負(fù)載均衡在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用

姜廣松

摘要：在互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代背景下，人們對(duì)于網(wǎng)絡(luò)站點(diǎn)的要求越來越高。而通過在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用負(fù)載均衡技術(shù)，可在確保網(wǎng)絡(luò)核心部件正常運(yùn)轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)之上，有效提升計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)吞吐量，使系統(tǒng)容錯(cuò)性、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理能力得以加強(qiáng)，可為網(wǎng)絡(luò)用戶提供更好的服務(wù)。本文就負(fù)載均衡技術(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹，并探討了其在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：負(fù)載均衡;計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò);應(yīng)用

引言

隨著網(wǎng)絡(luò)用戶數(shù)量增加，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)核心部分計(jì)算強(qiáng)度也隨著增加，如果只是應(yīng)用單一的設(shè)備根本無(wú)法承擔(dān)，而優(yōu)化硬件設(shè)備需要投入大量成本，還有可能會(huì)浪費(fèi)現(xiàn)有資源。負(fù)載均衡技術(shù)的應(yīng)用，可以最少的成本來實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)寬帶擴(kuò)展以及吞吐量的增加，增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的可用性，最大程度降低網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)擁堵的幾率，可實(shí)現(xiàn)服務(wù)器資源的有效利用，為用戶提供更好的訪問服務(wù)。

一、負(fù)載均衡技術(shù)概述

負(fù)載均衡是指按照一定的策略在多臺(tái)節(jié)點(diǎn)設(shè)備上分擔(dān)數(shù)據(jù)流量以及大量的并發(fā)訪問，通過分別處理，將用戶等待響應(yīng)的時(shí)間降低到最小。同時(shí)，在多臺(tái)節(jié)點(diǎn)設(shè)備上并行處理單個(gè)的重負(fù)載運(yùn)算，在完成處理結(jié)果匯總之后，可快速返回給用戶，最大程度的提升網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)處理能力。此種技術(shù)需要建立在網(wǎng)絡(luò)框架基礎(chǔ)之上，將其應(yīng)用在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，可使網(wǎng)絡(luò)處理數(shù)據(jù)的能力得以加強(qiáng)，服務(wù)器帶寬得以拓展，有利于網(wǎng)絡(luò)靈活性提升。負(fù)載均衡技術(shù)應(yīng)用的主要目的為：解決網(wǎng)絡(luò)使用過程中出現(xiàn)的擁堵問題，最大程度的提升服務(wù)器響應(yīng)速度，確保服務(wù)器資源以及其他資源利用率最大化，將網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵部位單點(diǎn)失效問題出現(xiàn)的幾率降低到最小，為網(wǎng)絡(luò)用戶提供更好的服務(wù)，提升訪問質(zhì)量?，F(xiàn)階段有很多不同負(fù)載均衡計(jì)算，以滿足不同客戶的要求，具體如下：

1、軟件負(fù)載均衡與硬件負(fù)載均衡。軟件負(fù)載均衡技術(shù)與硬件負(fù)載均衡技術(shù)的配置都相對(duì)簡(jiǎn)單，有著操作靈活和環(huán)境穩(wěn)定的優(yōu)勢(shì)，因此可以滿足大多數(shù)客戶的基本需求。相對(duì)于軟件負(fù)載均衡來講，硬件負(fù)載均衡性能要更加優(yōu)良一些，但其成本高昂，因此發(fā)展會(huì)受到一定限制[1]。

2、本地負(fù)載均衡與全局負(fù)載均衡。本地負(fù)載可將現(xiàn)有服務(wù)器設(shè)備的作用充分發(fā)揮出來，采取多元化均衡策略，合理的分配數(shù)據(jù)流量，將服務(wù)器負(fù)擔(dān)降低到最小。其在升級(jí)服務(wù)器時(shí)，并不需要對(duì)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)框架進(jìn)行改變，通過簡(jiǎn)單增加便可實(shí)現(xiàn)。全局負(fù)載均衡可使用戶訪問最近的服務(wù)器，其訪問速度較快，可使網(wǎng)絡(luò)擁擠發(fā)生幾率降低到最小。

二、負(fù)載均衡策略

網(wǎng)絡(luò)檢測(cè)能力、方式和算法是影響負(fù)載均衡策略優(yōu)劣的主要因素。

負(fù)載均衡算法是指在對(duì)服務(wù)器處理能力及各類服務(wù)請(qǐng)求充分考慮后，為給內(nèi)部多臺(tái)服務(wù)器合理分配負(fù)載所選用的調(diào)度算法。在選擇調(diào)度算法時(shí)，除了要保障各服務(wù)器能將自我性能最大程度發(fā)揮出來，還要確保整個(gè)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均勻。較為常見的負(fù)載均衡算法有以下幾種：（1）最少連接算法。其屬于動(dòng)態(tài)算法，主要是對(duì)各服務(wù)器連接數(shù)進(jìn)行計(jì)算，給與最少連接數(shù)服務(wù)器分配請(qǐng)求。（2）加權(quán)最小連接算法。最少連接算法只會(huì)簡(jiǎn)單的考慮到連接數(shù)，而通過運(yùn)用加權(quán)最小連接算法可克服這一缺點(diǎn)。其可為各服務(wù)器分配可衡量其性能的權(quán)值，通過這一權(quán)值可將其處理的連接客觀表示出來。在對(duì)分配請(qǐng)求進(jìn)行處理的過程中，加權(quán)最小連接算法可同時(shí)結(jié)合服務(wù)器連接數(shù)以及權(quán)值比值，綜合決定給與哪一臺(tái)服務(wù)器分配請(qǐng)求。（3）輪詢算法。此種算法是按照一定順序給不同服務(wù)器輪流分配連接請(qǐng)求。但這種算法存在一定的缺點(diǎn)，其無(wú)法結(jié)合服務(wù)器響應(yīng)時(shí)間以及性能動(dòng)態(tài)對(duì)服務(wù)器進(jìn)行請(qǐng)求分配，會(huì)平等對(duì)待服務(wù)器組中的每臺(tái)服務(wù)器。（4）加權(quán)輪詢算法。此種算法是對(duì)輪詢算法的一種優(yōu)化和改進(jìn)，其是通過權(quán)值對(duì)各服務(wù)器性能進(jìn)行計(jì)算，之后再對(duì)訪問請(qǐng)求進(jìn)行調(diào)度。加權(quán)輪詢算法可對(duì)服務(wù)器真實(shí)負(fù)載情況自動(dòng)進(jìn)行詢問，并能對(duì)其權(quán)值動(dòng)態(tài)調(diào)整[2]。

除選擇恰當(dāng)?shù)呢?fù)載算法之外，還必須要具備較強(qiáng)的檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)狀況能力，這樣才能更好應(yīng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)故障，避免因出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)故障導(dǎo)致數(shù)據(jù)請(qǐng)求丟失?，F(xiàn)階段較為常用的檢測(cè)手段主要有以下幾種： （1）HTTP URL偵測(cè)：此種檢測(cè)方法是將訪問請(qǐng)求發(fā)送給HTTP服務(wù)器，以此為基礎(chǔ)來對(duì)服務(wù)器的運(yùn)行情況進(jìn)行判斷。（2）Ping偵測(cè)：其是指對(duì)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)狀況和服務(wù)器進(jìn)行檢測(cè)時(shí)應(yīng)用Ping方式。此種檢測(cè)方式簡(jiǎn)單快速，但也存在一定的缺點(diǎn)，如其不能檢測(cè)服務(wù)器的應(yīng)用服務(wù)。（3）TCP Open偵測(cè)：TCP Open偵測(cè)主要是通過對(duì)服務(wù)器上的某一TCP端口進(jìn)行檢測(cè)，來對(duì)服務(wù)器的正常狀態(tài)進(jìn)行判斷[3]。

三、負(fù)載均衡在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用

（一）客戶端負(fù)載均衡

客戶端負(fù)載均衡主要是為了收集服務(wù)器運(yùn)行參數(shù)，其采用的方式是在網(wǎng)絡(luò)客戶端上運(yùn)行特定程序，之后再對(duì)CPU占用情況、內(nèi)存等運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行收集。在結(jié)合實(shí)際情況選擇負(fù)載均衡策略之后，科學(xué)決定為某一服務(wù)器發(fā)送請(qǐng)求?？蛻舳素?fù)載均衡技術(shù)需要將這一采集程序安排到每一個(gè)客戶，且對(duì)應(yīng)用層透明運(yùn)行有較高要求，因此要修改應(yīng)用程序，采用遷入和動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)等方法，所以應(yīng)用這一技術(shù)的工作量較大。其一般會(huì)被廣泛的應(yīng)用在使用JAVA的構(gòu)架模型中，JAVA應(yīng)用一般都會(huì)通過虛擬機(jī)進(jìn)行，因此可設(shè)計(jì)一個(gè)中間層在虛擬機(jī)與應(yīng)用層之間，來對(duì)負(fù)載均衡工作進(jìn)行處理。

（二）應(yīng)用服務(wù)器的負(fù)載均衡技術(shù)

這一技術(shù)需要特殊修改客戶端，而這就在很大程度上增加了工作量。此種負(fù)載均衡技術(shù)是在中間平臺(tái)上移植入客戶端的負(fù)載均衡，之后再經(jīng)過中間層服務(wù)器將請(qǐng)求均衡發(fā)送給各服務(wù)節(jié)點(diǎn)。而通過應(yīng)用反向代理技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)基于客戶端的負(fù)載均衡技術(shù)。反向代理技術(shù)可使靜態(tài)網(wǎng)頁(yè)訪問速度得以提升，使網(wǎng)絡(luò)負(fù)載能實(shí)現(xiàn)均衡。雖然反向代理服務(wù)器可有效提升網(wǎng)頁(yè)訪問速度，但也存在著一定的缺點(diǎn)，其在代理時(shí)必須要對(duì)內(nèi)外兩個(gè)連接同時(shí)進(jìn)行維護(hù)，而這就在無(wú)形中加大了代理服務(wù)器的負(fù)載，使其本身成為瓶頸。

（三）基于域名系統(tǒng)的負(fù)載均衡

此種技術(shù)是應(yīng)用動(dòng)態(tài)DNS，以同一個(gè)名字來配置多個(gè)地址，客戶機(jī)通過這一名字獲得地址，這樣不同客戶并可以訪問不同服務(wù)器，最終達(dá)到網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡的目標(biāo)?；谟蛎到y(tǒng)的負(fù)載均衡，可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)DNS輪詢，在管理時(shí)比較簡(jiǎn)單。但這一技術(shù)依然有其不足之處，如不能對(duì)服務(wù)節(jié)點(diǎn)是否有效進(jìn)行判斷;數(shù)據(jù)刷新時(shí)間短，就會(huì)在無(wú)形中增大DNS流量，使網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)增加，數(shù)據(jù)刷新時(shí)間過長(zhǎng)，可能會(huì)導(dǎo)致客戶獲得不同IP地址;此外，此種負(fù)載均衡技術(shù)不能對(duì)服務(wù)器差異性進(jìn)行區(qū)分，也無(wú)法將當(dāng)前服務(wù)器運(yùn)行狀況充分反應(yīng)出來[4]。

（四）網(wǎng)絡(luò)接入?yún)f(xié)議交換

通過交換機(jī)可以聯(lián)系內(nèi)部多個(gè)地址與外部連接請(qǐng)求，在虛擬連接中交換數(shù)據(jù)。局域網(wǎng)交換機(jī)具有第四層交換能力，因此可將其作為一種負(fù)載均衡器。應(yīng)用硬件系統(tǒng)需要投入較高資金，所以可以選擇在相對(duì)高效穩(wěn)定的核心空間借助linux虛擬服務(wù)器進(jìn)行IP包數(shù)據(jù)處理，這種方式具有一定的靈活性，也可有效減少成本支出。

四、結(jié)束語(yǔ)

總之，無(wú)論是購(gòu)買第四層交換機(jī)，或是選擇軟件方式以及其他均衡技術(shù)，在進(jìn)行負(fù)載均衡方案的設(shè)計(jì)過程中，都要對(duì)系統(tǒng)性能充分進(jìn)行考慮，確保其可拓展性，降低管理難度，使網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的可靠性和靈活性得到保障，進(jìn)而為網(wǎng)絡(luò)用戶提供更好的服務(wù)質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

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