、     www    IN    A           在這里可以看到的區(qū)別是在NT下一個(gè)主機(jī)名對(duì)應(yīng)多個(gè)IP地址記錄，但在unix下，是先添加多個(gè)不同的主機(jī)名分別對(duì)應(yīng)個(gè)自的IP地址，然后再把這些主機(jī)賦同一個(gè)別名（CNAME）來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 4. 在此需要注意的是，NT下本地子網(wǎng)優(yōu)先級(jí)會(huì)取代多宿主名稱的循環(huán)復(fù)用，所以在測(cè)試時(shí)，如果做測(cè)試用的客戶

33、機(jī)IP地址與主機(jī)資源記錄的IP在同一有類掩碼范圍內(nèi)，就需要清除在“高級(jí)”選項(xiàng)卡“服務(wù)器選項(xiàng)”中的“啟用netmask排序”。 6.NAT負(fù)載均衡NAT（Network Address Translation 網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換）簡(jiǎn)單地說(shuō)就是將一個(gè)IP地址轉(zhuǎn)換為另一個(gè)IP地址，一般用于未經(jīng)注冊(cè)的內(nèi)部地址與合法的、已獲注冊(cè)的Internet IP地址間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。適用于解決Internet IP地址緊張、不想讓網(wǎng)絡(luò)外部知道內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等的場(chǎng)合下。每次NAT轉(zhuǎn)換勢(shì)必會(huì)增加NAT設(shè)備的開銷，但這種額外的開銷對(duì)于大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)都是微不足道的，除非在高帶寬有大量NAT請(qǐng)求的網(wǎng)絡(luò)上。NAT負(fù)載均衡將一個(gè)外部IP地址

34、映射為多個(gè)內(nèi)部IP地址，對(duì)每次連接請(qǐng)求動(dòng)態(tài)地轉(zhuǎn)換為一個(gè)內(nèi)部服務(wù)器的地址，將外部連接請(qǐng)求引到轉(zhuǎn)換得到地址的那個(gè)服務(wù)器上，從而達(dá)到負(fù)載均衡的目的。NAT負(fù)載均衡是一種比較完善的負(fù)載均衡技術(shù)，起著NAT負(fù)載均衡功能的設(shè)備一般處于內(nèi)部服務(wù)器到外部網(wǎng)間的網(wǎng)關(guān)位置，如路由器、防火墻、四層交換機(jī)、專用負(fù)載均衡器等，均衡算法也較靈活，如隨機(jī)選擇、最少連接數(shù)及響應(yīng)時(shí)間等來(lái)分配負(fù)載。 NAT負(fù)載均衡可以通過(guò)軟硬件方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。通過(guò)軟件方式來(lái)實(shí)現(xiàn)NAT負(fù)載均衡的設(shè)備往往受到帶寬及系統(tǒng)本身處理能力的限制，由于NAT比較接近網(wǎng)絡(luò)的低層，因此就可以將它集成在硬件設(shè)備中，通常這樣的硬件設(shè)備是第四層交換機(jī)和專用負(fù)載均衡器，第四

35、層交換機(jī)的一項(xiàng)重要功能就是NAT負(fù)載均衡。 下面以實(shí)例介紹一下Cisco路由器NAT負(fù)載均衡的配置： 現(xiàn)有一臺(tái)有一個(gè)串行接口和一個(gè)Ethernet接口的路由器，Ethernet口連接到內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)上有三臺(tái)web服務(wù)器，但都只是低端配置，為了處理好來(lái)自Internet上大量的web連接請(qǐng)求，因此需要在此路由器上做NAT負(fù)載均衡配置，把發(fā)送到web服務(wù)器合法Internet IP地址的報(bào)文轉(zhuǎn)換成這三臺(tái)服務(wù)器的內(nèi)部本地地址。 其具體配置過(guò)程如下： 1. 做好路由器的基本配置，并定義各個(gè)接口在做NAT時(shí)是內(nèi)部還是外部接口。 2. 然后定義一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)訪問(wèn)列表（standard access list

36、），用來(lái)標(biāo)識(shí)要轉(zhuǎn)換的合法IP地址。 3. 再定義NAT地址池來(lái)標(biāo)識(shí)內(nèi)部web服務(wù)器的本地地址，注意要用到關(guān)鍵字rotary，表明我們要使用輪循（Round Robin）的方式從NAT地址池中取出相應(yīng)IP地址來(lái)轉(zhuǎn)換合法IP報(bào)文。 4. 最后，把目標(biāo)地址為訪問(wèn)表中IP的報(bào)文轉(zhuǎn)換成地址池中定義的IP地址。 相應(yīng)配置文件如下：interface Ethernet0/0ip address 48ip nat inside!interface Serial0/0ip address 48 ip nat ou

37、tside! ip access-list 1 permit !ip nat pool websrv netmask 48 type rotary ip nat inside destination list 1 pool websrv 反向代理負(fù)載均衡普通代理方式是代理內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)用戶訪問(wèn)internet上服務(wù)器的連接請(qǐng)求，客戶端必須指定代理服務(wù)器,并將本來(lái)要直接發(fā)送到internet上服務(wù)器的連接請(qǐng)求發(fā)送給代理服務(wù)器處理。反向代理（Reverse Proxy）方式是指以代理服務(wù)器來(lái)接受interne

38、t上的連接請(qǐng)求，然后將請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)給內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)上的服務(wù)器，并將從服務(wù)器上得到的結(jié)果返回給internet上請(qǐng)求連接的客戶端，此時(shí)代理服務(wù)器對(duì)外就表現(xiàn)為一個(gè)服務(wù)器。反向代理負(fù)載均衡技術(shù)是把將來(lái)自internet上的連接請(qǐng)求以反向代理的方式動(dòng)態(tài)地轉(zhuǎn)發(fā)給內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)上的多臺(tái)服務(wù)器進(jìn)行處理，從而達(dá)到負(fù)載均衡的目的。 反向代理負(fù)載均衡能以軟件方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，如apache mod_proxy、netscape proxy等，也可以在高速緩存器、負(fù)載均衡器等硬件設(shè)備上實(shí)現(xiàn)。 反向代理負(fù)載均衡可以將優(yōu)化的負(fù)載均衡策略和代理服務(wù)器的高速緩存技術(shù)結(jié)合在一起，提升靜態(tài)網(wǎng)頁(yè)的訪問(wèn)速度，提供有益的性能；由于網(wǎng)絡(luò)外部用戶不能直接訪問(wèn)真實(shí)的服務(wù)器，具備額外的安全性（同理，NAT負(fù)載均衡技術(shù)也有此優(yōu)點(diǎn)）。其缺點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面： 1. 反向代理是處于OSI參考模型第七層應(yīng)用的，所以就必須為每一種應(yīng)用服務(wù)專門開發(fā)一個(gè)反向代理服務(wù)器，這樣就限制了反向代理負(fù)載均衡技術(shù)的應(yīng)用范圍，現(xiàn)在一般都用于對(duì)web服務(wù)器的負(fù)載均衡。 2. 針對(duì)每一次代理，代理服務(wù)器就必須打開兩個(gè)連接，一個(gè)對(duì)外，一個(gè)對(duì)內(nèi)，因此在并發(fā)連接請(qǐng)求數(shù)量非常大的時(shí)候，代理服務(wù)器的負(fù)載也就非常大了，在最后代理服務(wù)器本身會(huì)成為服務(wù)的瓶頸。 一般來(lái)講，可以用它來(lái)對(duì)連接數(shù)量不是特別大，但每次連接都需要消耗大量處理資源的站點(diǎn)進(jìn)行負(fù)載均衡，如se