負載均衡在Web服務器中的應用

摘 要：隨著互聯網的迅速發展，互聯網為社會網絡迅猛發展提供了“天時”，寬帶服務的普及，視頻服務、FTP下載、數據庫查詢應用服務器工作量的日益增加，負載均衡技術的應用更加廣泛。闡述了負載均衡技術的分類和重點介紹了服務器集群負載均衡技術及應用。

關鍵詞：互聯網；負載均衡；服務器集群

引言

隨著互聯網技術的發展，寬帶服務的普及，視頻服務、FTP 下載、數據庫查詢等大數據量的Web 應用逐漸由可能演變成一種趨勢，這些應用對Web 服務器的性能有較高要求。伴隨著信息系統的各個核心業務量的增加和數據流量的快速增長，從而造成服務質量下降。在花費相同條件下，必須采用多臺服務器協同工作，防止計算機的單點故障、性能不足等問題，以滿足不斷增加業務量的需求，提高計算機系統的處理能力和更有效解決負載均衡問題。

1 負載均衡概述

負載均衡是在現有網絡結構上進行部署，來擴展網絡設備和服務器的帶寬、增加吞吐量，提高網絡數據處理能力。從而根據負載壓力通過某種算法合理分配資源，保證計算機高可靠性和高性能計算。

負載均衡其特點是充分利用網絡中計算機的資源，實現多臺節點設備上做并行處理。當網絡中的一臺或者幾臺服務器出現故障時，自動切換到其他服務器上，客戶端會自動重試發生故障的連接，僅幾秒的延遲就能選擇性能最佳的服務器響應客戶請求。保證用戶訪問的質量可靠性；同時根據算法將負載合理分配到多臺節點設備上進行處理，減少用戶等待響應時間和提高系統處理能力。

2 常用的四種負載均衡技術

2.1 軟/硬件負載均衡

軟件負載均衡是在一臺或多臺服務器操作系統上安裝一個或多個軟件來實現負載均衡，比如DNS負載均衡等。軟件負載均衡的優點是容易進行相關配置、成本比較低，就能滿足要求不高的負載均衡需求。

硬件負載均衡是在服務器和外部網絡之間加裝負載均衡器，通過負載均衡器完成專門的任務，它獨立于服務器的操作系統，大大提高了服務器的整體性能。由于負載均衡器具有多樣化的策略管理方法，同時能進行智能化的流量管控，使得負載均衡達到最佳狀態。所以，硬件負載均衡的性能比軟件負載均衡性能更勝一籌，但是投資成本相對比較高。

2.2 本地/全局負載均衡

本地負載均衡是對本地的服務器群做負載均衡，而全局負載均衡是指一個單位分布在不同地方所處的網絡結構不同的服務器群間做負載均衡。

本地負載均衡可以充分利用現有設備，有效地解決數據量訪問過大、網絡服務器負荷過重的問題。經過某種算法和策略管理，將數據流量合理地分配到服務器上。這樣就不需要額外購置性能高的服務器，就可以防止服務器單點故障發生。

全局負載均衡是指一個單位在不同地方配置了服務器的站點，所有用戶都通過一個IP地址或域名就近訪問服務器，這樣就提高用戶的訪問速度，統一分配和管理資源。

2.3 更高層交換的負載均衡

在單位的網絡架構中一般是由防火墻、路由器、三層交換機、負載均衡設備和服務器等大量專用設備組成，怎樣將這些設備有機地組合在一起充分發揮各自的性能，是保障網絡性能的關鍵性問題。更高層交換的負載均衡，是通過交換機的交換功能將一個合法的IP地址映射到多個內部服務器的地址，當TCP數據包連接時，就動態使用其中一個服務器的IP地址，來達到負載均衡的目的。

2.4 鏈路聚合技術

鏈路聚合技術是將網絡中的多條物理鏈路聚合成一條單一的邏輯鏈路進行使用，數據流量就是通過聚合后的邏輯鏈路上所有物理鏈路一起承擔。因此從邏輯上講就增加了鏈路的容量，保證客戶對帶寬增加的需求。隨著網絡帶寬增加，數據流量不斷增大，不想對當前線路的升級改造，采用鏈路聚合技術是明智之舉。

3 負載均衡在Web服務器中的應用

3.1 負載均衡原理

根據前面分析關于負載均衡技術的優缺點及服務器集群可能存在的問題，為了盡量規避風險，設計出如圖1 所示方案部署。

圖1 服務器負載均衡拓撲圖

3.2 實現方法

在圖1中，服務器群集中的計算機上建立相同Web服務，每臺服務器的設置的IP 地址和服務端口號分別不同，再將各個服務器分別連接到負載均衡器上，這樣就可以對外單獨提供服務。這時候客戶要訪問服務器群集上的資源時，服務器的IP地址和端口號是不可見的，訪問的目的地址應該為負載均衡器上的虛擬IP地址，它的目的地址和端口號是192.168.11.10：80。客戶端的請求通過某種算法經過負載均衡器到達服務器集群中一臺服務器上。這時候我們假設到達服務器1上，此時的源地址為192.168.11.10，目的地址和端口號就是172.20.20.20：8080。在服務器1上訪問得到相應的信息后，服務器端就要把剛才訪問到的信息反饋到客戶端用戶，這時候的源地址就是172.20.20.20， 而目的地址就是80.2.2.3，因此在客戶端就能夠訪問到服務器1提供的相關服務資源。

3.3 實驗驗證

為檢驗網絡負載均衡，在其它計算機通過ping 192.168.11.10 -t命令進行驗證。通過網絡負載均衡會自動轉發服務器1、服務器2或服務器3上。在ping過程中拔掉服務器1和服務器2網線，將會發現網絡是保持連通狀態。這樣不管使用哪一個節點響應，都能保證訪問的內容是一致的，避免了數據的丟失。由此，提高網絡的可靠性、可用性和服務質量。

4 結束語

本文針對服務器集群下的負載均衡相關原理進行應用分析，實現了集群系統的負載均衡，從而減少了用戶的等待時間等。但是隨著新興應用技術的發展和推進，如何充分利用硬件并行性需要重新設計應用程序、庫以及算法，負載均衡技術至少在拓撲結構和負載均衡策略等方面有待進一步深入研究。

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作者簡介：謝峰（1968-），男，四川省西充人，本科學歷，碩士學位，講師；研究方向：主要計算機網絡及計算機應用技術。