負載均衡在計算機網絡中的應用

姜廣松

摘要：在互聯網時代背景下，人們對于網絡站點的要求越來越高。而通過在計算機網絡中應用負載均衡技術，可在確保網絡核心部件正常運轉的基礎之上，有效提升計算機網絡吞吐量，使系統容錯性、網絡數據處理能力得以加強，可為網絡用戶提供更好的服務。本文就負載均衡技術進行了簡單介紹，并探討了其在計算機網絡中的應用。

關鍵詞：負載均衡;計算機網絡;應用

引言

隨著網絡用戶數量增加，計算機網絡核心部分計算強度也隨著增加，如果只是應用單一的設備根本無法承擔，而優化硬件設備需要投入大量成本，還有可能會浪費現有資源。負載均衡技術的應用，可以最少的成本來實現網絡寬帶擴展以及吞吐量的增加，增強網絡的可用性，最大程度降低網絡出現擁堵的幾率，可實現服務器資源的有效利用，為用戶提供更好的訪問服務。

一、負載均衡技術概述

負載均衡是指按照一定的策略在多臺節點設備上分擔數據流量以及大量的并發訪問，通過分別處理，將用戶等待響應的時間降低到最小。同時，在多臺節點設備上并行處理單個的重負載運算，在完成處理結果匯總之后，可快速返回給用戶，最大程度的提升網絡系統處理能力。此種技術需要建立在網絡框架基礎之上，將其應用在計算機網絡中，可使網絡處理數據的能力得以加強，服務器帶寬得以拓展，有利于網絡靈活性提升。負載均衡技術應用的主要目的為：解決網絡使用過程中出現的擁堵問題，最大程度的提升服務器響應速度，確保服務器資源以及其他資源利用率最大化，將網絡關鍵部位單點失效問題出現的幾率降低到最小，為網絡用戶提供更好的服務，提升訪問質量。現階段有很多不同負載均衡計算，以滿足不同客戶的要求，具體如下：

1、軟件負載均衡與硬件負載均衡。軟件負載均衡技術與硬件負載均衡技術的配置都相對簡單，有著操作靈活和環境穩定的優勢，因此可以滿足大多數客戶的基本需求。相對于軟件負載均衡來講，硬件負載均衡性能要更加優良一些，但其成本高昂，因此發展會受到一定限制[1]。

2、本地負載均衡與全局負載均衡。本地負載可將現有服務器設備的作用充分發揮出來，采取多元化均衡策略，合理的分配數據流量，將服務器負擔降低到最小。其在升級服務器時，并不需要對現有網絡框架進行改變，通過簡單增加便可實現。全局負載均衡可使用戶訪問最近的服務器，其訪問速度較快，可使網絡擁擠發生幾率降低到最小。

二、負載均衡策略

網絡檢測能力、方式和算法是影響負載均衡策略優劣的主要因素。

負載均衡算法是指在對服務器處理能力及各類服務請求充分考慮后，為給內部多臺服務器合理分配負載所選用的調度算法。在選擇調度算法時，除了要保障各服務器能將自我性能最大程度發揮出來，還要確保整個網絡負載均勻。較為常見的負載均衡算法有以下幾種：（1）最少連接算法。其屬于動態算法，主要是對各服務器連接數進行計算，給與最少連接數服務器分配請求。（2）加權最小連接算法。最少連接算法只會簡單的考慮到連接數，而通過運用加權最小連接算法可克服這一缺點。其可為各服務器分配可衡量其性能的權值，通過這一權值可將其處理的連接客觀表示出來。在對分配請求進行處理的過程中，加權最小連接算法可同時結合服務器連接數以及權值比值，綜合決定給與哪一臺服務器分配請求。（3）輪詢算法。此種算法是按照一定順序給不同服務器輪流分配連接請求。但這種算法存在一定的缺點，其無法結合服務器響應時間以及性能動態對服務器進行請求分配，會平等對待服務器組中的每臺服務器。（4）加權輪詢算法。此種算法是對輪詢算法的一種優化和改進，其是通過權值對各服務器性能進行計算，之后再對訪問請求進行調度。加權輪詢算法可對服務器真實負載情況自動進行詢問，并能對其權值動態調整[2]。

除選擇恰當的負載算法之外，還必須要具備較強的檢測網絡系統狀況能力，這樣才能更好應對網絡故障，避免因出現網絡故障導致數據請求丟失。現階段較為常用的檢測手段主要有以下幾種： （1）HTTP URL偵測：此種檢測方法是將訪問請求發送給HTTP服務器，以此為基礎來對服務器的運行情況進行判斷。（2）Ping偵測：其是指對網絡系統狀況和服務器進行檢測時應用Ping方式。此種檢測方式簡單快速，但也存在一定的缺點，如其不能檢測服務器的應用服務。（3）TCP Open偵測：TCP Open偵測主要是通過對服務器上的某一TCP端口進行檢測，來對服務器的正常狀態進行判斷[3]。

三、負載均衡在計算機網絡中的應用

（一）客戶端負載均衡

客戶端負載均衡主要是為了收集服務器運行參數，其采用的方式是在網絡客戶端上運行特定程序，之后再對CPU占用情況、內存等運行參數進行收集。在結合實際情況選擇負載均衡策略之后，科學決定為某一服務器發送請求。客戶端負載均衡技術需要將這一采集程序安排到每一個客戶，且對應用層透明運行有較高要求，因此要修改應用程序，采用遷入和動態鏈接庫等方法，所以應用這一技術的工作量較大。其一般會被廣泛的應用在使用JAVA的構架模型中，JAVA應用一般都會通過虛擬機進行，因此可設計一個中間層在虛擬機與應用層之間，來對負載均衡工作進行處理。

（二）應用服務器的負載均衡技術

這一技術需要特殊修改客戶端，而這就在很大程度上增加了工作量。此種負載均衡技術是在中間平臺上移植入客戶端的負載均衡，之后再經過中間層服務器將請求均衡發送給各服務節點。而通過應用反向代理技術，可實現基于客戶端的負載均衡技術。反向代理技術可使靜態網頁訪問速度得以提升，使網絡負載能實現均衡。雖然反向代理服務器可有效提升網頁訪問速度，但也存在著一定的缺點，其在代理時必須要對內外兩個連接同時進行維護，而這就在無形中加大了代理服務器的負載，使其本身成為瓶頸。

（三）基于域名系統的負載均衡

此種技術是應用動態DNS，以同一個名字來配置多個地址，客戶機通過這一名字獲得地址，這樣不同客戶并可以訪問不同服務器，最終達到網絡負載均衡的目標。基于域名系統的負載均衡，可實現動態DNS輪詢，在管理時比較簡單。但這一技術依然有其不足之處，如不能對服務節點是否有效進行判斷;數據刷新時間短，就會在無形中增大DNS流量，使網絡負擔增加，數據刷新時間過長，可能會導致客戶獲得不同IP地址;此外，此種負載均衡技術不能對服務器差異性進行區分，也無法將當前服務器運行狀況充分反應出來[4]。

（四）網絡接入協議交換

通過交換機可以聯系內部多個地址與外部連接請求，在虛擬連接中交換數據。局域網交換機具有第四層交換能力，因此可將其作為一種負載均衡器。應用硬件系統需要投入較高資金，所以可以選擇在相對高效穩定的核心空間借助linux虛擬服務器進行IP包數據處理，這種方式具有一定的靈活性，也可有效減少成本支出。

四、結束語

總之，無論是購買第四層交換機，或是選擇軟件方式以及其他均衡技術，在進行負載均衡方案的設計過程中，都要對系統性能充分進行考慮，確保其可拓展性，降低管理難度，使網絡系統的可靠性和靈活性得到保障，進而為網絡用戶提供更好的服務質量。

參考文獻

[1]谷寶磊.基于VRRP協議實現路由冗余和負載均衡的應用研究[J].智能計算機與應，2014，4（6）：100-103.

[2]黃濤.負載均衡在計算機網絡中的應用研究[J]. 信息安全與技術，2014（6）：89-90，96.

[3]崔建智，閻志強. RouterOS的NTH方法在互聯網接入中多ADSL網絡負載均衡實證研究[J]. 硅谷，2014（19）：48-48，33.

[4]田林.淺議負載均衡技術在計算機網絡中的應用[J].楚雄師范學院學報，2004，19（3）：10-13.