网络减压还靠负载均衡技术

前些年的时候，中小学的教育问题一直是社会舆论的重点话题。那么就是减负问题，搬到我们的网络上面，也存在着同样的问题。越来越多的网络使用，给网络带来了空前压力。那么负载均衡技术就在这种减负的观点中诞生。一种科学的分配方式，是缓解网络工作压力的有效手段。

由于网络的数据流量多集中在中心服务器一端,所以现在所说的负载均衡技术,多指的是对访问服务器的负载进行均衡 (或者说分担)措施｡负载均衡,从结构上分为本地负载均衡和地域负载均衡(全局负载均衡),前一种是指对本地的服务器集群做负载均衡,后一种是指对分别放 置在不同的地理位置､在不同的网络及服务器群集之间作负载均衡｡

每个主机运行一个所需服务器程序的独立拷贝,诸如Web､FTP､Telnet或e-mail服务器程序｡对于某些服务(如运行在 Web服务器上的那些服务)而言,程序的一个拷贝运行在群集内所有的主机上,而网络负载均衡技术则将工作负载在这些主机间进行分配｡对于其他服务(例如e- mail),只有一台主机处理工作负载,针对这些服务,网络负载均衡允许网络通讯量流到一个主机上,并在该主机发生故障时将通讯量移至其他主机｡

◆DNS

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｡当使用DNS负载均衡的时候,必 须尽量保证不同的客户计算机能均匀获得不同的地址｡由于DNS数据具备刷新时间标志,一旦超过这个时间限制,其他DNS服务器就需要和这个服务器交互,以 重新获得地址数据,就有可能获得不同IP地址｡因此为了使地址能随机分配,就应使刷新时间尽量短,不同地方的DNS服务器能更新对应的地址,达到随机获得 地址,然而将过期时间设置得过短,将使DNS流量大增,而造成额外的网络问题｡DNS负载均衡技术的另一个问题是,一旦某个服务器出现故障,即使及时修改了 DNS设置,还是要等待足够的时间(刷新时间)才能发挥作用,在此期间,保存了故障服务器地址的客户计算机将不能正常访问服务器｡

尽管存在多种问题,但它还是一种非常有效的做法,包括Yahoo在内的很多大型网站都使用DNS｡

◆代理服务器

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,从而达到负载均衡技术的目的｡

这种代理方式与普通的代理方式有所不同,标准代理方式是客户使用代理访问多个外部服务器,而这种代理方式是代理多个客户访问内部服务器,因此也被称为反向代理模式｡虽然实现这个任务并不算是特别复杂,然而由于要求特别高的效率,实现起来并不简单｡

使用反向代理的好处是,可以将负载均衡和代理服务器的高速缓存技术结合在一起,提供有益的性能｡然而它本身也存在一些问题,首先就是必须为每一种服务都专门开发一个反向代理服务器,这就不是一个轻松的任务｡

代理服务器本身虽然可以达到很高效率,但是针对每一次代理,代理服务器就必须维护两个连接,一个对外的连接,一个对内的连接,因此对于特 别高的连接请求,代理服务器的负载也就非常之大｡反向代理方式下能应用优化的负载均衡策略,每次访问最空闲的内部服务器来提供服务｡但是随着并发连接数量 的增加,代理服务器本身的负载也变得非常大,最后反向代理服务器本身会成为服务的瓶颈｡

◆地址转换网关

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｡很多硬件厂商将这种技术集成在他们的交换机中,作为他们第四层交换的一种功能来实现,一般采用随机选择､根据服务器的连接数量或者响应时间进行选择的 负载均衡策略来分配负载｡由于地址转换相对来讲比较接近网络的低层,因此就有可能将它集成在硬件设备中,通常这样的硬件设备是局域网交换机｡

当前局域网交换机所谓的第四层交换技术,就是按照IP地址和TCP端口进行虚拟连接的交换,直接将数据包发送到目的计算机的相应端口｡ 通过交换机就能将来自外部的初始连接请求,分别与内部的多个地址相联系,此后就能对这些已经建立的虚拟连接进行交换｡因此,一些具备第四层交换能力的局域 网交换机,就能作为一个硬件负载均衡器,完成服务器的负载均衡｡

由于第四层交换基于硬件芯片,因此其性能非常优秀,尤其是对于网络传输速度和交换速度远远超过普通的数据包转发｡然而,正因为它是使用 硬件实现的,因此也不够灵活,仅仅能够处理几种最标准的应用协议的负载均衡,如HTTP ｡当前负载均衡技术主要用于解决服务器的处理能力不足的问题,因此并不能充分发挥交换机带来的高网络带宽的优点｡

◆协议内部支持

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｡客 户端通过端口号80的TCP服务直接连接到服务器,然后通过TCP连接向服务器端发送一个HTTP请求｡在服务器分清客户端所需的网页和资源之前,至少要 进行四次TCP的数据包交换请求｡由于负载平衡设备要把进入的请求分配给多个服务器,因此,它只能在TCP连接时建立,且HTTP请求通过后才能确定如何 进行负载的平衡｡当一个网站的点击率达到每秒上百甚至上千次时,TCP连接､HTTP报头信息以及进程的时延已经变得很重要了｡在HTTP请求和报头中有 很多对负载平衡有用的信息｡首先,也是最重要的一点是,我们可以从这些信息中获知客户端所请求的URL和网页,利用这个信息,负载平衡设备就可以将所有的 图像请求引导到一个图像服务器,或者根据URL的数据库查询内容调用CGI程序,将请求引导到一个专用的高性能数据库服务器｡惟一能局限这些信息获取的因 素是负载平衡设备本身的灵活程度｡事实上,如果网络管理员熟悉Web内容交换技术,他可以仅仅根据HTTP报头的cookie字段来使用Web内容交换技 术改善对特定客户的服务,如果能从HTTP请求中找到一些规律,还可以充分利用它作出各种决策｡除了TCP连接表的问题外,如何查找合适的HTTP报头信 息以及作出负载平衡决策的过程,是影响Web内容交换技术性能的重要问题｡

但它依赖于特定协议,因此使用范围有限｡根据现有的这些负载均衡技术,并应用优化的均衡策略,来实现后端服务器负载分担的最优状态｡