負(fù)載均衡原理

1、負(fù)載均衡分全局負(fù)載均衡和本地負(fù)載均衡地負(fù)載均衡是指對本地的服務(wù)器群做負(fù)載均衡，全局負(fù)載均衡是指對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。循環(huán)DNS就是每次解析域名時(shí)指向IPlooplist里的下一個(gè)IP.負(fù)載均衡路由器通過某種策略把請求發(fā)送到響應(yīng)最快的server上，同時(shí)可以滿足故障轉(zhuǎn)移故障恢復(fù).但是負(fù)載均衡路由器本身需要維護(hù)，通常需要有兩個(gè)，來防止單點(diǎn)故障.例如Alteon180和F5Network的Big-IP負(fù)載均衡可以針對不同的網(wǎng)路層次鏈路聚合技術(shù)（第二層負(fù)載均衡）是將多條物理鏈路當(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)，

2、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.現(xiàn)在經(jīng)常使用的是4至7層的負(fù)載均衡。第四層負(fù)載均衡將一個(gè)Internet上合法注冊的IP地址映射為多個(gè)內(nèi)部服務(wù)器的IP地址，對每次TCP連接請求動態(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，VirtualIPaddress）連接請求的數(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)器來處理連接請求。第七層負(fù)載均衡控制應(yīng)用層服務(wù)的內(nèi)容，提供了一種對訪問流量

3、的高層控制方式，適合對HTTP服務(wù)器群的應(yīng)用。第七層負(fù)載均衡技術(shù)通過檢查流經(jīng)的HTTP報(bào)頭，根據(jù)報(bào)頭內(nèi)的信息來執(zhí)行負(fù)載均衡任務(wù)。第七層負(fù)載均衡優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：1.通過對HTTP報(bào)頭的檢查，可以檢測出HTTP400、500和600系列的錯(cuò)誤信息，因而能透明地將連接請求重新定向到另一臺服務(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)器來處理，增加系統(tǒng)性能。3.能根據(jù)連接請求的類型，如是普通文本、圖象等靜態(tài)文檔請求，還是asp、cgi等的動態(tài)文檔請求，把相應(yīng)的請求引向相應(yīng)的服務(wù)器來處理，提高系統(tǒng)的性能及安全性

4、。缺點(diǎn):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)頭會占用大量的系統(tǒng)資源，勢必會影響到系統(tǒng)的性能，在大量連接請求的情況下，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:1.輪循均衡（RoundRobin）：每一次來自網(wǎng)絡(luò)的請求輪流分配給內(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)請求相對均衡的情況。2.權(quán)重輪循均衡（WeightedRoundRobin）：根據(jù)服務(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)請求。例如：服務(wù)器A的

5、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)載過重。3.隨機(jī)均衡（Random）：把來自網(wǎng)絡(luò)的請求隨機(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（WeightedRandom）：此種均衡算法類似于權(quán)重輪循算法，不過在處理請求分擔(dān)時(shí)是個(gè)隨機(jī)選擇的過程。5.響應(yīng)速度均衡（ResponseTime）：負(fù)載均衡設(shè)備對內(nèi)部各服務(wù)器發(fā)出一個(gè)探測請求（例如Ping），然后根據(jù)內(nèi)部中各服務(wù)器對探測請求的最快響應(yīng)時(shí)間來決定哪一臺服務(wù)器來響應(yīng)客戶端的服務(wù)請求。此種均衡算法能較好的反映服

6、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（LeastConnection）：客戶端的每一次請求服務(wù)在服務(wù)器停留的時(shí)間可能會有較大的差異，隨著工作時(shí)間加長，如果采用簡單的輪循或隨機(jī)均衡算法，每一臺服務(wù)器上的連接進(jìn)程可能會產(chǎn)生極大的不同，并沒有達(dá)到真正的負(fù)載均衡。最少連接數(shù)均衡算法對內(nèi)部中需負(fù)載的每一臺服務(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)連接請求時(shí)，將把當(dāng)前請求分配給連接數(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時(shí)處理的請求服務(wù)，如F

7、TP。7.處理能力均衡：此種均衡算法將把服務(wù)請求分配給內(nèi)部中處理負(fù)荷（根據(jù)服務(wù)器CPU型號、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來說更加精確，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（FlashDNS）：在Internet上，無論是HTTP、FTP或是其它的服務(wù)請求，客戶端一般都是通過域名解析來找到服務(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求，并在同一時(shí)間內(nèi)把此域名解析成各自相對應(yīng)服務(wù)器的IP地址（即與此負(fù)載均衡設(shè)備在

8、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地址來繼續(xù)請求服務(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，對本地負(fù)載均衡是沒有意義的。服務(wù)故障的檢測方式和能力1.Ping偵測：通過ping的方式檢測服務(wù)器及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)狀況，此種方式簡單快速，但只能大致檢測出網(wǎng)絡(luò)及服務(wù)器上的操作系統(tǒng)是否正常，對服務(wù)器上的應(yīng)用服務(wù)檢測就無能為力了。2.TCPOpen偵測：每個(gè)服務(wù)都會開放某個(gè)通過TCP連接，檢測服務(wù)器上某個(gè)TCP端口（如Telnet的23口，HTTP的80口等）是否開放來判斷服務(wù)是否正常。3.HTTPURL偵測：比如向HTTP服務(wù)器發(fā)

9、出一個(gè)對main.html文件的訪問請求，如果收到錯(cuò)誤信息，則認(rèn)為服務(wù)器出現(xiàn)故障。并發(fā)連接數(shù)并發(fā)連接數(shù)是指防火墻或代理服務(wù)器對其業(yè)務(wù)信息流的處理能力，是防火墻能夠同時(shí)處理的點(diǎn)對點(diǎn)連接的最大數(shù)目，它反映出防火墻設(shè)備對多個(gè)連接的訪問控制能力和連接狀態(tài)跟蹤能力，這個(gè)參數(shù)的大小直接影響到防火墻所能支持的最大信息點(diǎn)數(shù)。并發(fā)連接數(shù)是衡量防火墻性能的一個(gè)重要指標(biāo)。在目前市面上常見防火墻設(shè)備的說明書中大家可以看到，從低端設(shè)備的500、1000個(gè)并發(fā)連接，一直到高端設(shè)備的數(shù)萬、數(shù)十萬并發(fā)連接，存在著好幾個(gè)數(shù)量級的差異。那么，并發(fā)連接數(shù)究竟是一個(gè)什么概念呢？它的大小會對用戶的日常使用產(chǎn)生什么影響呢？要了解并發(fā)連接

10、數(shù)，首先需要明白一個(gè)概念，那就是“會話”。這個(gè)“會話”可不是我們平時(shí)的談話，但是可以用平時(shí)的談話來理解，兩個(gè)人在談話時(shí)，你一句，我一句，一問一答，我們把它稱為一次對話，或者叫會話。同樣，在我們用電腦工作時(shí)，打開的一個(gè)窗口或一個(gè)Web頁面，我們也可以把它叫做一個(gè)“會話”，擴(kuò)展到一個(gè)局域網(wǎng)里面，所有用戶要通過防火墻上網(wǎng)，要打開很多個(gè)窗口或Web頁面發(fā)（即會話），那么，這個(gè)防火墻，所能處理的最大會話數(shù)量，就是“并發(fā)連接數(shù)”。像路由器的路由表存放路由信息一樣，防火墻里也有一個(gè)這樣的表，我們把它叫做并發(fā)連接表，是防火墻用以存放并發(fā)連接信息的地方，它可在防火墻系統(tǒng)啟動后動態(tài)分配進(jìn)程的內(nèi)存空間，其大小也就是

11、防火墻所能支持的最大并發(fā)連接數(shù)。大的并發(fā)連接表可以增大防火墻最大并發(fā)連接數(shù)，允許防火墻支持更多的客戶終端。盡管看上去，防火墻等類似產(chǎn)品的并發(fā)連接數(shù)似乎是越大越好。但是與此同時(shí)，過大的并發(fā)連接表也會帶來一定的負(fù)面影響：1.并發(fā)連接數(shù)的增大意味著對系統(tǒng)內(nèi)存資源的消耗以每個(gè)并發(fā)連接表項(xiàng)占用300B計(jì)算，1000個(gè)并發(fā)連接將占用300B×1000×8bit/B2.3Mb內(nèi)存空間，10000個(gè)并發(fā)連接將占用 23Mb內(nèi)存空間，100000個(gè)并發(fā)連接將占用230Mb內(nèi)存空間，而如果真的試圖實(shí)現(xiàn)1000000個(gè)并發(fā)連接的話那么，這個(gè)產(chǎn)品就需要提供 2.24Gb內(nèi)存空間！2.并發(fā)連接數(shù)的增

12、大應(yīng)當(dāng)充分考慮CPU的處理能力CPU的主要任務(wù)是把網(wǎng)絡(luò)上的流量從一個(gè)網(wǎng)段盡可能快速地轉(zhuǎn)發(fā)到另外一個(gè)網(wǎng)段上，并且在轉(zhuǎn)發(fā)過程中對此流量按照一定的訪問控制策略進(jìn)行許可檢查、流量統(tǒng)計(jì)和訪問審計(jì)等操作，這都要求防火墻對并發(fā)連接表中的相應(yīng)表項(xiàng)進(jìn)行不斷的更新讀寫操作。如果不顧C(jī)PU的實(shí)際處理能力而貿(mào)然增大系統(tǒng)的并發(fā)連接表，勢必影響防火墻對連接請求的處理延遲，造成某些連接超時(shí)，讓更多的連接報(bào)文被重發(fā)，進(jìn)而導(dǎo)致更多的連接超時(shí)，最后形成雪崩效應(yīng)，致使整個(gè)防火墻系統(tǒng)崩潰。3.物理鏈路的實(shí)際承載能力將嚴(yán)重影響防火墻發(fā)揮出其對海量并發(fā)連接的處理能力雖然目前很多防火墻都提供了10/100/1000Mbps的網(wǎng)絡(luò)接口，但是

13、，由于防火墻通常都部署在Internet出口處，在客戶端PC與目的資源中間的路徑上，總是存在著瓶頸鏈路該瓶頸鏈路可能是2Mbps專線，也可能是512Kbps乃至64Kbps的低速鏈路。這些擁擠的低速鏈路根本無法承載太多的并發(fā)連接，所以即便是防火墻能夠支持大規(guī)模的并發(fā)訪問連接，也無法發(fā)揮出其原有的性能。有鑒于此，我們應(yīng)當(dāng)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的具體情況和個(gè)人不同的上網(wǎng)習(xí)慣來選擇適當(dāng)規(guī)模的并發(fā)連接表。因?yàn)椴煌?guī)模的網(wǎng)絡(luò)會產(chǎn)生大小不同的并發(fā)連接，而用戶習(xí)慣于何種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)以及如何使用這些服務(wù)，同樣也會產(chǎn)生不同的并發(fā)連接需求。高并發(fā)連接數(shù)的防火墻設(shè)備通常需要客戶投資更多的設(shè)備，這是因?yàn)椴l(fā)連接數(shù)的增大牽扯到數(shù)據(jù)結(jié)

14、構(gòu)、CPU、內(nèi)存、系統(tǒng)總線和網(wǎng)絡(luò)接口等多方面因素。如何在合理的設(shè)備投資和實(shí)際上所能提供的性能之間尋找一個(gè)黃金平衡點(diǎn)將是用戶選擇產(chǎn)品的一個(gè)重要任務(wù)。按照并發(fā)連接數(shù)來衡量方案的合理性是一個(gè)值得推薦的辦法。以每個(gè)用戶需要10.5個(gè)并發(fā)連接來計(jì)算：一個(gè)中小型企業(yè)網(wǎng)絡(luò)（1000個(gè)信息點(diǎn)以下，容納4個(gè)C類地址空間）大概需要 10.5×1000=10500個(gè)并發(fā)連接，因此支持2000030000最大并發(fā)連接的防火墻設(shè)備便可以滿足需求；大型的企事業(yè)單位網(wǎng)絡(luò)（比如信息點(diǎn)數(shù)在100010000之間）大概會需要105000個(gè)并發(fā)連接，所以支持100000120000最大并發(fā)連接的防火墻就可以滿足企業(yè)的實(shí)際

15、需要;而對于大型電信運(yùn)營商和ISP來說，電信級的千兆防火墻（支持120000200000個(gè)并發(fā)連接）則是恰當(dāng)?shù)倪x擇。為較低需求而采用高端的防火墻設(shè)備將造成用戶投資的浪費(fèi)，同樣為較高的客戶需求而采用低端設(shè)備將無法達(dá)到預(yù)計(jì)的性能指標(biāo)。利用網(wǎng)絡(luò)整體上的并發(fā)連接需求來選擇適當(dāng)?shù)姆阑饓Ξa(chǎn)品可以幫助用戶快速、準(zhǔn)確的定位所需要的產(chǎn)品，避免對單純某一參數(shù)“愈大愈好”的盲目追求，縮短設(shè)計(jì)施工周期，節(jié)省企業(yè)的開支。從而為企業(yè)實(shí)施最合理的安全保護(hù)方案。在利用并發(fā)連接數(shù)指標(biāo)選擇防火墻產(chǎn)品的同時(shí)，產(chǎn)品的綜合性能、廠家的研發(fā)力量、資金實(shí)力、企業(yè)的商業(yè)信譽(yù)和經(jīng)營風(fēng)險(xiǎn)以及產(chǎn)品線的技術(shù)支持和售后服務(wù)體系等都應(yīng)當(dāng)納入采購者的視野

16、，將多方面的因素結(jié)合起來進(jìn)行綜合考慮，切不可盲目的聽信某些廠家廣告宣傳中的大并發(fā)連接的宣傳，要根據(jù)自己業(yè)務(wù)系統(tǒng)、企業(yè)規(guī)模、發(fā)展空間和自身實(shí)力等因素多方面考慮。用戶數(shù)限制防火墻的用戶數(shù)限制分為固定限制用戶數(shù)和無用戶數(shù)限制兩種。前者比如SOHO型防火墻一般支持幾十到幾百個(gè)用戶不等，而無用戶數(shù)限制大多用于大的部門或公司。要注意的是，用戶數(shù)和并發(fā)連接數(shù)是完全不同的兩個(gè)概念，并發(fā)連接數(shù)是指防火墻的最大會話數(shù)（或進(jìn)程），每個(gè)用戶可以在一個(gè)時(shí)間里產(chǎn)生很多的連接，在購買產(chǎn)品時(shí)要區(qū)分這兩個(gè)概念。吞吐量網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)是由一個(gè)個(gè)數(shù)據(jù)包組成，防火墻對每個(gè)數(shù)據(jù)包的處理要耗費(fèi)資源。吞吐量是指在不丟包的情況下單位時(shí)間內(nèi)通過防火墻的數(shù)據(jù)包數(shù)量。隨著Internet的日益普及，內(nèi)部網(wǎng)用戶訪問Internet的需求在不斷增加，一些企業(yè)也需要對外提供諸如WWW頁面瀏覽、FTP文件傳輸、 DNS域名解析等服務(wù)，這些因素會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)流量的急劇增加，而防火墻作為內(nèi)外網(wǎng)之間的唯一數(shù)據(jù)通道，如果吞吐量太小，就會成為網(wǎng)絡(luò)瓶頸，給整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的傳輸效率帶來負(fù)面影響。因此，考察防火墻的吞吐能力有助于