負(fù)載均衡在Web服務(wù)器中的應(yīng)用

摘 要：隨著互聯(lián)網(wǎng)的迅速發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)為社會(huì)網(wǎng)絡(luò)迅猛發(fā)展提供了“天時(shí)”，寬帶服務(wù)的普及，視頻服務(wù)、FTP下載、數(shù)據(jù)庫(kù)查詢應(yīng)用服務(wù)器工作量的日益增加，負(fù)載均衡技術(shù)的應(yīng)用更加廣泛。闡述了負(fù)載均衡技術(shù)的分類和重點(diǎn)介紹了服務(wù)器集群負(fù)載均衡技術(shù)及應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：互聯(lián)網(wǎng)；負(fù)載均衡；服務(wù)器集群

引言

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，寬帶服務(wù)的普及，視頻服務(wù)、FTP 下載、數(shù)據(jù)庫(kù)查詢等大數(shù)據(jù)量的Web 應(yīng)用逐漸由可能演變成一種趨勢(shì)，這些應(yīng)用對(duì)Web 服務(wù)器的性能有較高要求。伴隨著信息系統(tǒng)的各個(gè)核心業(yè)務(wù)量的增加和數(shù)據(jù)流量的快速增長(zhǎng)，從而造成服務(wù)質(zhì)量下降。在花費(fèi)相同條件下，必須采用多臺(tái)服務(wù)器協(xié)同工作，防止計(jì)算機(jī)的單點(diǎn)故障、性能不足等問(wèn)題，以滿足不斷增加業(yè)務(wù)量的需求，提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的處理能力和更有效解決負(fù)載均衡問(wèn)題。

1 負(fù)載均衡概述

負(fù)載均衡是在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上進(jìn)行部署，來(lái)擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和服務(wù)器的帶寬、增加吞吐量，提高網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理能力。從而根據(jù)負(fù)載壓力通過(guò)某種算法合理分配資源，保證計(jì)算機(jī)高可靠性和高性能計(jì)算。

負(fù)載均衡其特點(diǎn)是充分利用網(wǎng)絡(luò)中計(jì)算機(jī)的資源，實(shí)現(xiàn)多臺(tái)節(jié)點(diǎn)設(shè)備上做并行處理。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中的一臺(tái)或者幾臺(tái)服務(wù)器出現(xiàn)故障時(shí)，自動(dòng)切換到其他服務(wù)器上，客戶端會(huì)自動(dòng)重試發(fā)生故障的連接，僅幾秒的延遲就能選擇性能最佳的服務(wù)器響應(yīng)客戶請(qǐng)求。保證用戶訪問(wèn)的質(zhì)量可靠性；同時(shí)根據(jù)算法將負(fù)載合理分配到多臺(tái)節(jié)點(diǎn)設(shè)備上進(jìn)行處理，減少用戶等待響應(yīng)時(shí)間和提高系統(tǒng)處理能力。

2 常用的四種負(fù)載均衡技術(shù)

2.1 軟/硬件負(fù)載均衡

軟件負(fù)載均衡是在一臺(tái)或多臺(tái)服務(wù)器操作系統(tǒng)上安裝一個(gè)或多個(gè)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡，比如DNS負(fù)載均衡等。軟件負(fù)載均衡的優(yōu)點(diǎn)是容易進(jìn)行相關(guān)配置、成本比較低，就能滿足要求不高的負(fù)載均衡需求。

硬件負(fù)載均衡是在服務(wù)器和外部網(wǎng)絡(luò)之間加裝負(fù)載均衡器，通過(guò)負(fù)載均衡器完成專門的任務(wù)，它獨(dú)立于服務(wù)器的操作系統(tǒng)，大大提高了服務(wù)器的整體性能。由于負(fù)載均衡器具有多樣化的策略管理方法，同時(shí)能進(jìn)行智能化的流量管控，使得負(fù)載均衡達(dá)到最佳狀態(tài)。所以，硬件負(fù)載均衡的性能比軟件負(fù)載均衡性能更勝一籌，但是投資成本相對(duì)比較高。

2.2 本地/全局負(fù)載均衡

本地負(fù)載均衡是對(duì)本地的服務(wù)器群做負(fù)載均衡，而全局負(fù)載均衡是指一個(gè)單位分布在不同地方所處的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不同的服務(wù)器群間做負(fù)載均衡。

本地負(fù)載均衡可以充分利用現(xiàn)有設(shè)備，有效地解決數(shù)據(jù)量訪問(wèn)過(guò)大、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器負(fù)荷過(guò)重的問(wèn)題。經(jīng)過(guò)某種算法和策略管理，將數(shù)據(jù)流量合理地分配到服務(wù)器上。這樣就不需要額外購(gòu)置性能高的服務(wù)器，就可以防止服務(wù)器單點(diǎn)故障發(fā)生。

全局負(fù)載均衡是指一個(gè)單位在不同地方配置了服務(wù)器的站點(diǎn)，所有用戶都通過(guò)一個(gè)IP地址或域名就近訪問(wèn)服務(wù)器，這樣就提高用戶的訪問(wèn)速度，統(tǒng)一分配和管理資源。

2.3 更高層交換的負(fù)載均衡

在單位的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中一般是由防火墻、路由器、三層交換機(jī)、負(fù)載均衡設(shè)備和服務(wù)器等大量專用設(shè)備組成，怎樣將這些設(shè)備有機(jī)地組合在一起充分發(fā)揮各自的性能，是保障網(wǎng)絡(luò)性能的關(guān)鍵性問(wèn)題。更高層交換的負(fù)載均衡，是通過(guò)交換機(jī)的交換功能將一個(gè)合法的IP地址映射到多個(gè)內(nèi)部服務(wù)器的地址，當(dāng)TCP數(shù)據(jù)包連接時(shí)，就動(dòng)態(tài)使用其中一個(gè)服務(wù)器的IP地址，來(lái)達(dá)到負(fù)載均衡的目的。

2.4 鏈路聚合技術(shù)

鏈路聚合技術(shù)是將網(wǎng)絡(luò)中的多條物理鏈路聚合成一條單一的邏輯鏈路進(jìn)行使用，數(shù)據(jù)流量就是通過(guò)聚合后的邏輯鏈路上所有物理鏈路一起承擔(dān)。因此從邏輯上講就增加了鏈路的容量，保證客戶對(duì)帶寬增加的需求。隨著網(wǎng)絡(luò)帶寬增加，數(shù)據(jù)流量不斷增大，不想對(duì)當(dāng)前線路的升級(jí)改造，采用鏈路聚合技術(shù)是明智之舉。

3 負(fù)載均衡在Web服務(wù)器中的應(yīng)用

3.1 負(fù)載均衡原理

根據(jù)前面分析關(guān)于負(fù)載均衡技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)及服務(wù)器集群可能存在的問(wèn)題，為了盡量規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)，設(shè)計(jì)出如圖1 所示方案部署。

圖1 服務(wù)器負(fù)載均衡拓?fù)鋱D

3.2 實(shí)現(xiàn)方法

在圖1中，服務(wù)器群集中的計(jì)算機(jī)上建立相同Web服務(wù)，每臺(tái)服務(wù)器的設(shè)置的IP 地址和服務(wù)端口號(hào)分別不同，再將各個(gè)服務(wù)器分別連接到負(fù)載均衡器上，這樣就可以對(duì)外單獨(dú)提供服務(wù)。這時(shí)候客戶要訪問(wèn)服務(wù)器群集上的資源時(shí)，服務(wù)器的IP地址和端口號(hào)是不可見的，訪問(wèn)的目的地址應(yīng)該為負(fù)載均衡器上的虛擬IP地址，它的目的地址和端口號(hào)是192.168.11.10：80。客戶端的請(qǐng)求通過(guò)某種算法經(jīng)過(guò)負(fù)載均衡器到達(dá)服務(wù)器集群中一臺(tái)服務(wù)器上。這時(shí)候我們假設(shè)到達(dá)服務(wù)器1上，此時(shí)的源地址為192.168.11.10，目的地址和端口號(hào)就是172.20.20.20：8080。在服務(wù)器1上訪問(wèn)得到相應(yīng)的信息后，服務(wù)器端就要把剛才訪問(wèn)到的信息反饋到客戶端用戶，這時(shí)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(wèn)到服務(wù)器1提供的相關(guān)服務(wù)資源。

3.3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

為檢驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡，在其它計(jì)算機(jī)通過(guò)ping 192.168.11.10 -t命令進(jìn)行驗(yàn)證。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器1、服務(wù)器2或服務(wù)器3上。在ping過(guò)程中拔掉服務(wù)器1和服務(wù)器2網(wǎng)線，將會(huì)發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)是保持連通狀態(tài)。這樣不管使用哪一個(gè)節(jié)點(diǎn)響應(yīng)，都能保證訪問(wèn)的內(nèi)容是一致的，避免了數(shù)據(jù)的丟失。由此，提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性、可用性和服務(wù)質(zhì)量。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)服務(wù)器集群下的負(fù)載均衡相關(guān)原理進(jìn)行應(yīng)用分析，實(shí)現(xiàn)了集群系統(tǒng)的負(fù)載均衡，從而減少了用戶的等待時(shí)間等。但是隨著新興應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展和推進(jìn)，如何充分利用硬件并行性需要重新設(shè)計(jì)應(yīng)用程序、庫(kù)以及算法，負(fù)載均衡技術(shù)至少在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和負(fù)載均衡策略等方面有待進(jìn)一步深入研究。

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作者簡(jiǎn)介：謝峰（1968-），男，四川省西充人，本科學(xué)歷，碩士學(xué)位，講師；研究方向：主要計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)。