负载均衡软件实现与硬件实现方案

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软件、硬件负载均衡部署方案

目录

1、硬件负载均衡之F5部署方案 (2)

1.1网络拓扑结构 (3)

1.2反向代理部署方式 (4)

2软件负载均衡方案 (5)

2.1负载均衡软件实现方式之一- URL重定向方式 (5)

2.2负载均衡软件实现方式之二- 基于DNS (7)

2.3负载均衡软件实现方式之三- LVS (9)

2.4负载均衡软件实现方式之四- 专业负载均衡软件 (20)

总结： (21)

1、硬件负载均衡之F5部署方案

对于所有的对外服务的服务器，均可以在BIG-IP上配置Virtual Server实现负载均衡，同时BIG-IP可持续检查服务器的健康状态，一旦发现故障服务器，则将其从负载均衡组中摘除。

BIG-IP利用虚拟IP地址（VIP由IP地址和TCP/UDP应用的端口组成，它是一个地址）来为用户的一个或多个目标服务器（称为节点：目标服务器的IP地址和TCP/UDP应用的端口组成，它可以是internet的私网地址）提供服务。因此，它能够为大量的基于TCP/IP的网络应用提供服务器负载均衡服务。根据服务类型不同分别定义服务器群组，可以根据不同服务端口将流量导向到相应的服务器。BIG-IP连续地对目标服务器进行L4到L7合理性检查，当用户通过VIP请求目标服务器服务时，BIG-IP根椐目标服务器之间性能和网络健康情况，选择性能最

佳的服务器响应用户的请求。如果能够充分利用所有的服务器资源，将所有流量均衡的分配到各个服务器，我们就可以有效地避免“不平衡”现象的发生。

利用UIE+iRules可以将TCP/UDP数据包打开，并搜索其中的特征数据，之后根据搜索到的特征数据作相应的规则处理。因此可以根据用户访问内容的不同将流量导向到相应的服务器，例如：根据用户访问请求的URL将流量导向到相应的服务器。

1.1网络拓扑结构

网络拓扑结构如图所示：

网络拓扑结构

1.2反向代理部署方式

下图为集群服务器的硬件负载均衡详细架构图，由一台F5虚拟机分别对多台服务器进行负载分配。

①如图，假设域名https://www.360docs.net/doc/da3463585.html,被解析到F5的外网/公网虚拟IP：61.1.1.3（vs_squid），该虚拟IP下有一个服务器池（pool_squid），该服务器池下包含两台真实的Squid服务器（192.168.1.11和192.168.1.12）。

②、如果Squid缓存未命中，则会请求F5的内网虚拟IP：192.168.1.3（vs_apache），该虚拟IP下有一个默认服务器池（pool_apache_default），该服务器池下包含两台真实的Apache服务器（192.168.1.21和192.168.1.22），当该虚拟IP匹配iRules规则时，则会访问另外一个服务器池（pool_apache_irules），该服务器池下同样包含两台真实的Apache服务器（192.168.1.23和192.168.1.24）。

③、另外，所有真实服务器的默认网关指向F5的自身内网IP，即192.168.1.2。

④、所有的真实服务器通过SNAT IP地址61.1.1.4访问互联网。

2软件负载均衡方案

2.1负载均衡软件实现方式之一- URL重定向方式

有一种用软件实现负载均衡的方式,是基于"URL重定向"的.

先看看什么是URL重定向:

"简单的说，如果一个网站有正规的URL和别名URL，对别名URL进行重定向到正规URL，访问同一个网址，或者网站改换成了新的域名则把旧的域名重定向到新的域名，都叫URL重定向"

(https://www.360docs.net/doc/da3463585.html,/service/host_faq.php)

"很多网络协议都支持“重定向”功能，例如在HTTP协议中支持Location 指令，接收到这个指令的浏览器将自动重定向到Location指明的另一个URL 上。"

(https://www.360docs.net/doc/da3463585.html,/art/200604/25388.htm)

这种方式,对于简单的网站,如果网站是自己开发的,也在一定程度上可行.但是它存在着较多的问题:

1、“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Location指令，Location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。”

2、在哪里放LOCATION，也是一个问题。很有可能用户会访问系统的很多个不同URL，这个时候做起来会非常麻烦。并且，对URL的访问，有的时候是直接过来的，可以被重定向，有的时候是带着SESSION之类的，重定向就可能会出问题。并且，这种做法，将负载均衡这个系统级的问题放到了应用层，结果可能是麻烦多多。

3、这种方式一般只适用于HTTP方式，但是实际上有太多情况不仅仅是HTTP方式了，特别是用户如果在应用里面插一点流媒体之类的。

4、重定向的方式，效率远低于IP隧道。

5、这种方式，有的时候会伴以对服务器状态的检测，但往往也是在应用层面实现，从而实时性大打折扣。

实际上，这种方式是一种“对付”的解决方法，并不能真正用于企业级的负载均衡应用（这里企业级是指稍微复杂一点的应用系统）可以看一下专业的负载均衡软件是如何来实现的：https://www.360docs.net/doc/da3463585.html,/pcl/pcl_sis_theory.htm 对比一下可以发现，专业的负载均衡软件要更适用于正规应用，而重定向方式则比较适用于一些简单的网站应用。

2.2负载均衡软件实现方式之二- 基于DNS

负载均衡集群网络拓扑图

讲到负载均衡，几乎所有地方都必须要讲一下基于DNS的方式，因为这实在是最基本、最简单的方式了。当然，也几乎所有地方都说到这种方式的种种缺点，不过，既然很基本，就还是要说明一下。

下面这段讲得很清楚：

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。

尽管存在多种问题，但它还是一种非常有效的做法，包括Yahoo在内的很多大型网站都使用DNS。

引自：负载均衡技术研究

原文：https://www.360docs.net/doc/da3463585.html,/loadbalance/lb_tech.htm

比较一下DNS方式与专业的负载均衡软件如PCL负载均衡软件，会发现DNS的问题在于，一是往往不能根据系统与服务的状态来判断负载，二是往往不能建立较复杂的负载均衡算法，而最主要的是DNS往往有缓存，简单分配负载问题不大，如果是应用集群这个就是无法接受的。

那么，为什么象Yahoo在内的大型网站都使用DNS方式呢？因为对于门户网站来讲，应用形态单一且简单，重要的是服务器数量与分布，而如果出现短时间对于少量用户的服务中断问题并不大（比如有100台服务器，有一台不行了，即使DNS有缓存，也关系不大，用户重新刷一下，就很可能又分配到其他机器上了）。

但是，对于应用系统而言，比如两三台服务器，跑着比较复杂的应用，DNS 方式就完全不适合了，这个时候，就要用专业的负载均衡软件了。

我们可以看一个实例，这样会对专业化负载均衡软件应该支持什么样的应用有更多的理解：36000人同时应用的负载均衡实例

2.3负载均衡软件实现方式之三- LVS

LVS是一个开源的软件,可以实现LINUX平台下的简单负载均衡.

后面所附文章,讲述了LVS实现负载均衡的方法.

因为文章较长,所以在转载前,先总结一下LVS的优缺点:

优点:

1、开源，免费

2、在网上能找到一些相关技术资源

3、具有软件负载均衡的一些优点

缺点：

1、具有开源产品常有的缺点，最核心的就是没有可靠的支持服务，没有人对其结果负责

2、功能比较简单，支持复杂应用的负载均衡能力较差，如算法较少等。

3、开启隧道方式需重编译内核

4、配置复杂

5、只支持LINUX，如果应用还包括WINDOWS、SOLIRIS等就不行了

因此，建议在简单的LINUX应用中使用LVS，复杂的应用，或者重要的应用，还是应该使用专业的负载均衡软件，如富士通西门子公司的PCL负载均衡软件。

下面转载一下如何使用LVS实现负载均衡：

搭建集群负载均衡系统（原文：https://www.360docs.net/doc/da3463585.html,/linux/artic ... p/20060707/2519.html）

负载均衡集群是在应用服务器高负载的情况下，由多台节点提供可伸缩的，高负载的服务器组以保证对外提供良好的服务响应；而LVS就是实现这一功能的技术.实际上LVS是一种Linux操作系统上基于IP层的负载均衡调度技术，它在操作系统核心层上，将来自IP层的TCP/UDP请求均衡地转移到不同

的服务器，从而将一组服务器构成一个高性能、高可用的虚拟服务器。使用三台机器就可以用LVS实现最简单的集群，如图1所示。

图1 LVS实现集群系统结构简图

图1显示一台名为Director的机器是前端负载均衡器，运行LVS，目前只能在Linux下运行.可以针对web、ftp、cache、mms甚至mysql等服务做load balance;后端两台机器称之为Real Server，是需要负载均衡的服务器，可以为各类系统，Linux、Solaris、Aix、BSD、Windows都可，甚至Director本身也可以作为Real Server.

本文将通过实际操作，重点介绍如何在Redhat 9上用LVS构建一个负载均衡集群，关于负载均衡集群、LVS的详细内容，可参考如下信息：https://www.360docs.net/doc/da3463585.html,/

https://www.360docs.net/doc/da3463585.html,/developerWorks/ ... r/lvs/part1/index.shtml

安装LVS

RedHat在9.0以后，就将ipvsadm这些套件去除，因此如果想使用LVS(Linux Virtual Server)，就得自己重新编译核心(kernel)。

下载所需软件

下载ipvs补丁包

从RedHat 9开始ipvs不再被预先编译到了RedHat发行版的内核中，我们需要从https://www.360docs.net/doc/da3463585.html,/software/kernel-2.4下载新版的ipvs, 这里我们使用ipvs-1.0.9.tar.gz这个版本.

下载内核linux-2.4.20.tar.gz

这里需要强调的是由于所有的ipvs的补丁包都是为标准内核开发的，所以安装ipvs时不能使用RedHat光盘中的Kernel Source，而是需要去下载标准的内核。所以我们从ftp://https://www.360docs.net/doc/da3463585.html,/pub/linux/kernel/ 得到standard kernel linux-2.4.20.tar.gz

下载ipvs管理工具ipvsadm

从https://www.360docs.net/doc/da3463585.html,/ 得到ipvs管理工具ipvsadm-1.21.tar.gz, ipvsadm是设置ipvs转发方式和调度算法的工具.

开始安装

安装内核源码

把linux-2.4.20.tar.gz解压到/usr/src目录，生成了/usr/src/linux目录；如果生成的是/usr/src /linux-2.4.20目录，则要在/usr/src下建立一个连接ln

–s linux-2.4.20 linux，因为在ipvs-1.0.9中的makefile文件中默认指定Kernel Source的路径为：KERNELSOURCE = /usr/src/linux

把ipvs补丁Patch到内核源码中

把ipvs-1.0.9.tar.gz解压缩到某个目录，如/test，生成了/test/ipvs-1.0.9目录；进入/test/ipvs- 1.0.9，依次执行如下命令：make patchkernel、make installsource,将ipvs的Patch加载到kernel的source中。

重新编译支持ipvs的内核

进入/usr/src/linux目录，分别执行：

make mrproper 为创建新的内和配置做好准备

make menuconfig 进行配置

这里请确保IP:Virtual Server Configuration中的选项设定都用M

make dep 检测是否有相关的软件包被使用

make clean 为新内核结构准备源目录树

make bzImage 创建内核引导映像

make modules、make modules_install 生成模块

make install安装新的内核到指定位置并重新配置grub.conf

到这里新内核就安装完毕了,请重启并用此内核引导系统

安装ipvs管理工具ipvsadm

当使用新内核启动后，就可以安装ipvsadm:

tar xzvf ipvsadm-1.21.tar.gz

cd ./ipvsadm-1.21

make

make install

安装完成后，执行ipvsadm命令，如果有如下信息出现则说明安装成功了。

[root@leon c]# ipvsadm

IP Virtual Server version 1.0.9 (size=65536)

Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags

->; RemoteAddress:Port Forward Weight ActiveConn InActConn

到现在为止，支持负载均衡功能的director就安装成功了，接下来我们可以通过ipvsadm来配置一个负载均衡集群。

构建负载均衡集群

这里我们假设局域网中有两台FTP服务器,IP分别为FTP1:10.83.33.103,FTP2: 10.83.33.2

所提供的资料都是相同的,这可以通过无密码SSH登录+RSYNC来保证数据一致,这非本文中电,故而略过.我们提供给用户的虚拟IP是10.83.33.100,而在后台为这两台FTP服务器实行LVS负载均衡的服务器的IP是10.83.33.83.这三台均安装RedHat9系统.

我们最终要实现的目标是当用户输入ftp 10.83.33.100时, LVS负载均衡服务器系统会根据当时的负载情况,依据轮换策略来决定Real Server到底是FTP1还是FTP2,从而使得整个FTP服务器的负载到达均衡.

目前LVS有三种负载平衡方式，NAT（Network Address Translation），DR（Direct Routing），IP Tunneling。其中，最为常用的是DR方式，因此这里只说明DR(Direct Routing)方式的LVS负载平衡。其它两种的详细情况请参考LVS-HOWTO.

Director(即10.83.33.83)上执行的设置

为了方便我们将所有步骤写成一个shell script.

#!/bin/bash

echo "0" >; /proc/sys/net/ipv4/ip_forward (关闭ip_forward)

echo "1" >; /proc/sys/net/ipv4/conf/all/send_redirects (开启ICMP Redirects)

echo "1" >; /proc/sys/net/ipv4/conf/default/send_redirects (开启ICMP Redirects)

echo "1" >; /proc/sys/net/ipv4/conf/eth0/send_redirects (开启ICMP Redirects)

ifconfig eth0:100 10.83.33.100 broadcast 10.83.33.100 netmask 255.255.255.255

(设置虚拟IP)

route add -host 10.83.33.100 dev eth0:100 (设置达到虚拟Ip的路由) ipvsadm –C (清空ipvsadm table)

ipvsadm -A -t 10.83.33.100:21 -s wrr (建立service rule, 当前调度算法为加权轮叫调度)

ipvsadm -a -t 10.83.33.100:21 -r 10.83.33.76 -g -w 3 (建立转发规则) ipvsadm -a -t 10.83.33.100:21 -r 10.83.33.2 -g -w 1 (建立转发规则) ipvsadm (检查当前ipvsadm table)

将此shell script加入到/etc/rc.local中，这样在每次系统启动时都可以自动运行进行设置了。

Realserver(即10.83.33.2和10.83.33.76)上的设置

这里我们必须先修正real server上arp problem .这是因为在使用VS/DR 的时候，real server会在一块网卡上绑定两个IP，但linux在kernel 2.2.14以后就将eth0:1的NOARP FLAG关闭，这使得eth0:1仅仅是eth0的别名，任何对eth0:1的操作都对eth0有效，因此如果此时使eth0:1 NOARP，则也使得eth0 NOARP,这样整个网卡都不会收到数据包,具体的说就是因为我所有的机

器都放在同一个网段，当该网段的Router接收到用户对虚拟IP的TCP connection要求(即使用FTP登录服务器)时，会先在网段中利用Arp request 询问谁有VIP的地址，而包含Director与Real Servers上所有的interface,只要他有那个ip，都会发送arp reply回去，造成网段内所有拥有Virtual IP的interface都会reply给Router，最后结果就是看谁的速度快，Router就将该封包送给谁，如此会造成LVS的Server并无法发挥其效果，而我们所希望的是只有Director上的Virtual IP发送arp reply回去,因此需要利用hidden这个pattch，将real server上的Virtual IP给隐藏起来，如此他就不会对Arp Request进行Reply，就可以解决ARP的问题.具体步骤是:

下载所需的软件包

从http://www.ssi.bg/~ja/ 得到hidden修正包,不同的核心使用相应的版本.请参考下表

Patch Linux 2.4 Created

hidden-2.4.28-1.diff 2.4.28 - 2.4.30 November 18, 2004

hidden-2.4.26-1.diff 2.4.26 - 2.4.27 February 28, 2004

hidden-2.4.25-1.diff 2.4.25 February 19, 2004

hidden-2.4.20pre10-1.diff 2.4.20pre10 - 2.4.24 October 12, 2002 hidden-2.4.19pre5-1.diff 2.4.19pre5 - 2.4.20pre9 April 7, 2002 hidden-2.4.5-1.diff 2.4.5 - 2.4.19pre4 June 2, 2001

hidden-2.4.4-1.diff 2.4.4 April 29, 2001

Patch Linux 2.6 Created

hidden-2.6.9-1.diff 2.6.9 - 2.6.11 October 19, 2004

hidden-2.6.4-1.diff 2.6.4 - 2.6.8 March 12, 2004

hidden-2.6.3-1.diff 2.6.3 February 19, 2004

hidden-2.5.67-1.diff 2.5.67 - 2.6.2 April 9, 2003

本例使用的内核版本是2.4.20-8,因此下载hidden-2.4.20pre10-1.diff 重新编译内核，修正arp problem

把hidden-2.4.20pre10-1.diff放到/usr/src/linux下，用命令

patch -p1 < hidden-2.4.20pre10-1.diff对kernel进行patch

进入/usr/src/linux目录，分别执行：

make mrproper 为创建新的内和配置做好准备

make menuconfig 进行配置

make dep 检测是否有相关的软件包被使用

make clean 为新内核结构准备源目录树

make bzImage 创建内核引导映像

make modules、make modules_install 生成模块

make install 安装新的内核到指定位置并重新配置grub.conf

到这里新内核就安装完毕了,请重启并用此内核引导系统

设置Real server

为了方便我们将所有步骤写成一个shell script.

#!/bin/bash

echo "0" >; /proc/sys/net/ipv4/ip_forward (关闭ip_forward)

ifconfig lo:100 10.83.33.100 broadcast 10.83.33.100 netmask 0xffffffff up (设置虚拟IP)

route add -host 10.83.33.100 dev lo:100 (设置达到虚拟Ip的路由)

echo "1" >; /proc/sys/net/ipv4/conf/all/hidden (开启No-ARP)

echo "1" >; /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/hidden (开启No-ARP)

将此shell script加入到/etc/rc.local中，这样在每次系统启动时都可以自动运行进行设置了。

测试

为了使得我们清楚地知道访问的是那一台FTP服务器,我们在FTP1上编辑/etc/vsftpd/vsftpd.conf,设置ftpd_banner=Welcome to FTP1 server,在FTP2设置ftpd_banner=Welcome to FTP2 server,设置完毕后重启服务.

现在在另一台客户机开几个终端,依次输入ftp 10.83.33.100,我们可以从欢迎词上看到,每次登录的FTP服务器都不是固定的,它会在FTP1和FTP2上互相交替,试验成功!

2.4负载均衡软件实现方式之四- 专业负载均衡软件

看一下专业的负载均衡软件是什么样的：PCL负载均衡软件

详细内容，大家可以自己去看。简单讲，专业负载均衡软件大概有以下特点：

1、它是基于IP隧道的，而不是象URL重定向方式那样。所以，它是独立于应用的

2、它支持不同平台，即应用可以是基于LINUX，WINDOWS或SOLARIS 的，而不是象LVS只能在LINUX上

3、它是实时的，这点与DNS方式有极大的差别。