网络负载均衡

　　什么是负载均衡？

　　负载均衡是由多台服务器以对称的方式组成一个服务器集合，每台服务器都

　　具有等价的地位，都可以单独对外提供服务而无须其他服务器的辅助。通过某

　　种负载分担技术，将外部发送来的请求均匀分配到对称结构中的某一台服务器

　　上，而接收到请求的服务器独立地回应客户的请求。

　　均衡负载能够平均分配客户请求到服务器列阵，籍此提供快速获取重要数据，

　　解决大量并发访问服务问题。这种群集技术可以用最少的投资获得接近于大型

　　主机的性能。

 　　

 

负载均衡原理图

 

　　一台普通服务器的处理能力只能达到每秒几万个到几十万个请求，无法在一秒钟内处理上百万个甚至更多的请求。但若能将多台这样的服务器组成一个系统，并通过软件技术将所有请求平均分配给所有服务器，那么这个系统就完全拥有每秒钟处理几百万个甚至更多请求的能力。这就是负载均衡最初的基本设计思想。

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常见负载均衡技术：

　　----1．基于特定服务器软件的负载均衡

　　---- 这种技术是利用网络协议的重定向功能来实现负载均衡的，例如在Http协议中支持定位指令，接收到这个指令的浏览器将自动重定向到该指令指明的另一个URL上。由于和执行服务请求相比，发送定位指令对Web服务器的负载要小得多，因此可以根据这个功能来设计一种负载均衡的服务器。一旦Web服务器认为自己的负载较大，它就不再直接发送回浏览器请求的网页，而是送回一个定位指令，让浏览器去服务器集群中的其他服务器上获得所需要的网页。在这种方式下，服务器本身必须支持这种功能，然而具体实现起来却有很多困难，例如一台服务器如何能保证它重定向过的服务器是比较空闲的，并且不会再次发送定位指令？定位指令和浏览器都没有这方面的支持能力，这样很容易在浏览器上形成一种死循环。因此这种方式实际应用当中并不多见，使用这种方式实现的服务器集群软件也较少。

　　---- 2．基于DNS的负载均衡

　　---- DNS负载均衡技术是最早的负载均衡解决方案，它是通过DNS服务中的随机名字解析来实现的，在DNS服务器中，可以为多个不同的地址配置同一个名字，而最终查询这个名字的客户机将在解析这个名字时得到其中的一个地址。因此，对于同一个名字，不同的客户机会得到不同的地址，它们也就访问不同地址上的Web服务器，从而达到负载均衡的目的。

　　---- 这种技术的优点是，实现简单、实施容易、成本低、适用于大多数TCP/IP应用；但是，其缺点也非常明显，首先这种方案不是真正意义上的负载均衡，DNS服务器将Http请求平均地分配到后台的Web服务器上，而不考虑每个Web服务器当前的负载情况；如果后台的Web服务器的配置和处理能力不同，最慢的Web服务器将成为系统的瓶颈，处理能力强的服务器不能充分发挥作用；其次未考虑容错，如果后台的某台Web服务器出现故障，DNS服务器仍然会把DNS请求分配到这台故障服务器上，导致不能响应客户端。最后一点是致命的，有可能造成相当一部分客户不能享受Web服务，并且由于DNS缓存的原因，所造成的后果要持续相当长一段时间(一般DNS的刷新周期约为24小时)。所以在国外最新的建设中心Web站点方案中，已经很少采用这种方案了。

　　---- 3.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。

　　---- 4．基于七层交换技术的负载均衡

　　---- 基于第七层交换的负载均衡技术主要用于实现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(可以具体到某一类文件，直至某一个文件)，甚至同一个URL请求可以让多个服务器来响应以分担负载(当客户访问某一个URL，发起Http请求时，它实际上要与服务器建立多个会话连接，得到多个对象，例如.txt/.gif/.jpg文档，当这些对象都下载到本地后，才组成一个完整的页面)。

　　---- 5．站点镜像技术

　　---- 以上几种负载均衡技术主要应用于一个站点内的服务器群，但是由于一个站点接入Internet的带宽是有限的，因此可以把负载均衡技术开始应用于不同的网络站点之间，这就是站点镜像技术，站点镜像技术实际上利用了DNS负载均衡技术。

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网络负载均衡整体优点

　　第一，网络负载均衡能将传入的请求传播到多达32台服务器上，即可以使用最多32台服务器共同分担对外的网络请求服务。网络负载均衡技术保证即使是在负载很重的情况下，服务器也能做出快速响应；

　　第二，网络负载均衡对外只需提供一个IP地址（或域名）；

　　第三，当网络负载均衡中的一台或几台服务器不可用时，服务不会中断。网络负载均衡自动检测到服务器不可用时，能够迅速在剩余的服务器中重新指派客户机通讯。这项保护措施能够帮助你为关键的业务程序提供不中断的服务，并可以根据网络访问量的增加来相应地增加网络负载均衡服务器的数量；

　　第四，网络负载均衡可在普通的计算机上实现。

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网络负载均衡的实现过程

　　在Windows Server 2003中，网络负载均衡的应用程序包括Internet信息服务(IIS)、ISA Server 2000防火墙与代理服务器、VPN虚拟专用网、终端服务器、Windows Media Services（Windows视频点播、视频广播）等服务。同时，网络负载均衡有助于改善服务器的性能和可伸缩性，以满足不断增长的基于Internet客户端的需求。

　　网络负载均衡可以让客户端用一个逻辑Internet名称和虚拟IP地址（又称群集IP地址）访问群集，同时保留每台计算机各自的名称。下面，我们将在两台安装Windows Server 2003的普通计算机上，介绍网络负载均衡的实现及应用。

　　这两台计算机中，一台计算机名称为A，IP地址为192.168.0.7；另一台名为B，IP地址为192.168.0.8。规划网络负载均衡专用虚拟IP地址为192.168.0.9。当正式应用时，客户机只需要使用IP地址192.168.0.9来访问服务器，网络服务均衡会根据每台服务器的负载情况自动选择192.168.0.7或者192.168.0.8对外提供服务。具体实现过程如下：

　　在实现网络负载均衡的每一台计算机上，只能安装TCP/IP协议，不要安装任何其他的协议（如IPX协议或者NetBEUI协议），这可以从“网络连接属性”中查看。

　　第一步，分别以管理员身份登录A机和B机，打开两台机的“本地连接”属性界面，勾选“此连接使用下列项目”中的“负载均衡”项并进入“属性”对话框，将IP地址都设为192.168.0.9（即负载均衡专用IP），将子网掩码设置为255.255.255.0；

　　第二步，分别进入A机和B机的“Internet协议（TCP/IP）”属性设置界面，点击“高级”按钮后，在弹出的“高级TCP/IP设置”界面中添加IP地址192.168.0.9和子网掩码设置为255.255.255.0。

　　第三步，退出两台计算机的“本地连接属性”窗口，耐心等一会儿让系统完成设置。

　　以后，如果这两台服务器不能满足需求，可以按以上步骤添加第三台、第四台计算机到网络负载均衡系统中以满足要求。

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用IIS服务验证网络负载均衡

　　网络负载均衡配置好后，为了实现某项具体的服务，需要在网络负载均衡的计算机上安装相应的服务。例如，为了实现IIS网站的负载均衡，需要在相应的网络负载均衡服务器上安装IIS服务。为了让每个用户在通过网络负载均衡访问到不同的计算机时，能够访问到一致的数据，需要在网络负载均衡的每台计算机上保持数据的一致性。举例来说，实现了两个节点的IIS的网络负载均衡，为了保证两个网站内容的一致性，除了这两个IIS服务器的配置相同外，相应的网站数据必须一致。

　　为了检验网络负载均衡，我们可以通过IIS来进行验证，其他的一些应用如终端服务、Windows Media服务与IIS的应用与之相类似。在其他计算机上的IE浏览器中键入192.168.0.9，根据网络的负载，网络负载均衡会自动转发到A机或B机。为了验证效果，你可以在浏览的时候，拔掉第一台计算机的网线或拔掉第二台机器的网线，将会发现浏览到的将是不同内容。当然，我们在测试的时候，为了验证网络负载均衡的效果，把两个网站设置成不一致的内容，而在正式应用的时候，网络负载均衡群集的每个节点计算机的内容将是一致的，这样不管使用哪一个节点响应，都能保证访问的内容是一致的。

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负载均衡在校园网中的应用

　　校园网的应用除了用于教学、科研、管理、图书情报资料检索外，还承担任着校内外信息交流、电子邮件、公告、新闻发布，以及各种公共网络口的访问等任务。由于在网络上传输的信息不只是数字、文字和图形，还会随应用水平的提高，逐步增加语音、活动图像及视频图像等高带宽的应用。因此，网络的建设，尤其是主干网要求高带宽与高速度，在校园网的服务器中应用负载均衡技术不失为一种廉价的解决方案。

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负载均衡设备

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