负载均衡知识普及

 

概述

      负载均衡，英文名称为Load Balance，又称为负载分担。

　   负载均衡设备不是基础网络设备，而是一种性能优化设备。对于网络应用而言，并不是一开始就需要负载均衡，当网络应用的访问量不断增长，单个处理单元无法满足负载需求时，网络应用流量将要出现瓶颈时，负载均衡才会起到作用。

 　  负载均衡有两方面的含义：

       首先，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，这就是我们常说的集群（clustering）技术。

       第二层含义就是：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，这主要针对Web服务器、FTP服务器、企业关键应用服务器等网络应用。

       通常，负载均衡会根据网络的不同层次（网络七层）来划分。其中，第二层的负载均衡指将多条物理链路当作一条单一的聚合逻辑链路使用，这就是链路聚合（Trunking）技术，它不是一种独立的设备，而是交换机等网络设备的常用技术。

        现代负载均衡技术通常操作于网络的第四层或第七层，这是针对网络应用的负载均衡技术，它完全脱离于交换机、服务器而成为独立的技术设备。四到七层网络负载均衡常应用在电信、移动、银行、大型网站等单位进行了应用，因为其网络流量瓶颈的现象最突出。另外，随着企业关键网络应用业务的发展，负载均衡的应用需求也越来越大了。 

算法规则

       企业可依需求自行设定负载平衡规则，而网络存取可参照所设定的规则，执行网络流量负载平衡导引。算法规则有： 

　　◎ 依序Round Robin

 　　◎ 比重Weighted Round Robin

 　　◎ 流量比例Traffic

 　　◎ 使用者端User

 　　◎ 应用别Application

 　　◎ 联机数量Session

 　　◎ 服务别Service

 　　◎ 自动分配Auto Mode  

负载均衡技术主要应用

　　1．DNS负载均衡最早的负载均衡技术是通过DNS来实现的，在DNS中为多个地址配置同一个名字，因而查询这个名字的客户机将得到其中一个地址，从而使得不同的客户访问不同的服务器，达到负载均衡的目的。DNS负载均衡是一种简单而有效的方法，但是它不能区分服务器的差异，也不能反映服务器的当前运行状态。 

　　2．代理服务器负载均衡 使用代理服务器，可以将请求转发给内部的服务器，使用这种加速模式显然可以提升静态网页的访问速度。然而，也可以考虑这样一种技术，使用代理服务器将请求均匀转发给多台服务器，从而达到负载均衡的目的。 

　　3．地址转换网关负载均衡 支持负载均衡的地址转换网关，可以将一个外部IP地址映射为多个内部IP地址，对每次TCP连接请求动态使用其中一个内部地址，达到负载均衡的目的。 

　　4．协议内部支持负载均衡除了这三种负载均衡方式之外，有的协议内部支持与负载均衡相关的功能，例如HTTP协议中的重定向能力等，HTTP运行于TCP连接的最高层。 

　　5．NAT负载均衡NAT（Network Address Translation 网络地址转换）简单地说就是将一个IP地址转换为另一个IP地址，一般用于未经注册的内部地址与合法的、已获注册的Internet IP地址间进行转换。适用于解决Internet IP地址紧张、不想让网络外部知道内部网络结构等的场合下。 

　　6．反向代理负载均衡普通代理方式是代理内部网络用户访问internet上服务器的连接请求，客户端必须指定代理服务器，并将本来要直接发送到internet上服务器的连接请求发送给代理服务器处理。反向代理（Reverse Proxy）方式是指以代理服务器来接受internet上的连接请求，然后将请求转发给内部网络上的服务器，并将从服务器上得到的结果返回给internet上请求连接的客户端，此时代理服务器对外就表现为一个服务器。反向代理负载均衡技术是把将来自internet上的连接请求以反向代理的方式动态地转发给内部网络上的多台服务器进行处理，从而达到负载均衡的目的。 

　　7．混合型负载均衡在有些大型网络，由于多个服务器群内硬件设备、各自的规模、提供的服务等的差异，我们可以考虑给每个服务器群采用最合适的负载均衡方式，然后又在这多个服务器群间再一次负载均衡或群集起来以一个整体向外界提供服务（即把这多个服务器群当做一个新的服务器群），从而达到最佳的性能。我们将这种方式称之为混合型负载均衡。此种方式有时也用于单台均衡设备的性能不能满足大量连接请求的情况下。 

负载均衡应用分类

　　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。 

　　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： 

　　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。 

　　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。 

　　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。

 

负载均衡设备部署方式

        负载均衡有三种部署方式：路由模式、桥接模式、服务直接返回模式。路由模式部署灵活，约60%的用户采用这种方式部署；桥接模式不改变现有的网络架构；服务直接返回（DSR）比较适合吞吐量大特别是内容分发的网络应用。约30%的用户采用这种模式。 

1、路由模式（推荐）

　　路由模式的部署方式如上图。服务器的网关必须设置成负载均衡机的LAN口地址，且与WAN口分署不同的逻辑网络。因此所有返回的流量也都经过负载均衡。这种方式对网络的改动小，能均衡任何下行流量。 

2、桥接模式

 　　桥接模式配置简单，不改变现有网络。负载均衡的WAN口和LAN口分别连接上行设备和下行服务器。LAN口不需要配置IP（WAN口与LAN口是桥连接），所有的服务器与负载均衡均在同一逻辑网络中。

　　由于这种安装方式容错性差，网络架构缺乏弹性，对广播风暴及其他生成树协议循环相关联的错误敏感，因此一般不推荐这种安装架构。 

3、服务直接返回模式

　　如上图，这种安装方式负载均衡的LAN口不使用，WAN口与服务器在同一个网络中，互联网的客户端访问负载均衡的虚IP（VIP），虚IP对应负载均衡机的WAN口，负载均衡根据策略将流量分发到服务器上，服务器直接响应客户端的请求。因此对于客户端而言，响应他的IP不是负载均衡机的虚IP（VIP），而是服务器自身的IP地址。也就是说返回的流量是不经过负载均衡的。因此这种方式适用大流量高带宽要求的服务。 

 

负载均衡设备常见产品

1、F5

　　应用交付网络（ADN）的全球领导者。F5公司于2000年底进驻中国，目前已分别在北京、上海、广州、成都、深圳、珠海设立了办事机构。在国内业界，F5产品已经成为了主流负载均衡技术的代名词。

http://www.f5.com/products/big-ip/（官网产品专区）

2、深信服 

　　深信服应用交付AD产品具备服务器负载均衡、链路负载均衡、单边加速、智能优化技术、SSL加速、商业智能分析等优势功能，将用户访问请求智能匹配到最优的链路，并为用户选择响应最快的服务器，提升用户使用体验，并为企业提供科学管理的决策。

http://www.sangfor.com.cn/products/ad.html（官网产品介绍）

3、梭子鱼

 　　梭子鱼负载均衡机通过为多台服务器进行流量均衡、网络入侵防护等流量优化和安全扫描机制，实现应用的高可用性和安全性，并通过完善的服务器健康检查机制，为应用提供冗余。梭子鱼使用软、硬件一体化设计，避免了根据服务器台数和端口数的收费方式，为用户提供性价比极高的应用安全负载均衡。

http://barracudanetworks.com.cn/View_Product.asp?ID=6（官网产品专区）

4、Radware

Radware成立于1997年4月，公司总部设在以色列特拉维夫市。作为全球领先的网络智能应用交换解决方案提供商，Radware的用户遍及40多个国家,在全球有130家经销商，其任务就是通过最优化的资源的使用率，在Internet、Intranet或Extranet应用中提供既经济、功能又强大的网络应用环境。Radware 产品系列中包括为满足IP应用服务器、防火墙、cache 服务器和WAN链接而开发和设计的产品。结合市场上丰富的功能设置，提供了完全可扩展的解决方案。

http://www.radware.com.cn/Products/ApplicationDelivery/default.asp（官网产品概览）

5、Array

Array Networks是应用交付网络解决方案的全球领导者，可在确保应用性能、高可靠性和安全性的同时，将应用推送到终端用户。通过Array产品，用户可以使用任何设备、从任何地点访问云环境或企业数据中心的应用、桌面或服务。从Web站点、到电子商务、到企业应用、再到云服务，Array解决方案提供了卓越的终端用户体验和可靠的安全性，全力保障企业的运营效率。

http://www.arraynetworks.com.cn/index.php?option=com_content&view=article&id=140&Itemid=37（官网产品中心）

 

6、A10

A10公司是应用网络技术的领导者，帮助企业加速、优化应用，保障网络安全。A10公司的旗舰产品AX系列应用交付控制器全球有超过2000个客户。A10公司革新技术是它的可扩展性高级核心操作系统（ACOS）AX系列卓越的可靠性，高性能和能量效率低的总体拥有成本(TCO) 远远超越竞争对手。AX系列平台为用户提供应用交付器/服务器负载均衡、IPv6迁移、云计算和虚拟化的解决方案。AX系列为客户提供一个积极的最终用户体验，快速响应业务需求，确保有效的数据中心操作。

 

http://www.a10networks.com.cn/products/axseries.php（官网ADC设备介绍）

 

 

 

实际应用案例

　　业务连续性与高可用性从来都是企业的生命线。我们很难想象，当一个银行的信息系统中断那怕是一个小时，将会造成怎样的严重后果。据权威统计，经历突发性重大灾害后的公司有将近43%倒闭，而另外51% 也在两年之内陆续关门。要保证关键业务7x24不中断，应对激烈的市场竞争和提高客户满意度，企业必须在IT系统围绕“连续”主题进行构建，实施业务连续/容灾备份计划，包括业务连续性、高可用性管理、容灾、数据保护和恢复案、安全等。 

　　正是基于以上考虑，某银行数据中心采用了梭子鱼提供服务器负载均衡高可用性解决方案，该银行实现了多数据中心链接和高负载高流量的网络应用目标，确保了该银行数据中心的稳定的业务处理能力。

 

　　客户需求

 

　　某银行成立于1992年，是国有控股的全国性股份制商业银行，为国内第一家有国际金融组织参股的银行，具有雄厚的资金实力，特点鲜明的股权结构，完善的经营管理体制，布局合理的机构网络，该银行已在全国23个省、自治区、直辖市的36个经济中心城市拥有分支机构300多家，成为对社会有一定影响的全国性股份制商业银行。与此同时，该银行也积极利用信息化手段，来提高自身的竞争力和客户满意度。

 

　　就该银行而言，要确保银行数据中心高流量负载和高可用性，全面部署高可用性的服务器负载均衡解决方案，要求如下：在正常情况下两台或多台服务器的负载基本相同，在某台服务器停机的情况下透明的容错，保证关键服务的持续。ISP接入链路的容灾：在每个数据中心采用不同的ISP接入链路，保证在ISP故障的情况下系统的正常运行，而在正常的情况下实现负载均衡，提高链路利用率。多数据中心的协同工作：为配合未来在业务量增加的情况下，在某分中心的协同工作，特别是不同地理位置的用户的就近性访问的考虑，以提高服务品质，增加用户访问的满意度。

 

　　解决方案

 

　　针对某银行的目前需求现状和未来需求趋势，考虑到该银行数据中心的后台是通过中间件为基础架构搭建起来，梭子鱼提供了两台440梭子鱼服务器负载均衡设备机，并以服务器直接返回模式(DSR)将负载均衡设备接入网络，对每一层的应用服务器进行负载均衡。该方案具有以下优势：

 

　　1． DSR模式为梭子鱼独有负载均衡工作模式，是专门针对如金融行业这种对高并发连接数有严格要求的行业开发的模式。

 

　　2． 简单快速的网络搭建，实现网络拓扑零改动。

 

　　梭子鱼负载均衡机是提供本地服务器群负载均衡和容错的产品，在充分利用现有资源以及对IT基础设施进行最小变动的前提下有效地进行流量的分配，从而提高服务器的处理性能。对客户端而言，这一切都是透明的。

 

　　两台梭子鱼负载均衡机做为一组，对应用服务器提供负载均衡服务，并且互为备份，采用“心跳”技术实时监控伙伴设备的同时，也实现了负载均衡设备的负载均衡。能够避免SPOF和单点瓶颈的问题， 最大限度地发挥负载均衡的能力。

 

　　采用梭子鱼负载均衡440系列产品处理多ISP的多网段IP地址的情况，由该产品全权处理有关DNS解析和多数据中心的多ISP接入链路问题。开启该产品的健康检查功能，检查两个或多个数据中心的服务状况，以确保用户的正常访问。DNS服务器分别接在接入路由器上，负责用户的DNS访问请求。引导用户使用最快的链路进行访问站点。同时，梭子鱼附在均衡机负责检查线路的健康状态，一旦检测到线路的中断，则停止相应线路的地址解析。

 

　　客户价值

 

　　采用梭子鱼服务器负载均衡机440产品系列后，某银行系统可以达到以下益处：

 

　　@高可用性： 梭子鱼负载均衡机的配合可以实现动态分配每一个流量请求到数据中心或后台的BEA WebLogic中间件服务器，并动态检查各个服务器的状态，将下一个请求分配给最有效率的服务器，任何服务器死机时，梭子鱼负载均衡机即刻将流量请求分配给其他的中间件服务器，从而达到99.999%系统有效性。

 

　　@高安全性： 梭子鱼服务器负载均衡支持地址翻译技术和安全地址翻译，这样一来客户不可能知道真正提供服务的服务器的IP地址与端口，另外，产品的管理全部采用SSH和SSL技术，可以防止来自内部或互联网上的黑客攻击。

 

　　@高效率： 采用梭子鱼负载均衡之后，可智能寻找最佳的服务器从而保证客户得到响应最快的服务器以提供最佳的服务。此外，产品能够充分利用中间件服务器的有效资源和处理能力，所以，每次客户请求都可以得到最快速的响应从而提高系统的工作效率。

 

　　@高可扩展性：梭子鱼服务器负载均衡机可以帮助用户根据访问客户的流量，数量和地理位置等多项指标合理规划和扩建分中心，并且对用户是透明的；产品可以支持动态增加或删除其负载均衡的服务器群组的任何数量的服务器,而不需要对客户端或后台做任何改变从而使得系统扩展轻松方便。

 

　　@高可管理性：梭子鱼负载均衡产品界面友好，且有统一的中央平台可以实时监控整个服务器群组的流量状态，并分析发展趋势帮助客户及时根据流量增长增加服务器。

 

　　从业务和应用层面而言，该银行数据中心的关键业务确保24小时不间断，提高了服务的效率，从而增加了客户满意度和竞争力。