負載平衡,負載平衡是什么意思

負載平衡是為提高性能和克服現(xiàn)有設備中的缺陷而將某些負載分配到多個鏈路、服務器、處理器或其他設備的過程。負載平衡不但可以有效地解決單服務器的性能限制，而且可以實現(xiàn)故障的快速轉(zhuǎn)移，保證服務的高可用性以及靈活的擴展性。服務器負載平衡是將客戶機的請求分配到服務器組的過程。

另一種負載平衡類型應用在聚合通信鏈路中,在聚合通信鏈路中,網(wǎng)絡通信量被分配到兩個或更多的鏈路中,這些鏈路好像是具有高帶寬(和冗余)的單一鏈路。

還有另一種負載平衡類型應用在多處理器系統(tǒng)中,其中正在進行處理的負載被分配到同一計算機中的多個處理器中,或被配置到多重處理集群中的一組計算機中。例如,可將一個單個復雜的任務分成可在不同處理器中同時被處理的塊。　　如上所述,本主題主要討論服務器負載平衡,它是當考慮到大多數(shù)Web站點過載并且老式服務器配置無法處理負載這一現(xiàn)狀時的一個熱門話題。這就需要多個服務器,一些執(zhí)行特定任務的服務器,這樣服務器負載平衡器的工作是接收即將到來的通信量并將通信量發(fā)送到可用的服務器或最適合執(zhí)行特定任務的服務器中。這些服務器由虛擬IP地址表示。為IP地址定義的通信量被負載平衡器攔截并被分配到服務器場或集群中的服務器中。

圖L-6闡釋了一個用于Web站點的典型的負載平衡解決方案。請求到達負載平衡設備并被分配到服務器陣列中的服務器中。除了分配負載之外，負載平衡還提供高可用性:如果某個服務器故障,則負載平衡器自動將請求發(fā)送到其他服務器中。另外,可以拆掉某個用于服務的服務器,而不影響用戶服務,因為負載平衡器可將請求分配到其他仍在運行的服務器中。

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負載平衡器可以是自行設計的網(wǎng)絡設備、具有高級可編程功能性的交換機或者是運行在標準服務器平臺(如Microsoft Windows 2000或UNIX環(huán)境)上的基于軟件的應用程序。Microsoft NLB(網(wǎng)絡負載平衡),也稱為MLBS(Microsoft負載平衡服務器)工作在Microsoft Windows 2000集群環(huán)境中以均衡集群中節(jié)點之間的即將到來的IP通信量。與其他負載平衡服務類似,NLB為單位范圍的TCP/IP服務,如Web、proxy、VPN、流媒體和其他服務提供了可伸縮性和高可用性。NLB 使用一種分布算法將負載均衡分布到多臺主機上，從而提高了基于 IP 的任務關鍵型服務（例如 Web、虛擬專用網(wǎng)絡、流媒體、終端服務、代理，等等）的可伸縮性和可用性。它同時可檢測主機故障并自動將流量重新分配給操作主機，從而提供高可用性。

網(wǎng)絡負載均衡的好處包括：伸縮能力、高度可用性、易于使用和可控性。

包含發(fā)送算法的典型的負載平衡設備如下所示:

? 將最新請求發(fā)送到最空閑的服務器。

? 用循環(huán)方式將通信量發(fā)送到每個服務器(有時將其稱為“發(fā)牌”方法)。

? 根據(jù)服務器的處理能力為服務器分配負荷并將大多數(shù)請求發(fā)送到最重要的服務器。

? 發(fā)送基于第4層的信息,如IP的源地址和目標地址或端口號(應用程序類型)。

? 發(fā)送基于第7層的信息,如包含目錄和文件信息的請求的URL。

? 發(fā)送基于Cookies的信息。

? 根據(jù)服務器處理請求的功能來發(fā)送請求。例如將數(shù)據(jù)庫請求發(fā)送到數(shù)據(jù)庫服務器,將Web請求發(fā)送到Web服務器。

? 根據(jù)持續(xù)對話來向服務器轉(zhuǎn)發(fā)請求,也就是說　如果服務器已經(jīng)在為會話提供服務,則會繼續(xù)將　相關或相似的請求發(fā)送給該服務器。

注意來自單個客戶機的多個請求可由多個服務器來處理。這樣就提高了性能。例如,通常Web頁包含很多對象,包括圖片、文本和聲音。集群中的—個服務器可能提供文本服務,而另一個可能提供圖像和聲音服務。對于查看Web頁的個人來說,這些對象似乎是連接到單個Web服務器中。

為進行負載平衡而檢查URL和其他“特定應用程序”的信息的設備稱為第7層設備。URL提供了有關請求的內(nèi)容的信息,包括目錄名和文件名。這里還使用了Cookies并將在稍后對其進行討論。

持續(xù)性是很重要的,因為它確保了客戶機在跨越很多TCP連接的交易過程中始終使用同一服務器。例如,在某個電子商務購物站點,負載平衡器將確保客戶機的請求持續(xù)送入同一服務器中,因為該服務器可以高速緩存客戶機的購物車信息。持續(xù)性還將最優(yōu)化高速緩存性能。例如URL中的信息(目錄或文件名)可用于將請求發(fā)送到最近被高速緩存已請求的信息的服務器中。

Cookies作為一種識別用戶的方式在負載平衡環(huán)境中也是很重要的。源IP地址作為用戶標識符,其準確性并非始終可靠。代理環(huán)境(如美國在線)另一側(cè)的用戶在每次通過代理服務器進行連接時可能獲得不同的IP地址。當用戶首次連接到Web站點時,處理請求的服務器創(chuàng)建或修改一個帶有會話信息的Cookie,然后將它返回給用戶。此Cookie信息隨后用于在會話期間維護持續(xù)性。

Cookies還可提供服務級信息。例如,Cookie可能指示用戶是一個提供黃金服務的客戶,因此該用戶的請求將轉(zhuǎn)到最高性能服務器。然而,Cookie處理是一個需要消耗大量處理器資源的過程。負載平衡器首先必須與客戶端建立TCP連接,然后在Cookie到達時將其捕獲,接著對此Cookie進行分析以找到所需的信息,最后確定相應的請求服務器。負載平衡器需要將客戶端信息緩存起來,直到它確定此Cookie的特性為止。

高端第7層負載平衡器通常是具有快速交換結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡處理器(該處理器可處理繁忙Web站點的瞬時處理負載)的高性能設備。Alteon Web系統(tǒng)已設計了一系列可實現(xiàn)高級網(wǎng)絡處理器技術(shù)和分布式處理體系結(jié)構(gòu)的Web交換機。每個端口都有一個網(wǎng)絡處理ASIC,用于將第2層數(shù)據(jù)分組引擎與兩個RISC處理器組合成一個單個芯片。在8Mbit/s的交換機底板上最多可連接10個這樣的網(wǎng)絡處理器。每個網(wǎng)絡處理器中的分組引擎通過硬件交換第2層分組,而網(wǎng)絡處理器通過軟件支持第3到第7層交換。從本質(zhì)上而言,交換機是一個并行處理系統(tǒng),其中有20個RISC網(wǎng)絡處理器同時處理通信量(無需考慮會話通信量通過的物理端口)。它是一個由內(nèi)存和處理器資源(可立刻處理來自任何端口的通信量)組成的虛擬矩陣。Alteon的700系列以l80Gbit/s的縱橫制交換結(jié)構(gòu)為核心,并包括其他功能(如QoS管理器)。它還包括第7層內(nèi)容交換的硬件處理協(xié)助,該功能對于維護所有端口的吉比特速率的線路速度是必不可少的。

目前，特別是在高可用性和負載均衡方面,有許多先進的工具可以利用由應用返回給最終用戶的第七層信息。這類工具使用戶可以容易地確認站點內(nèi)容的響應性和正確性,或從客戶的角度來試測你的站點，看看是否存在正確的應用和內(nèi)容。用戶不僅能驗證是否在發(fā)送正確的內(nèi)容，而且還能打開網(wǎng)絡上傳送的數(shù)據(jù)包(不用考慮IP地址或端口)，并根據(jù)包中的信息做出負載均衡決定。第七層交換可以實現(xiàn)有效的數(shù)據(jù)流優(yōu)化和智能負載均衡。

F5 Networks是負載平衡和各種其他優(yōu)化Web站點設計(包括內(nèi)容發(fā)布)產(chǎn)品中的主導產(chǎn)品之一。Extreme Networks將F5Networks的服務器負載平衡源代碼整合到它自身的線路速度交換設備中。F5 Networks的負載平衡和高可用性設備提供下列功能:

? 根據(jù)源、目標和通信量類型劃分通信量的優(yōu)先級并對其進行控制。

? 對服務器、設備和內(nèi)容提供中心位置控制。

? 平衡多個IP協(xié)議和網(wǎng)絡設備(包括防火墻、路由器、緩存服務器和多媒體服務器)。

? 管理服務器和應用程序故障,并將通信量引導至正常工作的服務器和應用程序。

? 提供持久性模式以無縫處理用戶請求并維護站點和客戶間的鏈接。

? 提供基于Cookie的持久性、源、服務器、SSL持久性、URL、IP、端口和HTTP頭負載平衡。

Extreme Networks設計了一系列高端負載平衡設備,這些設備可提供一體化服務,并降低負載平衡的硬件要求。圖L-7闡釋了多設備硬件配置Extreme解決方案。在以前的圖例中,在路由器和負載平衡器之間以及在負載平衡器和服務器之間提供分布式連接需要使用多個第2層交換機。在“以后”的方法中，Extreme Networks的線路速度交換機提供所有交換和負載平衡功能。

負載平衡不僅僅局限于單個地理Web站點。它在整個Internet上進行分布，使多個站點承載同一內(nèi)容。例如,負載平衡器可將請求轉(zhuǎn)發(fā)到在地理位置上距離發(fā)出請求的客戶機較近的服務器。這種設置在站點發(fā)生故障時提供災難恢復,同時將工作負載自動重定向到備份站點。該設置還支持內(nèi)容發(fā)布。

早期的基于Internet的負載平衡技術(shù)使用DNS進行負載平衡。DNS負載平衡技術(shù)使用循環(huán)方法從同一域的IP地址列表中選擇一個IP地址。DNS區(qū)域傳輸程序根據(jù)預先確定的負載平衡算法定期改變服務器節(jié)點的資源記錄的順序。但該方法時間的選擇不符合當今的現(xiàn)時要求。此外,該方法還假設服務器池中所有主機有相同能力提供所有服務,而實際情況卻并非如此。許多商業(yè)Internet負載平衡器為在DNS列表中選擇Web站點實現(xiàn)了更為合理的選擇算法。

RFC 2391 （Load Sharing Using IP Network Address Translation ,August1998)介紹了LSNAT,它對NAT(網(wǎng)絡地址轉(zhuǎn)換)進行了擴充,使其能夠提供負載共享技術(shù)。RFC 3074(DHC Load Balancing Algorithm, February 2001)介紹了負載平衡算法,該算法使多個協(xié)同操作的服務器不交換初始配置以外的任何信息即可確定哪個服務器應為客戶端提供服務。

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