负载均衡技术分析与测试报告
负载均衡技术分析与测试报告
目录
负载均衡测试报告... 1
负载均衡技术概述：... 2
服务器负载均衡... 2
链路负载均衡... 3
Outbound链路负载均衡... 3
Inbound链路负载均衡... 4
常见负载均衡调度算法... 5
测试目的... 6
测试环境搭建... 7
1：原始网络环境... 7
2：测试网络环境... 7
测试设备介绍... 8
1：产品介绍... 8
2：产品操作界面... 8
出现问题... 9
最终解决方案... 9
测试效果... 10
测试结论：... 12
负载均衡技术概述：
负载均衡是一种集群技术，在数据中心建设以及企业网出口建设中起到至关重要的作用。它将特定的业务分担给多台服务器、网络设备或者多条链路、从而提高业务的整体处理能力，同时保证业务的可靠性
根据服务的对象负载均衡技术分为：
服务器负载均衡
链路负载均衡
服务器负载均衡
应用场景：数据中心服务器介入区域
服务器负载均衡模式：
服务器的负载分担可以根据部署方式的不同分为两种，网络地址转换、直连路由。
网络地址转换（NAT）：将客户端的请求报文的目的ip地址转换为真实服务器的ip地址，发给真实服务器，并将服务器应答报文原地址转换为虚服务ip地址，发给客户端。此种方式可以直接部署在网络中。
直连路由（DR）:将客户端请求报文的目的mac地址转换为真实服务器的mac地址，将请求发送给真实服务器，而真实服务器直接将响应报文返回客户端。此种方式一般多使用旁挂方式部署。
优点：解决传统服务器部署负载不均的问题
提高业务的可靠性，保证服务质量
业务虚拟一体化，管理维护方便
提高系统处理能力的同时降低整体投资成本
链路负载均衡
场景：企业、高校和数据中心等互联网出口
按照业务流量的方向可以分为Outbound链路负载均衡和Inbound链路负载均衡
（1）:Outbound链路负载均衡：将用户访问外网的流量均匀的分担到多条链路上。
（2）：Inbound链路负载均衡：多条链路上分担用户访问内网的流量。
Outbound链路负载均衡
实现原理：负载均衡设备一次根据持续性功能，acl策略、就近性探测、段度算法等选择对家的物理链路，将业务流量分发到该链路上。同时采用健康检查检测链路状态，一旦出现问题就不在将数据分发到该链路上，不仅起到负载分担也起到链路备份的功能。
Outbound负载均衡
Inbound链路负载均衡
实现原理：负载均衡设备作为权威域名服务器记录域名与内弯服务器ip地址的ingsheguanxi。一个域名可以映射多个ip地址。每个ip地址对应一条物理链路。外网用户通过域名方式访问内网服务器时，负载均衡设备根据acl策略、ISP选路以及就进行探测选择最佳的物理线路，并将对应的ip地址作为dns解析结果返回给用户，外网通过该链路访问内部服务器。
Inbound负载均衡
（1）到（6）用户通过递归查询、迭代查询，找到负载均衡设备。
（7）负载均衡设备通过就近性检查发现用户处于移动网络中
（8）负载均衡设备返回移动接口的IP地址给用户本地dns服务器。
（9）（10）用户得到www.honliv.com对应的移动的地址，从移动线路访问
优点：实现流量的负载分担，提高网络质量
实现监控链路状态，提高链路可靠性
丰富灵活的选路机制，满足多种业务需求。
常见负载均衡调度算法
负载均衡中的调度算法是一种分发机制，设备根据这种机制把数据分给不同的服务器或者链路。
常用的调度算法：
最大带宽：常用于链路负载均衡技术，负载均衡设备统计各链路的带宽利用率，把新的连接发送给当前带宽剩余最大的链路上。
轮询：把数据依次分发给个台服务器或者链路，轮询算法适合服务器软硬件配置均衡
或者多条链路带宽均等的情况下。
加权轮询：根据服务器的处理能力，或者链路质量的好坏。分配不同的权值，这样处理能力高的服务器或者链路就会承担更多的业务。
最小链接：负载均衡对内部服务器或者链路都有一个数据记录，记录当前服务器处理的连接数，当有新的连接请求时分配给连接数最小的服务器。
测试目的
公司不断发展接入的运营商线路越来越多。目前公司拥有ISP线路共7条，移动有2条100兆，联通线路有3条100兆1条80兆，电信线路有一条30兆，总带宽610兆。具体情况如下表所示：
运营商 |
线路带宽/M |
个数/条 |
总计/M |
移动 |
100 |
2 |
200 |
联通 |
100 |
3 |
300 |
联通 |
80 |
1 |
80 |
电信 |
30 |
1 |
30 |
610 |
目前的负载方式是在防火墙上做策略路由，根据源地址的不同将内网用户手动负载到各个线路上，不同线路的用户使用不同的dns。
这种方法有诸多缺点：
1：配置麻烦要考虑各个运营商dns的不同，
2：高峰时期不能动态调整。联通线路整体压力小于移动，联通空闲资源不能动态分给
移动。
3：公司员工反映上网高峰时期（20点-24点）网速缓慢。
为解决上述问题，公司引入信安世纪负载均衡设备进行测试。
测试环境搭建
1：原始网络环境
在原始网络环境中所有ISP接入防火墙，用户的数据由防火墙做统一的处理。
2：测试网络环境
由于联通1承载绝大部分公司对外业务，为确保业务不受影响，仅对其余六条线路进行测试，测试环境如下图所示：业务流量走联通1保持不变，用户上网流量通过策略路由导入信安世纪负载均衡。
测试设备介绍
1：产品介绍
Infosec NSAE设备能够在极大地提高企业核心应用和业务平台的可用性、性能以及安全性的同时，降低企业数据中心成本和复杂性。作为一个为企业级应用服务设计的应用交付解决方案，Infosec NSAE设备代表了新一代的应用负载均衡和性能优化产品，仅仅通过一个功能强大的系统，即可提供高度集成的应用交付功能。
在实际调试中学习到，信安世纪INFOSEC NSAE 15000产品不仅能实现服务器负载均衡、链路负载均衡，也支持nat、防火墙、qos、集群部署等高级功能，同事拥有一定缓存能力，能提供有限的HTTP、dns的内网缓存。图形化监控管理方面可以根据需要自己定制监控图形，这样做增加了配置复杂度但是提高可灵活性。
2：产品操作界面
系统配置：配置主机名、主机时间、配置接口地址、配置路由等，实现设备基本网络联通。导入isp路由表，实现根据目的地址选路。支持nat确保内网用户正常上网。配置集群、健康检查等高可用即使。支持防火墙功能，提供强大的访问控制。提供各个接口、内部nat表、tcp连接数的监控。
服务器负载均衡：主要针对服务器：通过配置虚拟服务使用同一ip地址对外部提供服务，负载均衡设备对后台集群服务器进行2层-7层的负载分担。
代理：信安世纪负载均衡提供有限的缓存服务，能将HTTP、dns缓存到本地，供内部用户使用加快网页访问速度，缩短dns响应时间。
高级链路负载均衡：提供inbound与outbound双向的负载均衡，通过负载均衡算法将内部流量均匀分配到ISP 线路，并且提供动态调整。通过智能dns对inbound的流量进行优化，处于不同isp的用户访问内部服务器时设备分配不同的ip地址，从而提高响应速度。
管理工具：提供配置文件管理、系统信息管理、用户管理、自定义监控图标等。自定义监控图标可以自己定义监控对象、监控参数又很好的灵活性。
出现问题
使用dns欺骗造成网络阻塞
问题描述：为解决dns问题，内网用户使用dns不同。厂家工程师在负载均衡上配置虚拟dns服务，将内部dns请求进行拦截，返回统一的dns响应。测试初期运行正常。当把电信dns添加到虚拟服务之后出现大面积网络访问缓慢。
问题解决：去掉电信dns
问题原因：电信资源相对较多，用户通过dns欺骗得到较多的电信地址，从电信出口出去，然而电信只有30兆带宽，所以造成网络缓慢。
最终解决方案
经过与工程师讨论最终决定去掉dns欺骗，采用常规方法。目的地址选路+设置带宽阈值。内网用户使用不同的运营商的dns，根据目的地址选路找到响应dns之后返回主机地址，在通过isp选了寻找目的主机。这种方法用户使用那个运营商的dns，负载均很就会把数据分配到响应运营商。当超过接口带宽阈值时设备自动将数据负载到其他线路。
测试效果
1：设备稳定运行两周对各个运营商接口进行检测结果如下：
从监控数据来看，几条外线带宽使用率基本均衡。能自动将内网流量分配到各条外网线路上。电信线路的使用率明显高于其他线路，移动线路的负载压力远小于联通，负载均衡并没有很好的调整。而且由于每条线路均未达到最高峰，自动调整功能未能直观体现。
联通2线路监控：入方向带宽使用率达到70%左右，出方向带宽使用率达到80%左右。
联通3线路监控：入方向带宽使用率达到60%左右，出方向带宽使用率达到80%左右。
联通4线路监控：入方向带宽使用率达到50%左右，出方向带宽使用率达到60%左右。
电信1线路监控：入方向带宽使用率达到90%左右，出方向带宽使用率达到100%左右。
移动1线路监控：入方向带宽使用率达到50%左右，出方向带宽使用率达到10%左右。
移动2线路监控：入方向带宽使用率达到40%左右，出方向带宽使用率达到15%左右。
测试结论：
针对测试目能得出以下结论
1：能解决内网不同dns问题，用户使用不同dns将不会影响用户上网。
2：能实现各个运营商线路的均衡分配，但是动态调整能力特别是不同运营商之间的动态调整能力未知。
3：高峰时期网络慢的问题不能起到很明显的改善作用
4：目的地址选路+带宽权值的负载方式类似于现有防火墙ISP选路+多出口。