负载均衡技术实现方法分析

张瑛

摘要：随着网络的各个核心部分业务量的提高，访问量和数据流量的增长，其处理能力和计算强度也相应增大，使得单一设备根本无法承担。在这种情况下，我们可以使用负载均衡技术。它能将大量的并发访问或数据流量分担到多台节点设备上进行分别处理，或是将单个重负载的运算分担到多台节点设备上做并行处理，从而使系统处理能力得到大幅度提高。本文从不同层次角度探讨了负载均衡技术的实现方法，并给出了实际配置案例。

关键词：负载均衡 链路聚合 均衡策略

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Internet的规模每一百天就会增长一倍，客户都希望能够获得不间断可用性及较快的系统反应时间，但是随着网络的业务量的提高、信息量的加重，单一设备根本无法承担。在此情况下，如果扔掉现有设备去做大量的硬件升级，这样将造成现有资源的浪费。于是，负载均衡机制应运而生。

负载均衡（Load Balance）建立在现有网络结构之上，它提供了一种廉价有效透明的方法扩展网络设备和服务器的带宽、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。

根据OSI参考模型，一个网络可以分为七个层面。我们从不同的层面着手，解决负载均衡的方法也就各异。在一般情况下，普遍都是通过传输链路聚合技术、借助更高层网络交换技术和设置服务器集群策略等几个角度来实现。

1.数据链路层均衡技术

传输链路的备份是提高网络系统可用性的重要方法。目前的技术中，以生成树协议（STP）和链路聚合（Link Aggregation）技术应用最为广泛。

1） 生成树技术

生成树协议（Spanning Tree）提供了链路间的冗余方案，允许交换机间存在多条链路作为主链路的备份。网络创建时，网络的所有节点间可以存在多条路径，生成树算法计算出最佳路径，在网络中定义了一个树，并且强制其他的路径处于备用状态。

当发现生成树中一部分网络不可达，或发生了某种变化时，生成树算法就会重新计算生成树拓扑，并且通过启动备份路径来重新建立连接。生成树技术要防止局域网中产生环路，因为环路会使网络发生故障。原始生成树协议 IEEE 802.1D通常在50秒内就可以恢复一个链接故障[融合时间=（2xForward_Delay）+Max_Age]。当设计此协议时，这种停机还是可接受的，但是当前的关键任务应用（如语音和视频）却要求更快速的网络融合。为此，IEEE委员会开发了新标准，在IEEE 802.1w中定义的快速生成树协议（RSTP）以减少停机的时间。

2）链路聚合技术

链路聚合技术亦称主干技术（Trunking）或捆绑技术（Bonding），其实质是将两台设备间的数条物理链路“组合”成逻辑上的一条数据通路，称为一条聚合链路，链路聚合成员彼此互为冗余和动态备份。实现的目标是提高链路可用性、线性增加带宽、分担负载、实现自动配置、快速收敛、保证传输质量、对上层用户透明、向下兼容等等。交换机之间多条物理链路组成一条聚合链路。该链路在逻辑上是一个整体，内部的组成和传输数据的细节对上层服务是透明的。

2.高层负载均衡技术技术

高层负载均衡技术通常操作于网络的第四层或第七层。第四层负载均衡将一个Internet上合法注册的IP地址映射为多个内部服务器的IP地址，對每次TCP连接请求动态使用其中一个内部IP地址，达到负载均衡的目的。第七层负载均衡控制应用层服务的内容，提供了一种对访问流量的高层控制方式，适合对HTTP服务器群的应用。

1）DNS负载均衡

DNS负载均衡技术是在DNS服务器中为同一个主机名配置多个IP地址，在应答DNS查询时，DNS服务器对每个查询将以DNS文件中主机记录的IP地址按顺序返回不同的解析结果，将客户端的访问引导到不同的机器上去，使得不同的客户端访问不同的服务器，从而达到负载均衡的目的。

在win2000 server下实现DNS负载均衡的过程是：

在DNS服务配置控制台中打开相应DNS 服务器的“属性”，在“高级”选项卡的“服务器选项”中，选中“启用循环”复选框。

打开正向搜索区域的相应区域（如test.com），新建主机添加主机 （A） 资源记录，记录如下：

www IN A 192.1.1.1

www IN A 192.1.1.2

www IN A 192.1.1.3

可以看到的区别是在NT下一个主机名“www”对应多个IP地址记录。

2）NAT负载均衡

NAT（网络地址转换Network Address Translation）简单地说就是将一个IP地址转换为另一个IP地址，一般用于未经注册的内部地址与合法的、已获注册的Internet IP地址间进行转换。

NAT负载均衡将一个外部IP地址映射为多个内部IP地址，对每次连接请求动态地转换为一个内部服务器的地址，将外部连接请求引到转换得到地址的那个服务器上，从而达到负载均衡的目的。

3）反向代理负载均衡

普通代理方式是代理内部网络用户访问internet上服务器的连接请求，客户端必须指定代理服务器，并将本来要直接发送到internet上服务器的连接请求发送给代理服务器处理。反向代理（Reverse Proxy）方式是指以代理服务器来接受internet上的连接请求，然后将请求转发给内部网络上的服务器，并将从服务器上得到的结果返回给internet上请求连接的客户端，此时代理服务器对外就表现为一个服务器。

反向代理负载均衡技术是把将来自internet上的连接请求以反向代理的方式动态地转发给内部网络上的多台服务器进行处理，从而达到负载均衡的目的。

参考书目：

1. 华为3COM技术有限公司，华为3COM网络学院教材，2004年12月，P255-259，P273-280

2. 丁宇，中文Windows server 2003网络管理与网站构建，冶金工业出版社，2005年2月，P150-210

3. Http：//www1.r189.com/article/new02/200508/147.htm 使用DNS服务器实现负载均衡endprint