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WEB 集群与负载均衡(一)基本概念-下
伍晓辉 2017-07-24 09:41:56
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前端开发
前面已经说过负载均衡的作用是在多个节点之间按照一定的策略(算法)分发网络或计算处理负载。负载均衡可以采用软件和硬件来实现。一般的框架结构可以参考下图。

后台的多个Web节点上面有相同的Web应用,用户的访问请求首先进入负载均衡分配节点(可能是软件或者硬件),由它根据负载均衡策略(算法)合理地分配给某个Web应用节点。每个Web节点相同的内容做起来不难,所以选择负载均衡策略(算法)是个关键问题。下面会专门介绍均衡算法。

web负载均衡的作用就是把请求均匀的分配给各个节点,它是一种动态均衡,通过一些工具实时地分析数据包,掌握网络中的数据流量状况,把请求理分配出去。对于不同的应用环境(如电子商务网站,它的计 算负荷大;再如网络数据库应用,读写频繁,服务器的存储子系统系统面临很大压力;再如视频服务应用,数据传输量大,网络接口负担重压。),使用的均衡策略(算法)是不同的。 所以均衡策略(算法)也就有了多种多样的形式,广义上的负载均衡既可以设置专门的网关、负载均衡器,也可以通过一些专用软件与协议来实现。在OSI七层协议模型中的第二(数据链路层)、第三(网络层)、第四(传输层)、第七层(应用层)都有相应的负载均衡策略(算法),在数据链路层上实现负载均衡的原理是根据数据包的目的MAC地址选择不同的路径;在网络层上可利用基于IP地址的分配方式将数据流疏通到多个节点;而传输层和应用层的交换(Switch),本身便是一种基于访问流量的控制方式,能够实现负载均衡。
目前,基于负载均衡的算法主要有三种:轮循(Round-Robin)、最小连接数(Least Connections First),和快速响应优先(Faster Response Precedence)。
①轮循算法,就是将来自网络的请求依次分配给集群中的节点进行处理。
②最小连接数算法,就是为集群中的每台服务器设置一个记数器,记录每个服务器当前的连接数,负载均衡系统总是选择当前连接数最少的服务器分配任务。 这要比"轮循算法"好很多,因为在有些场合中,简单的轮循不能判断哪个节点的负载更低,也许新的工作又被分配给了一个已经很忙的服务器了。
③快速响应优先算法,是根据群集中的节点的状态(CPU、内存等主要处理部分)来分配任务。 这一点很难做到,事实上到目前为止,采用这个算法的负载均衡系统还很少。尤其对于硬件负载均衡设备来说,只能在TCP/IP协议方面做工作,几乎不可能深入到服务器的处理系统中进行监测。但是它是未来发展的方向。

上面是负载均衡常用的算法,基于以上负载均衡算法的使用方式上,又分为如下几种:

1、DNS轮询

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

2、反向代理服务器

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。
3、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。



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