多鏈路負(fù)載均衡實(shí)現(xiàn)原理

◎hiwuiih多鏈路負(fù)載均衡實(shí)現(xiàn)原理F5NetworksInc.OwenYu

2004-12-1目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"一、 F5多鏈路負(fù)載均衡產(chǎn)品 3\o"CurrentDocument"二、 BIGIP/Linkcontroller/BIGIPComboLC區(qū)別 4\o"CurrentDocument"三、 多鏈路負(fù)載均衡實(shí)現(xiàn)原理 8.\o"CurrentDocument"Outbound流量負(fù)載均衡實(shí)現(xiàn)原理 9\o"CurrentDocument"Inbound流量負(fù)載均衡實(shí)現(xiàn)原理 10\o"CurrentDocument"四、 F5技術(shù)特色 1.2^.lEiwoiinF5多鏈路負(fù)載均衡產(chǎn)品F5公司的應(yīng)用交換機(jī)BIGIP(1000、400>5100)，鏈路控制器Linkcontroller(1000、2400)，以及BIGIP(1000、2400、5100)ComboLCModule(就是BIGIP應(yīng)用交換機(jī)上加載Linkcontroller軟件功能模塊)，這三類(lèi)產(chǎn)品可以實(shí)現(xiàn)單向或雙向多鏈路負(fù)載均衡的功能，匹配不同的客戶(hù)需求，應(yīng)該根據(jù)具體情況確定適用的產(chǎn)品。需要指出的是，這三類(lèi)產(chǎn)品都運(yùn)行目前的PTF4.5.10或4.6.X軟件版本。在F5新的V9產(chǎn)品體系架構(gòu)中，目前不支持雙向多鏈路負(fù)載均衡功能。F5多鏈路負(fù)載均衡產(chǎn)品體系架構(gòu)：(New!RIGIP1500/3400^400/..目苜貳畫(huà)特歐囪內(nèi)苗支捕單血恥規(guī)向芋範(fàn)越BIGIP2400Linkcontroller2400(New!RIGIP1500/3400^400/..目苜貳畫(huà)特歐囪內(nèi)苗支捕單血恥規(guī)向芋範(fàn)越BIGIP2400Linkcontroller2400BIGIP2400ComboLCBIGIP1000Linkcantroller1000BIGIP1000ComboLC慮卄【wniih二、BIGIP/Linkcontroller/BIGIPComboLC 區(qū)別F5公司提供三種多鏈路負(fù)載均衡解決方案的產(chǎn)品：BIGIPLinkcontrollerBIGIPComboLCModule采用F5公司的BIGIP，可以實(shí)現(xiàn)由內(nèi)向外的單向多鏈路負(fù)載均衡；Linkcontroller或者BIGIPComboLCmodule都可以實(shí)現(xiàn)雙向的鏈路負(fù)載均衡,其中后者能夠?qū)崿F(xiàn)最為復(fù)雜的鏈路負(fù)載均衡需求，并包含BIGIP的所有功能,例如：SSLProxy，iRules，IPFilter等等。BIGIP特色：提供Outbound流量的多鏈路負(fù)載均衡（單向）對(duì)于Inbound流量，能夠保證從哪條鏈路進(jìn)來(lái)，從哪條鏈路返回支持自動(dòng)檢測(cè)和屏蔽故障多出口鏈路支持多種靜態(tài)和動(dòng)態(tài)算法智能均衡多個(gè)ISP鏈路的Outbound流量支持多鏈路動(dòng)態(tài)冗余，流量比率和智能切換支持Layer2—7交換和流量管理控制功能靈活的iRules，可以保證客戶(hù)對(duì)鏈路選擇的復(fù)雜要求完全支持各種應(yīng)用服務(wù)器負(fù)載均衡，防火墻負(fù)載均衡多層安全增強(qiáng)防護(hù)，抵擋黑客攻擊免費(fèi)附送100TPS的SSL加速功能業(yè)界領(lǐng)先的雙機(jī)冗余切換機(jī)制對(duì)于用戶(hù)完全透明對(duì)所有應(yīng)用無(wú)縫支持業(yè)界優(yōu)異的硬件平臺(tái)和性能穩(wěn)定，安全的設(shè)備運(yùn)行記錄^.inwoiin適用環(huán)境：多條不對(duì)等的鏈路，例如：在普教的校校通網(wǎng)絡(luò)中，存在一條中國(guó)電信鏈路和一條教育網(wǎng)鏈路，對(duì)于Inbound流量來(lái)說(shuō)，Internet用戶(hù)只能從中國(guó)電信鏈路進(jìn)來(lái)，校校通用戶(hù)（教育網(wǎng)用戶(hù)由于DNS導(dǎo)向）從教育網(wǎng)進(jìn)來(lái)最優(yōu)，這個(gè)時(shí)候，Inbound流量負(fù)載均衡失去存在的意義，沒(méi)有配置的必要了。然而對(duì)于普教的教育城域網(wǎng)用戶(hù)，兩條鏈路都能訪(fǎng)問(wèn)Internet，因此需要Outbound流量負(fù)載均衡，考慮到訪(fǎng)問(wèn)教育網(wǎng)資源還是走教育網(wǎng)最優(yōu)，需要配置iRules來(lái)做鏈路選擇。綜上所述，在此類(lèi)環(huán)境下，選擇BIGIP做Outbound單向鏈路負(fù)載均衡是最佳選擇。Linkcontroller的特色：提供Outbound流量的多鏈路負(fù)載均衡提供Inbound流量的多鏈路負(fù)載均衡（雙向）支持自動(dòng)檢測(cè)和屏蔽故障多出口鏈路支持多種靜態(tài)和動(dòng)態(tài)算法智能均衡多個(gè)ISP鏈路的流量支持特有的鏈路負(fù)載均衡算法（CompletionRate，GlobalAvailability，hops，kilobytes/second，leastconnections，PacketRate，QualityofService，Random，Ratio，RoundRobin，RoundTripTime，StaticPersist，VSCapacity）支持多鏈路動(dòng)態(tài)冗余，流量比率和智能切換支持基于每條鏈路限制流量大小支持多種DNS解析和規(guī)劃方式，適合各種用戶(hù)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境支持服務(wù)器負(fù)載均衡，防火墻負(fù)載均衡業(yè)界領(lǐng)先的雙機(jī)冗余切換機(jī)制對(duì)于用戶(hù)完全透明對(duì)所有應(yīng)用無(wú)縫支持業(yè)界優(yōu)異的硬件平臺(tái)和性能穩(wěn)定，安全的設(shè)備運(yùn)行記錄⑥耐HIM適用環(huán)境：多條對(duì)等的鏈路，能出能進(jìn)。適用于需要雙向多鏈路負(fù)載均衡（不需復(fù)雜的鏈路選擇一iRules），不需或需要簡(jiǎn)單BIGIP功能的用戶(hù)環(huán)境。對(duì)于既做鏈路負(fù)載均衡，防火墻負(fù)載均衡以及服務(wù)器負(fù)載均衡的用戶(hù)環(huán)境而言，鏈路負(fù)載均衡產(chǎn)品一般選擇Linkcontroller，校園網(wǎng)用戶(hù)例外。BIGIPComboLCModule 的特色：提供Outbound流量的多鏈路負(fù)載均衡提供Inbound流量的多鏈路負(fù)載均衡（雙向）支持自動(dòng)檢測(cè)和屏蔽故障多出口鏈路支持多種靜態(tài)和動(dòng)態(tài)算法智能均衡多個(gè)ISP鏈路的流量支持特有的鏈路負(fù)載均衡算法（CompletionRate，GlobalAvailability，hops，kilobytes/second，leastconnections，PacketRate，QualityofService，Random，Ratio，RoundRobin，RoundTripTime，StaticPersist，VSCapacity）支持多鏈路動(dòng)態(tài)冗余，流量比率和智能切換支持基于每條鏈路限制流量大小支持多種DNS解析和規(guī)劃方式，適合各種用戶(hù)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境支持Layer2—7交換和流量管理控制功能靈活的iRules，可以保證客戶(hù)對(duì)鏈路選擇的復(fù)雜要求完全支持各種應(yīng)用服務(wù)器負(fù)載均衡，防火墻負(fù)載均衡多層安全增強(qiáng)防護(hù)，抵擋黑客攻擊免費(fèi)附送100TPS的SSL加速功能業(yè)界領(lǐng)先的雙機(jī)冗余切換機(jī)制對(duì)于用戶(hù)完全透明對(duì)所有應(yīng)用無(wú)縫支持業(yè)界優(yōu)異的硬件平臺(tái)和性能穩(wěn)定，安全的設(shè)備運(yùn)行記錄⑥耐HIM適用環(huán)境：多條對(duì)等的鏈路，能出能進(jìn)。適用于需要雙向多鏈路負(fù)載均衡，又需要復(fù)雜的鏈路選擇（iRules），或者需要全部BIGIP功能（包含SSLProxy,iRules，IPFilter等）的用戶(hù)環(huán)境。inions三、多鏈路負(fù)載均衡實(shí)現(xiàn)原理下圖是一個(gè)典型的F5多出口鏈路負(fù)載均衡解決方案的應(yīng)用案例。I.NEINORKSISPti?a1.1.1ISP1Vian100.1.1.2ISP2Vian200.1.1.2務(wù)鏈路負(fù)義均腐設(shè)備internalvl^itintArnnIriRlwnrkIJFxttl IXmiS id&fc??T.20Semei3DGW:192.168.1.2I.NEINORKSISPti?a1.1.1ISP1Vian100.1.1.2ISP2Vian200.1.1.2務(wù)鏈路負(fù)義均腐設(shè)備internalvl^itintArnnIriRlwnrkIJFxttl IXmiS id&fc??T.20Semei3DGW:192.168.1.2圖中F5多鏈路負(fù)載均衡設(shè)備通過(guò)ISP1和ISP2接入Internet0每個(gè)ISP都分配給該網(wǎng)絡(luò)一個(gè)IP地址網(wǎng)段，假設(shè)ISP1分配的地址段為100.1.1.0/24,ISP2分配的地址段為200.1.1.0/24（此處的200.1.1.0/24表示網(wǎng)絡(luò)IP地址段為：200.1.1.0,子網(wǎng)掩碼為24位，即255.255.255.0）。同樣，Internet知道通過(guò)ISP1訪(fǎng)問(wèn)100.1.1.0/24，通過(guò)ISP2訪(fǎng)問(wèn)200.1.1.0/24。網(wǎng)絡(luò)中的主機(jī)和服務(wù)器都屬于私有網(wǎng)段192.168.1.0/24o多鏈路負(fù)載均衡設(shè)備解決方案就是在內(nèi)部交換機(jī)和連接 ISP的路由器之間，跨接一臺(tái)多鏈路負(fù)載均衡設(shè)備應(yīng)用交換機(jī)， 所有的地址翻譯和Internet鏈路優(yōu)化⑥耐HIM全部由多鏈路負(fù)載均衡設(shè)備來(lái)完成。如果網(wǎng)絡(luò)中有防火墻，可以選擇由防火墻來(lái)做地址翻譯。3.1Outbound 流量負(fù)載均衡實(shí)現(xiàn)原理F5多鏈路負(fù)載均衡設(shè)備主要采用以下幾種技術(shù)來(lái)處理 Outbound流出流量。DefaultGatewayPool在DefaultGatewayPool中，定義相應(yīng)的ISP對(duì)端路由器地址，作為負(fù)載均衡的對(duì)象，并且可以捆綁健康檢查，負(fù)載均衡算法以及會(huì)話(huà)保持等屬性。DefaultGatewayPool中的Nodes定義為多個(gè)F5多鏈路負(fù)載均衡設(shè)備的缺省路由。IRules對(duì)于復(fù)雜的鏈路選擇需求，可以使用 F5獨(dú)有的irules來(lái)定義。WildcartVirtualServerWildcartVirtualServer—0.0.0.0:0/internal，WildcartVirtualServer是指0.0.0.0這個(gè)特殊的虛擬服務(wù)器，一般用于捆綁DefaultGatewayPool。SNAT/SNATAutomap對(duì)于Outbound流量的地址翻譯，F(xiàn)5多鏈路負(fù)載均衡設(shè)備使用了稱(chēng)為SNAT的方法。當(dāng)選定一個(gè)路由器（某一個(gè)ISP）傳送Outbound流量時(shí)，多鏈路負(fù)載均衡設(shè)備將選擇該ISP提供的地址。在上圖中，如果多鏈路負(fù)載均衡設(shè)備選擇ISP1作為Outbound流量的路徑，則它將把內(nèi)部的主機(jī)地址 192.168.1.A翻譯為100.1.1.A，并作為Outbound數(shù)據(jù)包的源地址。同樣，如果多鏈路負(fù)載均衡^.mwoiin設(shè)備選擇ISP2作為Outbound流量的路徑，則它將把內(nèi)部的主機(jī)地址192.168.1.A翻譯為200.1.1.A，并作為Outbound數(shù)據(jù)包的源地址。當(dāng)F5多鏈路負(fù)載均衡設(shè)備定義：將內(nèi)部的主機(jī)地址翻譯為VianSelf-IP時(shí),即100.1.1.A=100.1.1.2,200.1.1.A=200.1.1.2時(shí)，稱(chēng)為SNATAutomap。Inbound流量負(fù)載均衡實(shí)現(xiàn)原理F5多鏈路負(fù)載均衡設(shè)備主要采用以下幾種技術(shù)來(lái)處理 Inbound流入流量DNS解析器（WideIP）Inbound流量負(fù)載均衡的核心技術(shù)是DNS解析的問(wèn)題。外部用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)在DNS請(qǐng)求時(shí)，就通過(guò)F5多鏈路負(fù)載均衡設(shè)備獲知了鏈路的健康狀況和鏈路優(yōu)先選擇，這樣多鏈路負(fù)載均衡設(shè)備必須承擔(dān)部分 DNS的功能，以便返回給用戶(hù)相應(yīng)的訪(fǎng)問(wèn)IP地址。F5多鏈路負(fù)載均衡設(shè)備支持A記錄和*記錄解析。WideIP可以捆綁各種Inbound負(fù)載均衡算法：CompletionRate，GlobalAvailability，hops，kilobytes/second，leastconnections，PacketRate，QualityofService，Random，Ratio，RoundRobin，RoundTripTime，StaticPersist，VSCapacity。VirtualServer/NetworkVirtualServer/TransparentVirtualServer由于所有的F5多鏈路負(fù)載均衡設(shè)備可以兼做服務(wù)器負(fù)載均衡， 因此F5返回給用戶(hù)DNS解析是VirtualServer；對(duì)于一些特殊的場(chǎng)合，需要配置一些特殊的VirtualServer，例如：NetworkVirtualServer以及TransparentVirtualServer。ForwardingPool有的情況下，既不需要地址翻譯，有不需要服務(wù)器負(fù)載均衡，但是又需要pool的一些特性時(shí)（例如：AutoLasthop），必須配置ForwardingPool。^.inwoiinLasthoppool/AutoLasthopF5的Lasthop功能，稱(chēng)為基于連接的路由，用在F5處理數(shù)據(jù)包回應(yīng)時(shí)，會(huì)根據(jù)上一跳路由設(shè)備的MAC地址，確定返回路徑，以便正確返回給最初發(fā)起訪(fǎng)問(wèn)數(shù)據(jù)包的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。NAT對(duì)于直接通過(guò)IP地址進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)的 Inbound流量