負載均衡技術
負載均衡技術---簡介
負載均衡（LoadBalance）建立在現有網路結構之上，它提供了一種廉價、有效、透明的方法，來擴展網路設備和伺服器的頻寬、增加吞吐量、加強網路數據處理能力、提高網路的靈活性和可用性。
負載均衡有兩方面的含義：首先，大量的並發訪問或數據流量分擔到多台節點設備上分別處理，減少用戶等待回響的時間；其次，單個重負載的運算分擔到多台節點設備上做並行處理，每個節點設備處理結束後，將結果匯總，返回給用戶，系統處理能力得到大幅度提高。
負載均衡技術--分類
目前有許多不同的負載均衡技術用以滿足不同的套用需求，如軟/硬體負載均衡、本地/全局負載均衡、更高網路層負載均衡，以及鏈路聚合技術。軟/硬體負載均衡 軟體負載均衡解決方案，是指在一台或多台伺服器相應的作業系統上，安裝一個或多個附加軟體來實現負載均衡，如DNS負載均衡等。它的優點是基於特定環境、配置簡單、使用靈活、成本低廉，可以滿足一般的負載均衡需求。硬體負載均衡解決方案，是直接在伺服器和外部網路間安裝負載均衡設備，這種設備我們通常稱之為負載均衡器。由於專門的設備完成專門的任務，獨立於作業系統，整體性能得到大量提高，加上多樣化的負載均衡策略，智慧型化的流量管理，可達到最佳的負載均衡需求。一般而言，硬體負載均衡在功能、性能上優於軟體方式，不過成本昂貴。
負載均衡技術--實現方法
一、負載均衡技術的引入
信息系統的各個核心部分隨著業務量的提高、訪問量和數據流量的快速增長，其處理能力和計算強度也相應增大，使得單一設備根本無法承擔，必須採用多台伺服器協同工作，提高計算機系統的處理能力和計算強度，以滿足當前業務量的需求。而如何在完成同樣功能的多個網路設備之間實現合理的業務量分配，使之不會出現一台設備過忙、而其他的設備卻沒有充分發揮處理能力的情況。要解決這一問題，可以採用負載均衡的方法。
負載均衡有兩個方面的含義：首先，把大量的並發訪問或數據流量分擔到多台節點設備上分別處理，減少用戶等待回響的時間；其次，單個重負載的運算分擔到多台節點設備上做並行處理，每個節點設備處理結束後，將結果匯總，再返回給用戶，使得信息系統處理能力可以得到大幅度提高。
對一個網路的負載均衡套用，可以從網路的不同層次入手，具體情況要看對網路瓶頸所在之處的具體情況進行分析。一般來說，企業信息系統的負載均衡大體上都從傳輸鏈路聚合、採用更高層網路交換技術和設定伺服器集群策略三個角度實現。
二、鏈路聚合――低成本的解決方案
為了支持與日俱增的高頻寬套用，越來越多的PC機使用更加快速的方法連入網路。而網路中的業務量分布是不平衡的，一般表現為網路核心的業務量高，而邊緣比較低，關鍵部門的業務量高，而普通部門低。伴隨計算機處理能力的大幅度提高，人們對工作組區域網路的處理能力有了更高的要求。當企業內部對高頻寬套用需求不斷增大時（例如Web訪問、文檔傳輸及內部網連線），區域網路核心部位的數據接口將產生瓶頸問題，因此延長了客戶套用請求的回響時間。並且區域網路具有分散特性，網路本身並沒有針對伺服器的保護措施，一個無意的動作，像不小心踢掉網線的插頭，就會讓伺服器與網路斷開。
通常，解決瓶頸問題採用的對策是提高伺服器鏈路的容量，使其滿足目前的需求。例如可以由快速乙太網升級到千兆乙太網。對於大型網路來說，採用網路系統升級技術是一種長遠的、有前景的解決方案。然而對於許多企業，當需求還沒有大到非得花費大量的金錢和時間進行升級時，使用升級的解決方案就顯得有些浪費了。對於擁有許多網路教室和多媒體教室的普通中學和職業中學，在某些課程的教學期間（比如上傳學生製作的網頁等等），將產生大量訪問Web伺服器或進行大量的文檔傳輸；或在縣區級的網路信息網上舉行優秀老師示範課教學、定期的教學交流等教學活動時，這種情況尤為突出。然而在需求還沒有大到非得花費大量的金錢和時間進行升級時，實施網路的升級就顯得大材小用了。在這種情況下，鏈路聚合技術為消除傳輸鏈路上的瓶頸與不安全因素提供了成本低廉的解決方案。鏈路聚合技術將多個線路的傳輸容量融合成一個單一的邏輯連線。當原有的線路滿足不了需求、而單一線路的升級又太昂貴或難以實現時，就可採用多線路的解決方案。
鏈路聚合系統增加了網路的複雜性，但也提高了網路的可靠性，使人們可以在伺服器等關鍵區域網路段的線路上採用冗餘路由。對於計算機區域網路系統，可以考慮採用虛擬路由冗餘協定（VRRP）。VRRP可以生成一個虛擬預設的網關地址，當主路由器無法接通時，備用路由器就會採用這個地址，使區域網路通信得以繼續。總之，當必需提高主要線路的頻寬而又無法對網路進行升級的時候，便可以採用鏈路聚合技術。
三、高層交換――適合大型網路
大型的網路一般都是由大量專用技術設備組成的，如包括防火牆、路由器、第2層/3層交換機、負載均衡設備、緩衝伺服器和Web伺服器等。如何將這些技術設備有機地組合在一起，是一個直接影響到網路性能的關鍵性問題。大型網路的核心交換機一般採用高端的機櫃式交換機，現在這類交換機一般都提供第四層交換功能，可以將一個外部IP位址映射為多個內部IP位址，對每次TCP連線請求動態使用其中一個內部地址，達到負載均衡的目的。有的協定內部支持與負載均衡相關的功能，例如HTTP協定中的重定向能力。
Web內容交換技術，即URL交換或七層交換技術，提供了一種對訪問流量的高層控制方式。Web內容交換技術檢查所有的HTTP報頭，根據報頭內的信息來執行負載均衡的決策，並可以根據這些信息來確定如何為個人主頁和圖像數據等內容提供服務。它不是根據TCP連線埠號來進行控制的，所以不會造成訪問流量的滯留。如果Web伺服器已經為諸如圖像服務、SSL對話和資料庫事務服務之類的特殊功能進行了最佳化，那么，採用這個層次的流量控制將可以提高網路的性能。目前，採用高層交換技術的產品與方案，有許多專用的設備，如3Com公司的3ComSuperStack3伺服器負載均衡交換機和Cisco系統公司的CSS交換機產品等，國內的伺服器廠商如聯想和浪潮等也都有專用的負載均衡產品。
四、帶均衡策略的伺服器群集――滿足大量並發訪問的需求
隨著電子商務和電子政務的開展，網上交易和訪問量會明顯增加。企業的日常經營和各種辦公業務都往上遷移，所傳送不僅是一般的文本信息，還有很多視頻和語音。如遠程教學方興未艾，不少院校都在全國各地設立網路教學點，進行遠程教學和線上輔導，各個站點都必須能夠同網路教學中心進行實時交流，在這種情況下，勢必也會產生大量並發訪問，因此要求網路中心伺服器必須具備提供大量並發訪問服務的能力。這樣，網路中心伺服器的處理能力和I/O能力已經成為提供服務的瓶頸。如果客戶的增多導致通信量超出了伺服器能承受的範圍，那么其結果必然是宕機。顯然，單台伺服器有限的性能不可能解決這個問題，一台普通伺服器的處理能力只能達到每秒幾萬個到幾十萬個請求，無法在一秒鐘內處理上百萬個甚至更多的請求。但若能將10台這樣的伺服器組成一個系統，並通過軟體技術將所有請求平均分配給所有伺服器，那么這個系統就完全擁有每秒鐘處理幾百萬個甚至更多請求的能力。這就是利用伺服器群集實現負載均衡的優點。 早期的伺服器群集通常以光纖鏡像卡進行主從方式備份。令服務運營商頭疼的是關鍵性伺服器或套用較多、數據流量較大的伺服器一般檔次不會太低，而服務運營商花了2台伺服器的錢卻常常只得到一台伺服器的性能。通過LSANT（LoadSharingNetworkAddressTransfer）將多台伺服器網卡的不同IP位址翻譯成一個虛擬IP位址，使得每台伺服器均時刻處於工作狀態。原來需要用小型機來完成的工作改由多台PC伺服器完成，這種彈性解決方案對投資保護的作用是相當明顯的，既避免了小型機剛性升級所帶來的巨大設備投資，又避免了人員培訓的重複投資。同時，服務運營商可以依據業務的需要隨時調整伺服器的數量。
網路負載均衡提高了諸如Web伺服器、FTP伺服器和其他關鍵任務伺服器上的Internet伺服器程式的可用性和可伸縮性。單一伺服器可以提供有限級的可靠性和可伸縮性。但是，通過將2個或2個以上高級伺服器的主機連成群集，網路負載均衡就能夠提供關鍵任務伺服器所需的可靠性和性能。
為了建立一個高負載的Web站點，必須使用多伺服器的分散式結構。如使用代理伺服器和Web伺服器相結合，或者2台Web伺服器相互協作，這種方式也屬於多伺服器的結構。但在這些多伺服器的結構中，每台伺服器所起到的作用是不同的，屬於非對稱的體系結構。非對稱的伺服器結構中每個伺服器起到的作用是不同的，例如一台伺服器用於提供靜態網頁，而另一台用於提供動態網頁等等。這樣就使得網頁設計時就需要考慮不同伺服器之間的關係。一旦要改變伺服器之間的關係，就會使得某些網頁出現連線錯誤，不利於維護，可擴展性也較差。
能進行負載均衡的網路設計結構為對稱結構，在對稱結構中每台伺服器都具備等價的地位，都可以單獨對外提供服務，而無須其他伺服器的輔助。然後，可以通過某種技術，將外部傳送來的請求均勻分配到對稱結構中的每台伺服器上，接收到連線請求的伺服器都獨立回應客戶的請求。在這種結構中，由於建立內容完全一致的Web伺服器並不困難，因此負載均衡技術就成為建立一個高負載Web站點的關鍵性技術。
綜上所述，在客戶端對作業系統進行最佳化，改善網路環境，雖然可以最大限度地提高客戶端的信息傳輸速率，但是，在網路中，當眾多工作站同時向同一伺服器發出請求或同時訪問同一個檔案時，所產生的信息傳輸阻塞現象卻是無能為力的。為此在伺服器端採用負載均衡這種策略，它能讓多台伺服器或多條鏈路共同承擔一些繁重的計算或I/O任務，從而以較低成本消除網路瓶頸，避免了單機擁塞或單機故障造成的不良影響，便於擴展，保證服務需要，提高網路的靈活性和可靠性。而且負載均衡是建立在現有網路結構之上，提供了一種廉價有效的方法擴展伺服器頻寬和增加吞吐量，加強網路數據處理能力，提高網路的靈活性和可用性
負載均衡技術--套用
（1）解決網路擁塞問題，就近提供服務，實現地理位置無關性；
（2）為用戶提供更好的訪問質量；
（3）提高伺服器回響速度；
（4）提高伺服器及其他資源的利用效率。
負載均衡技術--實例
負載均衡技術
負載均衡技術圖一
一.無線區域網路中的負載均衡(如圖一）
二.LinuxDNS的負載均衡
三.智慧型負載均衡（如圖二）
圖二
