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网络知识 :: 网络知识

集群的负载均衡技术


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◆高层协议内容交换技术



除了上述的几种负载均衡方式之外,还有在协议内部支持负载均衡能力的技术,即URL交换或七层交换,提供了一种对访问流量 的高层控制方式。Web内容交换技术检查所有的HTTP报头,根据报头内的信息来执行负载均衡的决策。例如可以根据这些信息来确定 如何为个人主页和图像数据等内容提供服务,常见的有HTTP协议中的重定向能力等。



HTTP运行于TCP连接的最高层。客户端通过恒定的端口号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。协议交换根据内容策略来控制负载,而不是根据TCP端口号,所以不会造成访问流量的滞留。



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报头信息的分析以及进程的时延已经变得很重要了,要 尽一切可能提高这几各部份的性能。



在HTTP请求和报头中有很多对负载平衡有用的信息。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。



如果网络管理员熟悉内容交换技术,他可以根据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。如果Web服务器已经为图像服务、SSL对话、数据库事务服务之类的 特殊功能进行了优化,那么,采用这个层次的流量控制将可以提高网络的性能。



◆网络接入协议交换



大型的网络一般都是由大量专用技术设备组成的,如包括防火墙、路由器、第3、4层交换机、负载均衡设备、缓冲服务器和Web 服务器等。如何将这些技术设备有机地组合在一起,是一个直接影响到网络性能的关键性问题。现在许多交换机提供第四层交换功 能,对外提供一个一致的IP地址,并映射为多个内部IP地址,对每次TCP和UDP连接请求,根据其端口号,按照即定的策略动态选择 一个内部地址,将数据包转发到该地址上,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。



使用基于操作系统的第四层交换技术因此孕育而生。通过开放源码的Linux,将第四层交换的核心功能做在系统的核心层,能够在 相对高效稳定的核心空间进行IP包的数据处理工作,其效率不比采用专有OS的硬件交换机差多少。同时又可以在核心层或者用户层增 加基于交换核心的负载均衡策略支持,因此在灵活性上远远高于硬件系统,而且造价方面有更好的优势。



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