负载均衡技术的原理及分类

 

Internet的规模每一百天就会增长一倍,客户希望获得7天24小时的不间断可用性及较快的系统反应时间,而不愿屡次看到某个站点“Server Too Busy”及频繁的系统故障。

网络的各个核心部分随着业务量的提高、访问量和数据流量的快速增长,其处理能力和计算强度也相应增大,使得单一设备根本无法承担。在此情况下,如果扔掉现有设备去做大量的硬件升级,这样将造成现有资源的浪费,而且如果再面临下一次业务量的提升,这又将导致再一次硬件升级的高额成本投入,甚至性能再卓越的设备也不能满足当前业务量的需求。于是,负载均衡机制应运而生。

负载均衡(Load Balance)建立在现有网络结构之上,它提供了一种廉价有效透明的方法扩展网络设备和服务器的带宽、增加吞吐量、加强网络数据处理能力、提高网络的灵活性和可用性。

负载均衡有两方面的含义:首先,大量的并发访问或数据流量分担到多台节点设备上分别处理,减少用户等待响应的时间;其次,单个重负载的运算分担到多台节点设备上做并行处理,每个节点设备处理结束后,将结果汇总,返回给用户,系统处理能力得到大幅度提高。

什么是负载均衡

负载均衡(Load Balance)

由于目前现有网络的各个核心部分随着业务量的提高,访问量和数据流量的快速增长,其处理能力和计算强度也相应地增大,使得单一的服务器设备根本无法承担。在此情况下,如果扔掉现有设备去做大量的硬件升级,这样将造成现有资源的浪费,而且如果再面临下一次业务量的提升时,这又将导致再一次硬件升级的高额成本投入,甚至性能再卓越的设备也不能满足当前业务量增长的需求。

针对此情况而衍生出来的一种廉价有效透明的方法以扩展现有网络设备和服务器的带宽、增加吞吐量、加强网络数据处理能力、提高网络的灵活性和可用性的技术就是负载均衡(Load Balance)。

负载均衡技术主要应用

1、DNS负载均衡

最早的负载均衡技术是通过DNS来实现的,在DNS中为多个地址配置同一个名字,因而查询这个名字的客户机将得到其中一个地址,从而使得不同的客户访问不同的服务器,达到负载均衡的目的。DNS负载均衡是一种简单而有效的方法,但是它不能区分服务器的差异,也不能反映服务器的当前运行状态。

2、代理服务器负载均衡

使用代理服务器,可以将请求转发给内部的服务器,使用这种加速模式显然可以提升静态网页的访问速度。然而,也可以考虑这样一种技术,使用代理服务器将请求均匀转发给多台服务器,从而达到负载均衡的目的。

3、地址转换网关负载均衡

支持负载均衡的地址转换网关,可以将一个外部IP地址映射为多个内部IP地址,对每次TCP连接请求动态使用其中一个内部地址,达到负载均衡的目的。

4、协议内部支持负载均衡

除了这三种负载均衡方式之外,有的协议内部支持与负载均衡相关的功能,例如HTTP协议中的重定向能力等,HTTP运行于TCP连接的最高层。

5、NAT负载均衡

NAT(Network Address Translation 网络地址转换)简单地说就是将一个IP地址转换为另一个IP地址,一般用于未经注册的内部地址与合法的、已获注册的Internet IP地址间进行转换。适用于解决Internet IP地址紧张、不想让网络外部知道内部网络结构等的场合下。

6、反向代理负载均衡

普通代理方式是代理内部网络用户访问internet上服务器的连接请求,客户端必须指定代理服务器,并将本来要直接发送到internet上服务器的连接请求发送给代理服务器处理。反向代理(Reverse Proxy)方式是指以代理服务器来接受internet上的连接请求,然后将请求转发给内部网络上的服务器,并将从服务器上得到的结果返回给internet上请求连接的客户端,此时代理服务器对外就表现为一个服务器。反向代理负载均衡技术是把将来自internet上的连接请求以反向代理的方式动态地转发给内部网络上的多台服务器进行处理,从而达到负载均衡的目的。

7、混合型负载均衡

在有些大型网络,由于多个服务器群内硬件设备、各自的规模、提供的服务等的差异,我们可以考虑给每个服务器群采用最合适的负载均衡方式,然后又在这多个服务器群间再一次负载均衡或群集起来以一个整体向外界提供服务(即把这多个服务器群当做一个新的服务器群),从而达到最佳的性能。我们将这种方式称之为混合型负载均衡。此种方式有时也用于单台均衡设备的性能不能满足大量连接请求的情况下。

哪些地方需要使用负载均衡

在国内的环境中有三个地方可以使用到这个功能,首先应该是网吧,网吧对带宽的要求较高,而因为国内ISP混乱的情况,有些网吧也会用到多线路接入,所以负载均衡对网吧是很实用的功能,其次是企业和小区运营商。企业也会有这样的需求,有些企业对网络要求也很高,甚至没有网络就不能办公。另外就是小区运营商了,小区运营商也有很多使用多线路接入,这样负载均衡也就很适合了。

如何使用负载均衡

现在很多路由都带有负载均衡功能,可以直接在路由上设置然后使用,比如软路由海蜘蛛、ROS等,硬路由有侠诺,飞鱼星等。需要注意的是最好在使用前了解清楚路由的具体的型号支不支持。

 

四种分类:

 

软/硬件负载均衡

软件负载均衡解决方案是指在一台或多台服务器相应的操作系统上安装一个或多个附加软件来实现负载均衡,如DNS Load Balance,CheckPoint Firewall-1 ConnectControl等,它的优点是基于特定环境,配置简单,使用灵活,成本低廉,可以满足一般的负载均衡需求。

软件解决方案缺点也较多,因为每台服务器上安装额外的软件运行会消耗系统不定量的资源,越是功能强大的模块,消耗得越多,所以当连接请求特别大的时候,软件本身会成为服务器工作成败的一个关键;软件可扩展性并不是很好,受到操作系统的限制;由于操作系统本身的Bug,往往会引起安全问题。

硬件负载均衡解决方案是直接在服务器和外部网络间安装负载均衡设备,这种设备我们通常称之为负载均衡器,由于专门的设备完成专门的任务,独立于操作系统,整体性能得到大量提高,加上多样化的负载均衡策略,智能化的流量管理,可达到最佳的负载均衡需求。

负载均衡器有多种多样的形式,除了作为独立意义上的负载均衡器外,有些负载均衡器集成在交换设备中,置于服务器与Internet链接之间,有些则以两块网络适配器将这一功能集成到PC中,一块连接到Internet上,一块连接到后端服务器群的内部网络上。

一般而言,硬件负载均衡在功能、性能上优于软件方式,不过成本昂贵。

 

本地/全局负载均衡

负载均衡从其应用的地理结构上分为本地负载均衡(Local Load Balance)和全局负载均衡(Global Load Balance,也叫地域负载均衡),本地负载均衡是指对本地的服务器群做负载均衡,全局负载均衡是指对分别放置在不同的地理位置、有不同网络结构的服务器群间作负载均衡。

本地负载均衡能有效地解决数据流量过大、网络负荷过重的问题,并且不需花费昂贵开支购置性能卓越的服务器,充分利用现有设备,避免服务器单点故障造成数据流量的损失。其有灵活多样的均衡策略把数据流量合理地分配给服务器群内的服务器共同负担。即使是再给现有服务器扩充升级,也只是简单地增加一个新的服务器到服务群中,而不需改变现有网络结构、停止现有的服务。

全局负载均衡主要用于在一个多区域拥有自己服务器的站点,为了使全球用户只以一个IP地址或域名就能访问到离自己最近的服务器,从而获得最快的访问速度,也可用于子公司分散站点分布广的大公司通过Intranet(企业内部互联网)来达到资源统一合理分配的目的。

全局负载均衡有以下的特点:

实现地理位置无关性,能够远距离为用户提供完全的透明服务。

除了能避免服务器、数据中心等的单点失效,也能避免由于ISP专线故障引起的单点失效。

解决网络拥塞问题,提高服务器响应速度,服务就近提供,达到更好的访问质量。


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