关于校园网中服务器集群技术的应用探讨

杨晓峰

摘要：随着智慧校园的应用，校园网的各种业务与数据应用对服务器性能要求越来越高，对校园的数据安全、管理、稳定性与可靠性等问题要求也越来越高，通过对校园网中的服务器集群等相关的问题进行阐释与分析，探究了服务器集群在校园网中的具有应用。

关键词：校园网；服务器集群；负载均衡

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2017）08-0059-02

在传统的校园网络管理中，采用单机服务系统的管理方式，将校园网的多种应用都集中在一台服务器的管理上，使得校园网的安全管理存在巨大的安全威胁，主要表现网络资源的利用效率不高，信息容量有限，校园网的负载不能动态平衡，而且在服务器日常运行的过程中，缺乏有效的备份措施，往往导致校园服务器的服务数据丢失，造成校园服务器的维护与扩展存在问题与困难等。因此，在校园网络管理中采用服务器集群技术，提高校园网络信息的出来效率，同时也能够提高校园网络的安全性，以及服务器的利用效率。

1服务器集群技术概述

服务器集群系统是一组高性能计算机组组成的服务器，在结构上比较松散，但是所有的计算机对外只有一个可以访问的地址，在外部发生数据请求时，系统可以根据计算机应用的实际情况，调用合适的计算机组为用户提供服务，并采用适当的负载均衡调度算法，将执行的任务合理地分配到服务器中的某台计算机上，能够有效地防止服务器在处理信息过程中压力，提高服务器处理数据的效率，一般有基于windows、Linux系统的集群服务器，包括以下几种类型集群服务器：

1）科学集群。一般情况下，科学群集主要功能是为群集开发并行应用程序，处理科研中大量的数据与复杂的科学问题数据，它的运算性能比较强。科学集群对外就好像一个超级计算机，复杂对服务处集群的数据分析与运算，这种超级计算机内部由十至上万个独立处理器组成，能够根据外部数据的需要自动分配任务给相应的计算机群组。虽然网际协议对于广域网很重要，但是在实际的数据处理过程中，系统会产生很大的开销，网络集群服务器采用的封闭式的处理，往往不会产生很大的系统开销，因为节点之间可以直接采用访问集群服务器内存的方式进行通讯，减少了网络减少的压力，有助于提高服务器的工作效率。

2）负载均衡群集。在网络服务中往往会出现有些服务器处理数据比较繁重，而有的服务器则闲置的情况，导致服务器的负载不均衡的现象，往往会导致服务器出现阻塞、效率不高的情况。负载均衡群集使负载可以根据服务器的计算机运行情况分配任务，将复杂的数据处理平均分配到各个计算机组中，保证各个计算机能够均衡的处理数据。服务器的负载主要包括应用程序处理负载和网络流量负载，程序处理负载能够就能够有效的降低计算机组处理数据的压力，提高工作效率，负载均衡可以分配任务给服务器的每个节点，保证每一个节点都能够承担一定的处理负载，采用动态平衡的方式，平衡每一个计算机组处理数据的压力，实现负载均衡的处理。网络流量负载能够有效的处理网络中的大量入网数据流量造成的网络拥挤的现象，能够及时的处理各种信息，通过网络负载均衡就会将网络流量发送给其他服务器节点来处理网络应用程序，同时，负载均衡还会根据每一个网络节点上的资源不同与可用资源来对网络流量进行处理。

3）高可用性群集。在网络服务器在工作的过程中，如果集群服务器中的某一个系统会发生故障时，其他计算机组就会快速的做出反应，来执行发生故障的计算机组的任务。高可用性群集主要的功能是提高服务器集群的数据处理效率，并提高系统的数据处理能力。它们经常利用在多台机器上运行的冗余节点和服务，及时的发现节点的运行情况，并将相关的数据处理交给节点处理。在集群服务器中，如果某个节点失败，它的替补将在很短的时间内来完成该节点的数据处理工作。集群服务器的这种功能对于用户来说，集群服务器是时刻在工作的，不会因某一个节点的问题而停止工作。

2集群技术在校园网中的应用

由于集群服务器的应用比较广泛，相应的技术也比较成熟，在这里我们采用LVS（Linux VirtualServer）集群技术构建校园网络服务器集群。该服务器集群系统能够提供负载均衡的功能，并实施的监控各个节点之间的运行情况，能够根据用户的请求合理的分析数据处理的任务。具体的系统架构如图1所示。

整个集群服务系统主要由LLP、SP与SS三个层级结构构成，三层结构互相通过高速网络进行连接，可以有效地避免网络的系统规模扩大时造成网络瘫痪的问题，有效地解决了网络通信的拥塞与网络服务器的单点故障产生的问题。

1）Linux负载调度器（LinuxLoadBalancer）。这是整个集群对外服务的前端机，将用户的请求传递给集群服务器处理，主要采用的是IP负载均衡技术，将可以的信息通过一个IP地址（虚拟IP地址）发送到服务器上，并通过Limtx负载调度器记住这个调度，当用户的其他请求发生时，通过该负载调度器转发给服务器。由于Linux操作系统核心空间能够完成服务器集群的所有的操作过程，这样，Linux负载调度器能够自动的对数据进行处理，而且Linux负载调度器调度开销很小，使得网络的吞吐率比较高，处理数据的速率就比较快。LLB是服务器集群系统的唯一入口点，在集群服务中，采用了两个相互备份的LLB，这样在服務器集群工作的过程中，不会因为一个服务器瘫痪，而导致其他的网络不能正常工作的情况，假如在MasterLLB出现故障时，Salve LLB将会接管它服务的IP地址，为整个网络提供服务，在MasterLLB的故障排除恢复工作时，当Serve LLB能够自动得知MasterLLB恢复工作的信息，就会自动的释放Mas-ter LLB服务器的IP地址，使得Master LLB能够自动处理用户的信息请求。

2）服务器池（Server pool）。服务器池的数目是可变的，能够动态的处理信息，当系统的负载超过相应的节点时，可以通过增加服务池的个数来满足要求，完成相应的数据处理，并能够技术的为用户提供反馈服务，用户在进行数据请求经过LLB处理之后，传递到集群服务器进行处理，服务器池可以不断地对LLB各个节点的状态进行监控，通过各个节点上的程序运行来实现相应服务的处理。如果LLB发现某服务器节点出现故障，不能处理用户的请求时，可以重新配置服务器系统，然后将服务器的某个节点的工作负载转移到正常运行的节点来处理，实现用户请求的自动处理。

3）系统结构共享存储（Shazed Storage）。它是一种分布式文件处理系统，主要是在数据库、网络管理系统等，主要为系统的服务器池为分布式共享提供了一个存储区，能够实现用户请求的快速处理。在以往的服务器管理时，系统中的任何更新都要对每一台服务进行处理，这样系统的维护成本就比较高，而且也很浪费系统的资源。采用共享存储能够为服务器集群提供一个稳定一致的文件存储服务平台，提高了服务器管理的效率，并能够节点的负载均衡、容错、内容一致、读写事务等底层功能进行管理，为服务器的应用层提供了一个透明的文件访问方式，而且还具有比较好的兼容性。

3关键技术分析

LVS（Linux Virtual Server）集群技术实现基础是IP数据交换，将网络的IP/TCP的请求均匀而有效的转移到服务器池中的服务器中，使得网络通信具有一定的可拓展性、便于管理的特点，使得LVS成为一个以负载均衡为核心的集群系统。

3.1负载均衡技术

负载均衡技术是LVS集群技术的关键内容，LVS集群服务器的均衡及时主要有地址转换（NAT）技术、IP隧道（IPIP）技术以及直接路由技术三种方式，各种技术处理的数据的方式也不相同。NAT技术是通过服务器中的IP地址，将服务器池与外界网络隔开，对用户的请求进行处理。这是一种典型的双工连接处理模型，在服务器端的负荷较重时，会影响服务器的处理速度，进而会影响服务器集群的性能，这样就会使得LLB数据处理成为网络数据处理的瓶颈。IPIP技术是LLB在收到用户的信息请求之后，通过相关的技术对用户的请求进行打包，然后通过IP选择服务器，形成一个新的IP数据包，并将其传递给服务器，服务器在收到LLB传来的数据之后，根据内部封装IP包的信息，对数据进行处理，并将处理的结果直接反馈给用户，而应答包的源地址就对一个为服务器集群的虚拟IP地址。DR是LLB接收到用户的数据请求之后，能够自动的根据用户的请求为用户选择合理的计算机组，它不修改信息的，P报文，而是通过数据包帧的MAC地址改为服务器的MAC地址，将用户的请求传递给服务器，通信源地址仍然是原来的IP地址，提高了数据处理的效率。采用DR技术要求LLB与服务器池必须在同一个通信网络的物理段中，才能有效地实现用户请求数据的处理。由于校园网请求的数据一般比较小，主要是通过页面、GET、POST表单或者一些指令等进行请求，一般的普通网页的信息请求都会有几十KB，而且校园中的信息传输一般主要以视频、音频、大量数据的下载，使得网络的数据流量比较大，在在一般的情况下，我们可以选择DR模式进行数据处理是比较好的选择。

3.2负载调度算法

在LVS服务器集群中，主要由4种负载调度算法，这些算法都是采用不同的数据分析技术，来实现用户的请求处理的。

1）轮叫调度（Round Robin Sohedulin）。主要采用轮叫的方式将客户的信息分配与调度到不同的服务器，由不同的服務器对不同的信息进行处理，采用这种算法的假设是集群服务器处理的功能是相同的，对服务器处理数据的响应情况不做分析。因此，这种算法不适合服务器的性能不同的情况，采用这种方法容易造成不同服务器之间的负载不平衡，影响服务器数据处理的效率。

2）加权轮叫调度Weighted Round-Robin Shedulink）。主要是为每一个服务器指定一个权值，服务器的性能越高，权值就越大，该算法主要用户权值的高低进行伦叫，通过这种方式将用户的请求分配给不同的服务器，如果服务器的权值越高，就能够处理更多的信息和数据。

3）最小连接调度（Leases Connection Scheduling）。通过对服务器进行分析，将信息传递给当前连接最小的服务处理，主要通过动态调度的方法来分析服务器数据的连接与负载平衡的情况。

4）加权最小连接调度（Weightead Leases-Connection Sched-uling）。根据服务器的性能为服务器指定一个权值，当新的请求达到时，会选择一个权值大而且服务器使用较小的进行处理。

4小结

随着数字化校园与智慧校园在高校信息化建设中的应用，促进了高校各种应用服务系统与数据量呈几何级数的方式增长，同时对校园安全与服务器的稳定性提出了更高的要求，对校园网的核心业务管理也需要不断的加强，信息的安全处理也不断的增强。同时由于校园网的数据集中与信息化业务的不断整合应用，要求提高校园网络的稳定性、安全性、统一性的管理提出了更高的要求，采用服务器集群技术能够有效地解决这些问题。