负载均衡交换机的认识和使用

Internet的快速增长使前端接入服务器，尤其是多媒体网络服务器和Web服务器等，面对的访问者数量快速增加，网络服务器需要具备提供大量并发访问服务的能力，在每天高达数百万次的Web请求访问的情况下，服务器的CPU和I/O处理能力很快会成为瓶颈。但是，简单地提高硬件性能，并不能真正解决这个问题，因为单台服务器的性能总是有限的。获取信息的速度已经成为制约Internet发展的重要因素。如何在现有的网络资源下提高用户获取信息的速度，已成为困扰众多数据中心、ISP和企业的一大难题。

负载均衡是建立在现有网络结构之上，它提供了一种廉价有效的方法扩展服务器带宽和增加吞吐量，加强网络数据处理能力，提高网络的灵活性和可用性。它主要完成以下任务：解决网络拥塞问题，服务就近提供，实现地理位置无关性；为用户提供更好的访问质量；提高服务器响应速度；提高服务器及其他资源的利用效率；避免了网络关键部位出现单点失效。

现在许多交换机提供第四层交换功能，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。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。Web内容交换技术，即URL交换或七层交换技术，提供了一种对访问流量的高层控制方式。因为大型网站的访问量较大,采用负载均衡交换机之后，实现了本地多台服务器的负载均衡，保证了系统在高峰时期的处理能力。同时实现了服务器的冗余，并且方便了系统的维护和管理。

对一个网络的负载均衡应用，可以从网络的不同层次入手，具体情况要看对网络瓶颈所在之处的具体分析，大体上不外乎从传输链路聚合、采用更高层网络交换技术和设置服务器集群策略三个角度实现。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2层/3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。基于四层交换技术的负载均衡，这种技术是在第四层交换机上设置Web服务的虚拟IP地址，这个虚拟IP地址是DNS服务器中解析到的Web服务器的IP地址，对客户端是可见的。当客户访问此Web应用时，客户端的Http请求会先被第四层交换机接收到，它将基于第四层交换技术实时检测后台Web服务器的负载，根据设定的算法进行快速交换。常见的算法有轮询、加权、最少连接、随机和响应时间等。基于七层交换技术的负载均衡 ，这种技术主要用于实现Web应用的负载平衡和服务质量保证。它与第四层交换机比较起来有许多优势：第七层交换机不仅能检查TCP/IP数据包的TCP和UDP端口号，从而转发给后台的某台服务器来处理，而且能从会话层以上来分析Http请求的URL，根据URL的不同将不同的Http请求交给不同的服务器来处理，甚至同一个URL请求可以让多个服务器来响应以分担负载，它实际上要与服务器建立多个会话连接，得到多个对象。

因此我们在引入交换机应用某种负载均衡方案时，首先要确定当前及将来的应用需求，然后在成本与收益之间做出权衡。无论采用哪种负载均衡方案，都必须重点考虑以下问题：

性能：

性能是引入均衡方案时需要重点考虑的问题，但也是一个最难把握的问题。性能的优劣与负载均衡交换机的处理能力、采用的均衡策略息息相关，并且有两点需要注意：均衡方案对服务器群整体性能的改善，这是响应客户端连接请求速度的关键；负载均衡设备自身的性能，避免有大量连接请求时自身性能不足而成为服务瓶颈。

可扩展性：

合适的均衡解决方案应能均衡不同操作系统和硬件平台之间的负载，能均衡HTTP、邮件、新闻、代理、数据库、防火墙和 Cache等不同服务器的负载，并且能以对客户端完全透明的方式动态增加或删除某些资源。

灵活性：

均衡解决方案应能灵活地提供不同的应用需求，满足应用需求的不断变化。在不同的服务器群有不同的应用需求时，应有多样的均衡策略提供更广泛的选择。

可靠性：

在对服务质量要求较高的站点，负载均衡解决方案应能为服务器群提供完全的容错性和高可用性。但在负载均衡设备自身出现故障时，应该有良好的冗余解决方案，提高可靠性。

易管理性：

不管是通过软件还是硬件方式的均衡解决方案，我们都希望它有灵活、直观和安全的管理方式，这样便于安装、配置、维护和监控，提高工作效率，避免差错。