負載均衡 (Load Balancing)
負載均衡建立在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)之上,它提供了一種廉價有效透明的方法擴展網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和服務(wù)器的帶寬、增加吞吐量、加強網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理能力、提高網(wǎng)絡(luò)的靈活性和可用性。
由于現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的各個核心部分隨著業(yè)務(wù)量的提高,訪問量和數(shù)據(jù)流量的快速增長,其處理能力和計算強度也相應(yīng)地增大,使得單一的服務(wù)器設(shè)備根本無法承擔。在此情況下,如果扔掉現(xiàn)有設(shè)備去做大量的硬件升級,這樣將造成現(xiàn)有資源的浪費,而且如果再面臨下一次業(yè)務(wù)量的提升時,這又將導致再一次硬件升級的高額成本投入,甚至性能再卓越的設(shè)備也不能滿足當前業(yè)務(wù)量增長的需求。
負載均衡(又稱為負載分擔),英文名稱為Load Balance,其意思就是將負載(工作任務(wù))進行平衡、分攤到多個操作單元上進行執(zhí)行,例如Web服務(wù)器、FTP服務(wù)器、企業(yè)關(guān)鍵應(yīng)用服務(wù)器和其它關(guān)鍵任務(wù)服務(wù)器等,從而共同完成工作任務(wù)。
需要說明的是:負載均衡設(shè)備不是基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備,而是一種性能優(yōu)化設(shè)備。對于網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用而言,并不是一開始就需要負載均衡,當網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的訪問量不斷增長,單個處理單元無法滿足負載需求時,網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用流量將要出現(xiàn)瓶頸時,負載均衡才會起到作用。
負載均衡有兩方面的含義:首先,單個重負載的運算分擔到多臺節(jié)點設(shè)備上做并行處理,每個節(jié)點設(shè)備處理結(jié)束后,將結(jié)果匯總,返回給用戶,系統(tǒng)處理能力得到大幅度提高,這就是常說的集群(clustering)技術(shù)。第二層含義就是:大量的并發(fā)訪問或數(shù)據(jù)流量分擔到多臺節(jié)點設(shè)備上分別處理,減少用戶等待響應(yīng)的時間,這主要針對Web服務(wù)器、FTP服務(wù)器、企業(yè)關(guān)鍵應(yīng)用服務(wù)器等網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。通常,負載均衡會根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的不同層次(網(wǎng)絡(luò)七層)來劃分。其中,第二層的負載均衡指將多條物理鏈路當作一條單一的聚合邏輯鏈路使用,這就是鏈路聚合(Trunking)技術(shù),它不是一種獨立的設(shè)備,而是交換機等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的常用技術(shù)。現(xiàn)代負載均衡技術(shù)通常操作于網(wǎng)絡(luò)的第四層或第七層,這是針對網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的負載均衡技術(shù),它完全脫離于交換機、服務(wù)器而成為獨立的技術(shù)設(shè)備。這也是將要討論的對象。近幾年來,四到七層網(wǎng)絡(luò)負載均衡首先在電信、移動、銀行、大型網(wǎng)站等單位進行了應(yīng)用,因為其網(wǎng)絡(luò)流量瓶頸的現(xiàn)象最突出。這也就是為何每通一次電話,就會經(jīng)過負載均衡設(shè)備的原因。另外,在很多企業(yè),隨著企業(yè)關(guān)鍵網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用業(yè)務(wù)的發(fā)展,負載均衡的應(yīng)用需求也越來越大了。
軟/硬件
軟件負載均衡解決方案是指在一臺或多臺服務(wù)器相應(yīng)的操作系統(tǒng)上安裝一個或多個附加軟件來實現(xiàn)負載均衡,如DNS Load Balance,CheckPoint Firewall-1 ConnectControl等,它的優(yōu)點是基于特定環(huán)境,配置簡單,使用靈活,成本低廉,可以滿足一般的負載均衡需求。
軟件解決方案缺點也較多,因為每臺服務(wù)器上安裝額外的軟件運行會消耗系統(tǒng)不定量的資源,越是功能強大的模塊,消耗得越多,所以當連接請求特別大的時候,軟件本身會成為服務(wù)器工作成敗的一個關(guān)鍵;軟件可擴展性并不是很好,受到操作系統(tǒng)的限制;由于操作系統(tǒng)本身的Bug,往往會引起安全問題。
硬件負載均衡解決方案是直接在服務(wù)器和外部網(wǎng)絡(luò)間安裝負載均衡設(shè)備,這種設(shè)備通常稱之為負載均衡器,由于專門的設(shè)備完成專門的任務(wù),獨立于操作系統(tǒng),整體性能得到大量提高,加上多樣化的負載均衡策略,智能化的流量管理,可達到最佳的負載均衡需求。
負載均衡器有多種多樣的形式,除了作為獨立意義上的負載均衡器外,有些負載均衡器集成在交換設(shè)備中,置于服務(wù)器與Internet鏈接之間,有些則以兩塊網(wǎng)絡(luò)適配器將這一功能集成到PC中,一塊連接到Internet上,一塊連接到后端服務(wù)器群的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)上。
一般而言,硬件負載均衡在功能、性能上優(yōu)于軟件方式,不過成本昂貴。
部署方式
負載均衡有三種部署方式:
路由模式、橋接模式、服務(wù)直接返回模式。路由模式部署靈活,約60%的用戶采用這種方式部署;橋接模式不改變現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu);服務(wù)直接返回(DSR)比較適合吞吐量大特別是內(nèi)容分發(fā)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。約30%的用戶采用這種模式。
路由模式(推薦)
服務(wù)器的網(wǎng)關(guān)必須設(shè)置成負載均衡機的LAN口地址,且與WAN口分署不同的邏輯網(wǎng)絡(luò)。因此所有返回的流量也都經(jīng)過負載均衡。這種方式對網(wǎng)絡(luò)的改動小,能均衡任何下行流量。
橋接模式
橋接模式配置簡單,不改變現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)。負載均衡的WAN口和LAN口分別連接上行設(shè)備和下行服務(wù)器。LAN口
不需要配置IP(WAN口與LAN口是橋連接),所有的服務(wù)器與負載均衡均在同一邏輯網(wǎng)絡(luò)中。
由于這種安裝方式容錯性差,網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)缺乏彈性,對廣播風暴及其他生成樹協(xié)議循環(huán)相關(guān)聯(lián)的錯誤敏感,因此一般不推薦這種安裝架構(gòu)。
服務(wù)直接返回模式
這種安裝方式負載均衡的LAN口不使用,WAN口與服務(wù)器在同一個網(wǎng)絡(luò)中,互聯(lián)網(wǎng)的客戶端訪問負載均衡的虛IP(VIP),虛IP對應(yīng)負載均衡機的WAN口,負載均衡根據(jù)策略將流量分發(fā)到服務(wù)器上,服務(wù)器直接響應(yīng)客戶端的請求。因此對于客戶端而言,響應(yīng)他的IP不是負載均衡機的虛IP(VIP),而是服務(wù)器自身的IP地址。也就是說返回的流量是不經(jīng)過負載均衡的。因此這種方式適用大流量高帶寬要求的服務(wù)。