SLB技術(shù)在應(yīng)用系統(tǒng)平臺(tái)建設(shè)中的研究
——以西方宗教音樂資源檢索平臺(tái)建設(shè)為例

孫光懿， 熊 杰

(1.天津音樂學(xué)院圖書信息中心，天津300171;2.黃岡師范學(xué)院物理與電信學(xué)院，湖北黃岡438000)

0 引言

為使廣大師生方便快捷的獲得教學(xué)科研以及專業(yè)學(xué)習(xí)所需的西方宗教音樂資源，開發(fā)了西方宗教音樂資源檢索平臺(tái)。但是隨著用戶數(shù)的增加，單臺(tái)服務(wù)器的計(jì)算與數(shù)據(jù)處理能力已無法應(yīng)對(duì)如此巨大的訪問量，為有效解決這一問題，采用在校園網(wǎng)內(nèi)部署多臺(tái)應(yīng)用服務(wù)器并在出口路由器上應(yīng)用服務(wù)器負(fù)載均衡(Server Load Balancing，SLB)［1-3］技術(shù)，實(shí)施服務(wù)器冗余和流量負(fù)載均衡的設(shè)計(jì)方案，這樣可使用戶請(qǐng)求的流量將由多臺(tái)服務(wù)器負(fù)責(zé)處理，不僅可以有效解決單臺(tái)服務(wù)器流量負(fù)載過重和發(fā)生單點(diǎn)故障的問題，而且還可以充分利用現(xiàn)有服務(wù)器資源，節(jié)省購買高性能服務(wù)器的經(jīng)費(fèi)。西方宗教音樂資源檢索平臺(tái)實(shí)際運(yùn)行在各真實(shí)服務(wù)器之中，對(duì)外呈現(xiàn)出的則是SLB虛擬服務(wù)器。另外出口路由器還可根據(jù)多種不同因素來配置服務(wù)器負(fù)載分擔(dān)，在特殊情況下，可以指定同一臺(tái)服務(wù)器對(duì)用戶的請(qǐng)求做出響應(yīng)。例如當(dāng)使用文件傳輸協(xié)議FTP時(shí)，用戶必須與同一臺(tái)服務(wù)器進(jìn)行會(huì)話，才能完成文件的傳輸任務(wù)。

1 相關(guān)技術(shù)

1.1 SLB 簡(jiǎn)介

SLB可以看作是熱備份路由協(xié)議(Hot Standy Router Protocol，HSRP)協(xié)議的擴(kuò)展，屬于思科私有協(xié)議。主要應(yīng)用在思科3層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上，多用來實(shí)現(xiàn)服務(wù)器之間流量負(fù)載均衡［4-6］。SLB組可以由多臺(tái)服務(wù)器組成，但是虛擬服務(wù)器只能有1臺(tái)，(虛擬服務(wù)器可以看作是真實(shí)服務(wù)器的群集)虛擬服務(wù)器負(fù)責(zé)響應(yīng)客戶發(fā)起的訪問請(qǐng)求，再根據(jù)WRR或WLC負(fù)載均衡算法將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到一臺(tái)或多臺(tái)真實(shí)服務(wù)器上，在這一過程中用戶只需知道虛擬服務(wù)器的IP地址即可完成對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)的訪問，而無需知道真實(shí)服務(wù)器的IP地址，從而使真實(shí)服務(wù)器得到了有效的安全保護(hù)。另外應(yīng)用SLB技術(shù)還可以獲得如下好處:①可以增強(qiáng)應(yīng)用系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，當(dāng)真實(shí)服務(wù)器發(fā)生故障無法響應(yīng)用戶的請(qǐng)求時(shí)，路由器可以立刻檢測(cè)到并不再向其轉(zhuǎn)發(fā)用戶請(qǐng)求數(shù)據(jù)包，直到這臺(tái)故障真實(shí)服務(wù)器能夠正常工作為止。響應(yīng)用戶請(qǐng)求的工作則由其他真實(shí)服務(wù)器來繼續(xù)完成，整個(gè)過程中用戶對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)的訪問不會(huì)受到絲毫影響。②可以極大減輕系統(tǒng)管理員的工作負(fù)擔(dān)，由于用戶只知道在2層網(wǎng)絡(luò)中存在的虛擬服務(wù)器，因此當(dāng)系統(tǒng)管理員對(duì)真實(shí)服務(wù)器進(jìn)行重新調(diào)整時(shí)，無需考慮當(dāng)前用戶的狀態(tài)。

1.2 SLB的工作模式

(1)分派工作模式。在分派工作模式中，用戶數(shù)據(jù)包的目的IP地址為虛擬服務(wù)器的IP地址，當(dāng)運(yùn)行SLB的路由器收到用戶數(shù)據(jù)包后，即按照某種負(fù)載均衡算法［7］將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到真實(shí)服務(wù)器中，在此過程中并不改變數(shù)據(jù)包的目的地址。真實(shí)服務(wù)器為了響應(yīng)用戶的請(qǐng)求，不僅需要將虛擬服務(wù)器的IP地址設(shè)置為各真實(shí)服務(wù)器接口的第2地址，而且需要保證與運(yùn)行SLB的路由器以及虛擬服務(wù)器在數(shù)據(jù)鏈路層中可達(dá)，否則真實(shí)服務(wù)器將無法響應(yīng)用戶的請(qǐng)求。

(2)定向工作模式。定向工作模式與分派工作模式略有不同，運(yùn)行SLB的路由器也是按照某種負(fù)載均衡算法把收到的用戶數(shù)據(jù)包(此時(shí)數(shù)據(jù)包的目的IP地址同樣為虛擬服務(wù)器IP地址［8-9］)發(fā)往各真實(shí)的服務(wù)器，但是會(huì)通過NAT技術(shù)把數(shù)據(jù)包中的目的IP地址轉(zhuǎn)換為真實(shí)服務(wù)器的IP地址(需要注意的一點(diǎn)是路由器iOS的版本不同，有可能所支持的NAT類型也會(huì)不同)。在定向工作模式下，真實(shí)服務(wù)器不會(huì)認(rèn)為2層網(wǎng)絡(luò)中有虛擬服務(wù)器的存在，對(duì)于目的IP地址為自己的數(shù)據(jù)包，也不會(huì)將其丟棄。由于分派工作模式可使真實(shí)服務(wù)器獲得更高的性能與安全性，因此在默認(rèn)情況下，運(yùn)行SLB的路由器多使用分派工作模式。

2 仿真實(shí)驗(yàn)［10-15］

仿真實(shí)驗(yàn)由3臺(tái)服務(wù)器(分別用路由器R1、R2、R3來模擬)、1臺(tái)思科3640路由器R4、1臺(tái)思科3550 3層交換機(jī)SW1和1臺(tái)終端計(jì)算機(jī)(用路由器R5來模擬)構(gòu)成。3臺(tái)服務(wù)器作為TELNET SERVER主要用來響應(yīng)并處理用戶TELNET服務(wù)請(qǐng)求，3層交換機(jī)SW1則用來與路由器R4和3臺(tái)服務(wù)器互連。為了提高用戶訪問TELNET SERVER的可靠性與安全性，將路由器R4部署在網(wǎng)絡(luò)出口處的同時(shí)，將3臺(tái)服務(wù)器部署在內(nèi)網(wǎng)，并且在路由器R4上應(yīng)用SLB技術(shù)，使3臺(tái)服務(wù)器在邏輯上組成1個(gè)虛擬服務(wù)器，用戶對(duì)TELNET SERVER的請(qǐng)求均先由路由器R4負(fù)責(zé)處理。當(dāng)路由器R4收到路由器R5的TELNET請(qǐng)求后，首先會(huì)向R5呈現(xiàn)出虛擬服務(wù)器的IP地址，然后再把R5的請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)到3臺(tái)真實(shí)服務(wù)器上，3臺(tái)服務(wù)器會(huì)按照在路由器R4上制定的負(fù)載均衡算法來決定自己所承載的流量。如果采用的是加權(quán)輪詢算法，則根據(jù)每臺(tái)真實(shí)服務(wù)器處理能力的不同，制定相應(yīng)的權(quán)值，使其可以處理相應(yīng)的用戶訪問請(qǐng)求。如果采用的是加權(quán)最小連接調(diào)度算法，則每臺(tái)真實(shí)服務(wù)器已建立連接的用戶訪問請(qǐng)求與所設(shè)定的權(quán)值會(huì)成一定比例。仿真實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.1 IP 地址分配

路由器R4的f0/0與e1/3接口分別連接路由器R5和3層交換機(jī)SW1。而3層交換機(jī)SW1的f1/1、f1/2、f1/3接口分別與路由器R1的e1/0接口、路由器R2的e1/1接口、路由器R3的e1/2接口相連。仿真實(shí)驗(yàn)各設(shè)備接口IP地址分配詳細(xì)情況如下:

設(shè)備名稱接口IP地址子網(wǎng)掩碼R1 e1/0 2.1.1.3 255.255.255.0 R2 e1/1 2.1.1.4 255.255.255.0 R3 e1/2 2.1.1.5 255.255.255.0 R4 e1/3 2.1.1.2 255.255.255.0 f0/0 211.68.193.3 255.255.255.0 R5 f0/0 211.68.193.2 255.255.255.0

2.2 路由器及交換機(jī)接口配置

(1)配置路由器R1

R1(config)#int e1/0//進(jìn)入接口e1/0

R1(config-if)#ip add 2.1.1.3 255.255.255.0

R1(config)#int LOOPBACK 1//建立環(huán)回接口

R1(config-if)#ip add 5.5.5.5 255.0.0.0

R1(config)#line vty 0 5

R1(config-line)#password sgy

R1(config-line)#login

(2)配置路由器R2

R2(config)#int e1/1//進(jìn)入接口e1/1

R2(config-if)#ip add 2.1.1.4 255.255.255.0

R2(config)#int LOOPBACK 1

R2(config-if)#ip add 6.6.6.6 255.0.0.0

R2(config)#line vty 0 5

R2(config-line)#password sgy

R2(config-line)#login

(3)配置路由器R3

R3(config)#int e1/2//進(jìn)入接口e1/2

R3(config-if)#ip add 2.1.1.5 255.255.255.0

R3(config)#int LOOPBACK 1

R3(config-if)#ip add 7.7.7.7 255.0.0.0

R3(config)#line vty 0 5

R3(config-line)#password sgy

R3(config-line)#login

(4)配置路由器R4

R4(config)#int e1/3//進(jìn)入接口e1/3

R4(config-if)#ip add 2.1.1.2 255.255.255.0

R4(config)#int f0/0//進(jìn)入接口f0/0

R4(config-if)#ip add 211.68.193.3 255.255.255.0//此接口地址用于與路由器R5互連

(5)配置路由器R4

R5(config)#int f0/0//進(jìn)入接口f0/0

R5(config-if)#ip add 211.68.193.2 255.255.255.0//此接口地址用于與路由器R4互連

(6)配置3層交換機(jī)SW1

SW1(config)#vlan database

SW1(vlan)#vlan 2

SW1(config)#int range f1/0-3

SW1(config-if-range)#sw access vlan 2

2.3 路由配置

由于路由器R5與路由器R1、R2、R3不在同一網(wǎng)段中，如需互相通信就必須為其配置路由，在這里為各路由器配置可靠性更高的靜態(tài)路由。

R1(config)#ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 2.1.1.2

R2(config)#ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 2.1.1.2

R3(config)#ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 2.1.1.2

R5(config)#ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 211.68.193.3

R4(config)#ip route 5.0.0.0 255.0.0.0 2.1.1.3

R4(config)#ip route 6.0.0.0 255.0.0.0 2.1.1.4

R4(config)#ip route 7.0.0.0 255.0.0.0 2.1.1.5

2.4 配置分配工作模式下的SLB

在分配工作模式下，不僅需要將路由器R1、R2、R3、R4以及虛擬服務(wù)器地址配置在同一個(gè)網(wǎng)段，而且還要在路由器R1、R2、R3與3層交換機(jī)SW1互連的接口下增加一個(gè)secondary地址(此地址為虛擬服務(wù)器IP地址)，從而保證它們之間在2層網(wǎng)絡(luò)可以相互通信。

R4(config)#ip slb server lzz//創(chuàng)建名為lzz的服務(wù)器組

R4(config-slb-sfarm)#real 2.1.1.3//服務(wù)器組內(nèi)其中的一個(gè)真實(shí)服務(wù)器 IP地址為1.1.1.3

R4(config-slb-real)#weight 1//配置這個(gè)真實(shí)服務(wù)器的權(quán)重，SLB按照權(quán)重值來分配各服務(wù)器所承載流量的大小

R4(config-slb-real)#inserv//啟用服務(wù)器

R4(config-slb-real)#faildetect//配置檢測(cè)服務(wù)器的可用狀態(tài)，如果服務(wù)器發(fā)生故障，SLB將不會(huì)把流量轉(zhuǎn)發(fā)到該服務(wù)器

R4(config-slb-sfarm)#real 2.1.1.4

R4(config-slb-real)#weight 1

R4(config-slb-real)#inserv

R4(config-slb-real)#faildetect

R4(config-slb-sfarm)#real 2.1.1.5

R4(config-slb-real)#weight 1

R4(config-slb-real)#inserv

R4(config-slb-real)#faildetect

R4(config-slb-real)#exit

R4(config-slb-sfarm)#predictor roundrobin//采用輪詢負(fù)載均衡方式

R4(config)#ip slb vserver lzz//創(chuàng)建虛擬的服務(wù)器

R4(config-slb-vserver)#virtual 2.1.1.100 tcp telnet//設(shè)置虛擬服務(wù)器 IP 地址為2.1.1.100

R4(config-slb-vserver)#serverfarm lzz//使用前面創(chuàng)建的服務(wù)器組

R4(config-slb-vserver)#client 211.68.193.0 255.255.255.0//只允許此網(wǎng)段的用戶訪問虛擬服務(wù)器

R4(config-slb-vserver)#inservice//啟用虛擬的服務(wù)器

R1(config)#int e1/0

R1(config-if)#ip add 2.1.1.100 255.255.255.0 secondary//增加虛擬服務(wù)器的IP地址

R2(config)#int e1/1

R2(config-if)#ip add 2.1.1.100 255.255.255.0 secondary

R3(config)#int e1/2

R3(config-if)#ip add 2.1.1.100 255.255.255.0 secondary

2.5 配置定向工作模式下的SLB

在定向工作模式下，不需要將路由器R1、R2、R3、R4以及虛擬服務(wù)器地址配置在同一個(gè)網(wǎng)段，路由器R4會(huì)更改用戶請(qǐng)求的數(shù)據(jù)包，將數(shù)據(jù)包中的目的IP地址更改為真實(shí)服務(wù)器的地址(即路由器R1、R2、R3的環(huán)回接口地址)。

R4(config)#ip slb server lzz

R4(config-slb-sfarm)#nat server//設(shè)置SLB的工作模式為定向模式

R4(config-slb-sfarm)#real 5.5.5.5//模擬路由器 R1 的環(huán)回接口作為真實(shí)服務(wù)器的地址

R4(config-slb-real)#weight 1

R4(config-slb-real)#inservice

R4(config-slb-real)#faildetect

R4(config-slb-sfarm)#real 6.6.6.6//模擬路由器 R2 的環(huán)回接口作為真實(shí)服務(wù)器的地址

R4(config-slb-real)#weight 1

R4(config-slb-real)#inservice

R4(config-slb-real)#faildetect

R4(config-slb-sfarm)#real 7.7.7.7//模擬路由器 R3 的環(huán)回接口作為真實(shí)服務(wù)器的地址

R4(config-slb-real)#weight 1

R4(config-slb-real)#inservice

R4(config-slb-real)#faildetect

R4(config-slb-real)#exit

R4(config-slb-sfarm)#predictor roundrobin//采用輪詢負(fù)載均衡方式

R4(config)#ip slb vserver lzz//創(chuàng)建虛擬的服務(wù)器

R4(config-slb-vserver)#virtual 173.17.1.100 tcp telnet//設(shè)置虛擬服務(wù)器 IP地址為173.17.1.100

R4(config-slb-vserver)#serverfarm lzz//使用服務(wù)器組lzz

R4(config-slb-vserver)#client 211.68.193.0 255.255.255.0//只允許此網(wǎng)段的用戶訪問虛擬服務(wù)器

R4(config-slb-vserver)#inservice//啟用虛擬的服務(wù)器

3 仿真實(shí)驗(yàn)測(cè)試

3.1 設(shè)備正常情況下測(cè)試

在這里以分配工作模式下的SLB為例，測(cè)試用戶(路由器 R5)TELNET遠(yuǎn)程訪問虛擬服務(wù)器2.1.1.100，查看是否實(shí)現(xiàn)服務(wù)器之間流量負(fù)載均衡以及虛擬服務(wù)器和服務(wù)器組的工作狀態(tài)。

(1)使用TELNET命令進(jìn)行負(fù)載均衡測(cè)試

R5#telnet 2.1.1.100

Trying 2.1.1.100 ...Open

User Access Verification

Password:

R1 ＞ exit［Connection to 2.1.1.100 closed by foreign host］//連接到了R1路由器

R5#telnet 2.1.1.100

Trying 2.1.1.100 ...Open

User Access Verification

Password:

R2＞exit

［Connection to 2.1.1.100 closed by foreign host］//連接到了R2路由器

R5#telnet 2.1.1.100

Trying 2.1.1.100 ...Open

User Access Verification

Password:

R3＞exit

［Connection to 2.1.1.100 closed by foreign host］//連接到了R3路由器

(2)服務(wù)器組的詳細(xì)信息如圖3所示。

圖3 服務(wù)器組的詳細(xì)信息

(3)虛擬服務(wù)器的詳細(xì)信息如圖4所示。

圖4 虛擬服務(wù)器的詳細(xì)信息

通過以上測(cè)試，可以得出以下結(jié)論:虛擬服務(wù)器lzz由3臺(tái)真實(shí)服務(wù)器構(gòu)成(用路由器R1、R2、R3來模擬)，它們之間采用輪詢負(fù)載均衡算法響應(yīng)用戶請(qǐng)求，且每臺(tái)服務(wù)器的權(quán)重值均為1。當(dāng)用戶(路由器R5)對(duì)虛擬服務(wù)器發(fā)起訪問請(qǐng)求時(shí)，(此時(shí)數(shù)據(jù)包的目的地址為虛擬服務(wù)器地址2.1.1.100)3臺(tái)真實(shí)服務(wù)器(即路由器R1、R2、R3)會(huì)按照輪詢負(fù)載均衡算法依次分別響應(yīng)用戶的訪問請(qǐng)求，從而實(shí)現(xiàn)了服務(wù)器之間流量負(fù)載均衡。

3.2 設(shè)備故障情況下測(cè)試

在這里通過手動(dòng)關(guān)掉路由器R1模擬真實(shí)服務(wù)器發(fā)生故障。測(cè)試后發(fā)現(xiàn)，用戶(路由器R5)仍然可以對(duì)虛擬服務(wù)器地址進(jìn)行正常訪問，虛擬路由器檢測(cè)到路由器R1發(fā)生故障，進(jìn)而不再向路由器R1轉(zhuǎn)發(fā)用戶的服務(wù)請(qǐng)求，路由器R2和路由器R3會(huì)按照輪詢負(fù)載均衡算法繼續(xù)響應(yīng)用戶的訪問請(qǐng)求。由此可見，在啟用SLB技術(shù)后服務(wù)器組內(nèi)的某臺(tái)服務(wù)器即使發(fā)生故障，也不會(huì)影響用戶對(duì)資源檢索平臺(tái)的正常訪問。

4 結(jié)語

SLB技術(shù)是實(shí)現(xiàn)服務(wù)器之間流量負(fù)載均衡的重要技術(shù)之一，可以提供第4層或第7層交換特性。通過在網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用SLB技術(shù)，將多臺(tái)低性能的服務(wù)器虛擬成一臺(tái)高性能的虛擬服務(wù)器，不僅服務(wù)器之間可以按照預(yù)先設(shè)定的算法實(shí)現(xiàn)流量負(fù)載均衡，而且還使服務(wù)器組具有了容錯(cuò)性。