网络负载平衡(NLB)详解!

为满足企业不断的成长需求，实现企业服务器的高可伸缩性、高可用、高可靠性和高性能，提升服务器的SLA，Microsoft到目前为止，提出了五种解决方案：

 

今天将就网络负载平衡（Network Load Balancing，以下简称NLB）解决方案来做详细讲述，帮助大家了解什么是NLB，NLB中每个参数代表什么意义、起什么作用，如何快速、成功的搭建NLB。
        网络负载平衡是 Microsoft 在所有 Windows 2000 Server 和 Windows Server 2003 操作系统上提供的一种负载平衡技术。NLB 使用一种分布算法将负载均衡分布到多台主机上，从而提高基于 IP 的关键型服务（例如 Web、虚拟专用网络、流媒体、终端服务、代理等等）的可伸缩性和可用性，同时可检测主机故障并自动将流量重新分配给其他操作主机，从而提供高可用性。
         该文章取自一个部署案例，是针对一 Web站点，利用NLB技术来实现其高可用、可伸缩、并承担更高访问量的要求。在实施NLB中，我将详细的对NLB中的技术参数做一整体的讲解，帮助各位对NLB技术的系统认识和掌握。
         在介绍NLB之前，先讲讲做这次NLB配置的相关参数设置：

我们在哪里可以创建NLB呢？Windows 2003 Server在默认安装时就已经安装好了，我们只需要在管理工具中选择就可以了；在Windows 2000 Server中默认是没有安装NLB的，需要在添加删除程序中手动进行添加，今天我不针对在Windows 2000 Server上使用NLB来做阐述。在Windows 2000 Server中创建NLB和在Windows 2003 Server中创建NLB还有个很大的不同之处，在于Windows 2000 Server的NLB创建时，只能有一块网卡启动，Windows 2003 Server则没有这种限制，可以有多块网卡进行工作。
          在开始配置NLB之前，若在工作组模式下，请将准备创建NLB服务的帐户进行密码修改，NLB服务器的用户名和密码修改为一样，避免在后面添加多个主机时出现“Error code：0x800706d5”错误；在域环境中，所有帐户均在“AD用户和计算机”中进行管理，所以不用担心出现这种情况的发生。
          进入一台实体服务器（10.134.130.104），在“Start（开始）”菜单中点击“Administrative Tools（管理工具）”，单击“Network Load Balancing Manager（网络负载平衡管理器）”，启动NLB管理控制界面。
          进入后，我们就可以创建NLB了。右击“Network Load Balancing Clusters（网络负载平衡群集）”，因还没有创建好的群集，所以选择“New Cluster（新建群集）”，如图 一：

进入“Cluster  Parameters（群集参数）”配置界面，在 “Cluster IP configuration（群集IP配置）”中（如图 二），我们输入之前定义好的Virtual IP（10.134.130.100）到“IP address（IP地址）”中，此IP地址及我们对外提供访问的IP地址；在“Subnet mask（子网掩码）”中，我们输入与实体服务器相同的子网掩码“255.255.255.0”，请确保其正确；在“Full Internet name（完整Internet名称）”中输入相应名称，若在工作组环境中，我们输入的名称将作为其NLB描述，若在域环境中，该Internet名称将在DNS中注册，以提供域名形式访问站点，但VIP需要我们手动添加到DNS中。因该环境在工作组模式下，所以在此输入CnfanMonitor即可； “Network address（网络地址）”不需要我们手动输入，它会根据我们在下面的“Cluster operation mode（群集操作模式）”中选择的模式进行MAC地址的生成。[NextPage]

进入“Cluster operation mode（群集操作模式）”设置该NLB是以“Unicast（单播）”还是“Multicast（多播）”的模式来运行。在此，将详细的讲述在NLB中，单播和多播的区别。
          单播：在每个群集成员上，NLB 覆盖网络适配器上制造商提供的 MAC 地址。NLB 对所有成员都使用相同的单播 MAC 地址。这种模式的优点是它可以无缝地与大多数路由器和交换机协同工作。缺点是到达群集的流量会扩散到交换机虚拟 LAN (VLAN) 上的所有端口，并且主机之间的通信不能通过 NLB 绑定到的适配器，也即实体主机间不可以互相通信。若我们在NLB创建时选择单播的模式，在“群集IP配置”中的“网络地址”是以“02 - BF”开头，后面紧跟IP地址的十六进制表示，该网络地址与实际主机的MAC地址相同，后续加入的主机也将修改为此MAC地址。
          多播：保留原厂 MAC 地址不变，但是向网络适配器中增加了一个第 2 层多播 MAC 地址。所有入站流量都会到达这个多播 MAC 地址。优点是这种方法可以通过在交换机的“内容可寻址存储器”(CAM) 表中创建静态项，从而使得入站流量仅到达群集中的主机。缺点是因为 CAM 项必须静态关联一组交换机端口，如果没有这些 CAM 项，入站流量仍然会扩散到交换机 VLAN 上的所有端口。还有一个缺点就是很多路由器不会自动将单播 IP 地址（群集的虚拟 IP 地址）与多播 MAC 地址关联起来。如果进行静态配置的话，一些路由器可以存在这种关联。若我们在NLB创建时选择多播的模式，在“群集IP配置”中的“网络地址”是以“03 -BF”开头，后面紧跟IP地址的十六进制表示。在选择多播模式时，后面还有个复选项“IGMP Multicast（IGMP多播）”，若复选此项，就像多播操作模式一样，NLB 保留原厂 MAC 地址不变，但是向网络适配器中增加了一个 IGMP 多播地址。此外，NLB 主机会发出这个组的 IGMP 加入消息。如果交换机探测到这些消息，它可以使用所需的多播地址来填充自己的 CAM 表，这样入站流量就不会扩散到 VLAN 上的所有端口。这是这种群集模式的主要优点。缺点是有一些交换机不支持 IGMP 探测。除此之外，路由器仍然支持单播 IP 地址到多播 MAC 地址的转换。在IGMP多播模式下，将采用“01 �C 00 - 5E”开头的MAC地址。在多播的模式下，实体主机之间可以互相通信。
         在了解了单播和多播的概念后，我们就可以进行下一步的NLB配置了。一般来说，在NLB的创建时，单网卡多播，双网卡单播。双网卡单播时，因为主机之间不能互相通信，将设置内网通讯的网卡，也就是群集设置中的心跳。在微软官方推荐在NLB设置时，首先考虑单播模式，除非单播不能满足其要求，若要解决流量扩展的方法，推荐使用VLAN。
         当我们清楚地了解了单播和多播的区别后，结合我们的自身特点，选择相应的模式进行NLB创建，在此我选择“单播”模式（如图 三）。

在“Allow remote control（允许远程控制）”设置中，没有进行相关设置，如果有需要提供远程控制，需输入远程控制密码。
         配置完成后，点击“Next”进入下一设置页面“Cluster IP Addresses（群集IP地址）”。因只提供一个VIP进行对外访问，所以在此不用进行其他群集IP地址添加（如图 四）。

在“Allow remote control（允许远程控制）”设置中，没有进行相关设置，如果有需要提供远程控制，需输入远程控制密码。
         配置完成后，点击“Next”进入下一设置页面“Cluster IP Addresses（群集IP地址）”。因只提供一个VIP进行对外访问，所以在此不用进行其他群集IP地址添加（如图 四）。

点击“Next”进入“Port Rules（端口规则）”设置页面。在此设置页面的动作非常重要，它将决定NLB如何工作，利用哪个端口进行工作等等。这页面的设置也是唯一NLB主机中可以不一样的地方，但必须满足规则“兼容”。在默认情况下，NLB已经为我们创建出一条端口规则，该规则满足所有的TCP/UDP端口实现负载均衡（如图五）。

 

显然，这条规则是不安全的，我们需要根据实际的要求，对该规则进行修改或者添加其他的端口规则。
         鼠标点击“Edit（编辑）”，进入“Add/Edit Port Rule（添加/编辑端口规则）”界面，对默认规则进行修改设置。
        “Cluster IP address（群集IP地址）”：此设置项是用来指定达到哪个群集IP的接受处理方式将按照以下设置进行。因我们没有在“Cluster IP Addresses（群集IP地址）”添加其他的群集IP，在此我们将不进行单独设置，选择“All”即可。
        “Port range（端口范围）”：默认情况下，TCP或UDP的0 ~ 65536端口都是可以NLB使用的，但为了NLB的安全，我们只针对所提供的服务进行特定设置。在此我们提供Web站点服务，站点使用80端口进行对外访问，所以我们将此端口范围修改为“From 80 To 80”。
        “Protocols（协议）”：选择使用哪种协议来提供服务，在此选择TCP协议。
        “Filtering mode（筛选模式）”：在此选项设置中，将选择“Multiple host（多主机）”以何种方式提供服务。多主机之间进行负载平衡时，“Affinity（相似性）”可以选择“None”、“Single”、 “Class C”三种。相似性在此是设置在多主机负载平衡时，对客户端的IP做出的相应反应。选择“Single（单一）”，即表示第一次用户端访问VIP分配到实际的物理主机时，以后所有的请求都由这台主机提供处理；若选择“Class C”模式，则表示一个C类地址的客户端请求将全部由第一次处理请求的主机负责。
         “Single Host（单一主机）”：若选择此选项，该端口范围内的所有请求都将由一台主机来进行处理，此选项将配合后面的主机优先级来进行主机判定。
          “Disable this port range（禁用此端口范围）”：一般这个选项会在端口例外中进行设置，也就是说，当我们指定了一个比较大的范围端口时，其中有一个或几个端口我们不需要客户端用户访问到，这时我们将利用这个规则来进行设定，防止用户访问此端口请求。   
         针对本次NLB搭建，我的端口规则设定如图 六。

如果大家在测试环境中实验，可能会发现我不写任何的端口规则，一样的可以进行下一步动作，进入到“Connect（连接）”界面。这时可能有人要问了，那NLB使用什么规则来提供服务呢？其实如果我们不进行端口规则设置的话，NLB所有的端口规则将默认使用单一主机来提供处理，处理的优先级将用来决定是那台主机提供相应的处理请求。[NextPage] 
         完成端口规则设定后，点击“Next”进入“Connect”设置进行主机设置。在“Host（主机）”处输入主机IP或者电脑名，点击 “Connect”，此时将会把连接到的主机信息显示在“Interfaces available for configuring a new Cluster（配置一个新的群集可用的接口）”中，因本次搭建的NLB有两块网卡，所以选择对外提供服务的网卡来进行NLB设置。
注：实体服务器不得使用DHCP获取的IP地址，必须手动设置，否则将出现如下提示（如图 七）。

选择好连接的网卡后，点击“Next”进入“Host Parameters（主机参数）”设置界面（如图八）。在“Priority（优先级）”中设定该主机的NLB优先状态，因此主机是NLB的第一台，所以选择优先级为1。在“Dedicated IP Configuration（专用IP设置）”中，这里的IP设置必须是在同一网段的IP才可以，比如说，本次搭建NLB的服务器上有两片网卡，其中一片对外提供服务（10.134.130.104），一片内部通讯（192.168.1.104），可能有人会认为把专有IP类似于Cluster一样设置为内部通讯IP（192.168.1.104）即可。其实不然，这里的专有IP不能设置为内部通讯IP，因为不在同一网段，这是NLB的基本要求。但当我们主机只有一块网卡时，此处默认及为对外IP地址。设定好专用IP后，进行“Initial host state（初始主机状态）”设定，默认状态我设定为“Started（启动）”。

完成全部的设置后，点击“Finish”，网络负载平衡管理器将完成我们之前的所有设定。在此过程中，将重新配置网卡IP，启动“负载均衡”协议，当完成后，我们将看到一个聚合好的NLB（如图 九），当然，现在我们还只添加了第一台主机。

后续要添加主机到该群集中，我们只需右键点击刚创建好的NLB，选择“Add Host To Cluster（主机加入到群集）”（如图 十），此设置将直接转到“Connect（连接）”界面，按照第一台主机的方式进行相关设置即可。

等第二台主机（10.134.130.105）也聚合完成后，我们即完成了Cnfan Web站点的负载均衡设置，在IE中直接输入[url]http://10.134.130.100[/url]将访问到相关站点。
          对外10.134.130.100将作为网站接口提供客户端用户连接，但实际在内部将由10.134.130.104和10.134.130.105进行请求处理。
         微软的网络负载平衡可以提供最多32台主机的负载平衡，当我们的Web站点需要分担更多用户访问请求的时候，负载均衡无疑是值得考虑的一个解决方案。当然NLB也有相应的限制，像广域网环境中，我们就不能使用NLB进行设置，因为其网络不允许使用同一个MAC地址，也就违反了NLB的基本要求。
          在安全方面，除了我们进行的端口规则设定，Windows 2003 Server本身基于TCP/IP 堆栈的集成是动态的，不用进行任何人工干预，这种设置有效的防止了DOS攻击等恶意攻击。除此之外，企业结合自身的网络安全，确保NLB站点的高效运作。

参考资料
服务器群集和网络负载均衡
[url]http://www.microsoft.com/china/t[/url] ... ering/newclust.mspx
网络负载平衡常见问题
[url]http://www.microsoft.com/china/t[/url] ... stering/nlbfaq.mspx