高職院校網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡的實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用

趙之眸

天津機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，天津300131

高職院校網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡的實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用

趙之眸

天津機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，天津300131

利用網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡技術(shù)可以解決高職院校網(wǎng)絡(luò)中多鏈路負(fù)載與服務(wù)器負(fù)載的實(shí)際困難。通過對學(xué)院網(wǎng)絡(luò)需求及應(yīng)用的分析，設(shè)計(jì)基于負(fù)載均衡技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)部署方案，通過分析其配置、應(yīng)用及測試過程，對多鏈路負(fù)載均衡與服務(wù)器負(fù)載均衡應(yīng)用進(jìn)行探索，總結(jié)實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用中注意的問題是高職院校應(yīng)研究的現(xiàn)實(shí)課題。

多鏈路負(fù)載；服務(wù)器負(fù)載；負(fù)載均衡；校園網(wǎng)絡(luò)

近幾年，全國大力發(fā)展高職教育，天津作為全國高職教育的試點(diǎn)區(qū)，更是投入大量資金幫助高職院校發(fā)展，開展提升辦學(xué)質(zhì)量專項(xiàng)工作。在獲得政府資金的支持下，高職院校均投入建設(shè)數(shù)字化校園，成立先進(jìn)的數(shù)據(jù)中心、網(wǎng)絡(luò)中心，很多院校也都將信息化作為提升自身教育教學(xué)水平的建設(shè)方法和管理手段。但是，隨著網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展及應(yīng)用的發(fā)展，原來單一的網(wǎng)絡(luò)出口及服務(wù)器應(yīng)用無法滿足目前日益增長的需求，本文就對高職院校網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡的實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用進(jìn)行探索與研究。

一、負(fù)載均衡技術(shù)的概念

1.鏈路負(fù)載均衡

鏈路負(fù)載均衡是指網(wǎng)絡(luò)設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)流量時(shí)，選擇響應(yīng)速度快、符合帶寬要求的網(wǎng)絡(luò)鏈路提供服務(wù)。通過LLB（即鏈路負(fù)載均衡）技術(shù)，實(shí)現(xiàn)多鏈路接入向和出向負(fù)載均衡，使得用戶能夠從最快的鏈路訪問企業(yè)提供的應(yīng)用服務(wù)。

2.服務(wù)器負(fù)載均衡

服務(wù)器負(fù)載均衡是指運(yùn)用多臺(tái)服務(wù)器集群的機(jī)制，將所有真實(shí)服務(wù)器配置成虛擬服務(wù)對外發(fā)布，當(dāng)用戶請求到達(dá)時(shí)，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的基于多重四、七層負(fù)載均衡算法的調(diào)度策略，合理的將每個(gè)連接快速的分配到相應(yīng)的服務(wù)器，從而合理利用服務(wù)器資源。不僅在減少硬件投資成本情況下解決單臺(tái)服務(wù)器性能瓶頸，同時(shí)方便后續(xù)擴(kuò)容，為擴(kuò)大訪問量的系統(tǒng)提供性能保障，并實(shí)現(xiàn)多臺(tái)服務(wù)器之間冗余，從而保障應(yīng)用系統(tǒng)的穩(wěn)定性。服務(wù)負(fù)責(zé)均衡一般有三種方式：四層NAT方式服務(wù)器負(fù)載均衡，四層DR方式服務(wù)器負(fù)載均衡，七層服務(wù)器負(fù)載均衡。通過表1對三種服務(wù)器負(fù)載均衡方式進(jìn)行對比，并說明其實(shí)現(xiàn)步驟。

通過對比，三種方式均能實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡，其中七層負(fù)責(zé)均衡方式可以使網(wǎng)絡(luò)更加智能，屏蔽一些網(wǎng)絡(luò)攻擊使服務(wù)更安全，但同時(shí)由于需要緩存數(shù)據(jù)，對設(shè)備要求較高。

表1　三種服務(wù)器負(fù)載均衡方式的對比表

3.負(fù)載均衡算法

鏈路負(fù)載均衡和服務(wù)器負(fù)載均衡均是通過算法策略來實(shí)現(xiàn)的，而且二者在算法策略上有很多相似之處，通過算法的了解可更好的設(shè)計(jì)相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)，使性能最優(yōu)，但因篇幅所限筆者僅對算法進(jìn)行例舉對比，如表2所示。

表2　算法對比

二、高職院校在網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用上的困境

高職院校不同于本科院校，在招生上相對弱勢，特別是最近教育部文件顯示，要求國內(nèi)高職院校2017年開始試行分類招生模式，大量學(xué)生將通過非高考方式錄取。因此，高職院校的招生壓力很大，為了更好的進(jìn)行招生宣傳就要保證網(wǎng)絡(luò)的良好運(yùn)行，且照顧到全國各地方的學(xué)生登陸學(xué)院網(wǎng)站并高速瀏覽，所以，要求我們提供不同的鏈路來完成出口接入。單服務(wù)器應(yīng)用存在節(jié)點(diǎn)瓶頸，所以很多學(xué)校設(shè)計(jì)了服務(wù)器集群，因此需要對服務(wù)器進(jìn)行負(fù)載均衡。

高職院校資金投入方面與本科院校相比還有很大差距，為了更大效率的使用網(wǎng)絡(luò)及服務(wù)器資源，需要使用鏈路負(fù)載技術(shù)及服務(wù)器負(fù)載技術(shù)提供支持。

基于以上因素我們認(rèn)為使用負(fù)載均衡技術(shù)能很好的解決高職院校在網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用上的問題。

三、負(fù)載均衡的實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用

1.需求分析

通過上文介紹，負(fù)載均衡的實(shí)現(xiàn)有很多方式，以哪種方式實(shí)施需要根據(jù)實(shí)際情況作出相應(yīng)的設(shè)計(jì)，這也是整個(gè)研究的重點(diǎn)，下面就以筆者所在學(xué)校為例，將最常見的鏈路及服務(wù)器問題進(jìn)行分析并研究。

鏈路方面：學(xué)院已經(jīng)有電信網(wǎng)絡(luò)接入，一部分教育網(wǎng)接入，并通過路由器實(shí)現(xiàn)了基本的鏈路冗余問題，但是沒有重復(fù)發(fā)揮鏈路的性能，經(jīng)常反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)卡。同時(shí)后期計(jì)劃引入聯(lián)通、移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)形成全網(wǎng)絡(luò)的鏈路覆蓋。并實(shí)現(xiàn)內(nèi)網(wǎng)用戶訪問時(shí)自動(dòng)鏈路選擇，外網(wǎng)用戶訪問時(shí)智能選擇最優(yōu)鏈路訪問。

服務(wù)器方面：學(xué)院網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)行有各個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)，都由獨(dú)立物理服務(wù)器提供服務(wù)，由于訪問量的增加，獨(dú)立服務(wù)器不能滿足需求，負(fù)載過大會(huì)導(dǎo)致停機(jī)需要手動(dòng)重啟等問題，學(xué)院增加服務(wù)器并組成集群實(shí)現(xiàn)均衡分擔(dān)流量，即使某臺(tái)服務(wù)器出現(xiàn)問題，也不影響業(yè)務(wù)。

2.部署方式

以上兩種是筆者所在學(xué)校在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載方面的需求，也是高職院校在鏈路負(fù)載方面最普遍問題。通過調(diào)研分析，筆者認(rèn)為硬件負(fù)載均衡設(shè)備可一次性的解決這些問題，而且在可靠性及性能上硬件方式也優(yōu)于軟件方式。同時(shí)，對學(xué)院現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的分析，在盡量保證原有的路由表、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等關(guān)鍵屬性不變的前提下，采用旁路的部署方式是最佳的選擇，此種模式不會(huì)改變網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，同時(shí)設(shè)備接入時(shí)不會(huì)造成系統(tǒng)業(yè)務(wù)的中斷，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的快速簡單部署，具體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1　旁路方式部署負(fù)責(zé)均衡拓?fù)鋱D

3.實(shí)施配置策略

通過需求分析與研究，選擇以旁路方式進(jìn)行負(fù)載均衡部署，在完成硬件部署后就需要對設(shè)備進(jìn)行具體的實(shí)施配置策略。

首先，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)配置，包括：配置WAN口地址、代理上網(wǎng)、添加默認(rèn)路由。

其次，進(jìn)行鏈路負(fù)載配置策略，包括：

配置智能DNS、前置防火墻做端口映射、域名NS記錄指向映射的IP地址；

配置TCP單邊加速以解決跨運(yùn)營商丟包問題；

配置SNAT，配置優(yōu)化策略，為每個(gè)HTTP請求插入X-Forwarded-For字段，其值則自動(dòng)填充客戶端的IP地址，通過將客戶端IP傳輸至服務(wù)器方法統(tǒng)計(jì)訪問IP地址，達(dá)到控制訪問的目的，實(shí)現(xiàn)鏈路負(fù)載均衡。

最后，進(jìn)行服務(wù)器負(fù)載配置，主要包括：

配置服務(wù)、IP組、會(huì)話保持、節(jié)點(diǎn)監(jiān)視器、節(jié)點(diǎn)池、新建虛擬服務(wù)；

建立節(jié)點(diǎn)池配置調(diào)度算法、會(huì)話保持等信息；

建立前置調(diào)度策略：設(shè)置條件，使不同的URL調(diào)度到不同的節(jié)點(diǎn)池；

配置虛擬服務(wù)，關(guān)聯(lián)四個(gè)前置調(diào)度策略；

配置HTTP連接池、HTTP緩存和HTTP壓縮，減輕服務(wù)器的壓力。

對虛擬服務(wù)進(jìn)行配置：將IP組、節(jié)點(diǎn)池、服務(wù)關(guān)聯(lián)，以實(shí)現(xiàn)服務(wù)器負(fù)載均衡。

4.系統(tǒng)測試

在負(fù)責(zé)均衡設(shè)備配置完成后，為保證網(wǎng)絡(luò)的順利運(yùn)行，需要先進(jìn)行相應(yīng)的測試才能完成部署。而且，測試工作時(shí)常被人們忽視，其實(shí)測試尤其是在網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用上非常重要，測試的目的是檢測業(yè)務(wù)能夠正常訪問，其檢查點(diǎn)為業(yè)務(wù)能夠正常訪問，且能夠按照對應(yīng)算法進(jìn)行調(diào)度。

基礎(chǔ)負(fù)載均衡功能測試（見表2）。

高級負(fù)載均衡功能測試（見表3）。

四、總結(jié)

經(jīng)過測試，設(shè)備通過了各項(xiàng)檢查，能順利應(yīng)用在網(wǎng)絡(luò)中。但在實(shí)施和測試中還需要注意：

一是，旁路多線的部署方式，要求前端防火墻支持策略路由功能，并針對設(shè)備的WAN口地址做策略路由，才可實(shí)現(xiàn)鏈路負(fù)載均衡及服務(wù)器負(fù)載均衡。

二是，在業(yè)務(wù)測試過程中，如業(yè)務(wù)不能按預(yù)期正常的情況正常訪問，需要進(jìn)行配置檢查。如還不能排除故障，需進(jìn)行回退，將防火墻的NAT映射配置進(jìn)行還原。

總之，負(fù)載均衡技術(shù)解決了高職院校在網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用建設(shè)中所遇到鏈路、服務(wù)、效率、成本等問題，本文通過介紹網(wǎng)絡(luò)均衡的原理、研究實(shí)現(xiàn)方法、設(shè)計(jì)配置實(shí)施、總結(jié)測試用例，完整介紹了該技術(shù)的實(shí)踐過程，在獲得良好效果的同時(shí)也為其他院校部署負(fù)責(zé)均衡提供了可行的范例。

［1］王文軍，吳菁．入口鏈路負(fù)載均衡技術(shù)在Cisco設(shè)備中的應(yīng)用研究［J］．長春大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，（6）：748-753．

［2］深信服．服務(wù)器負(fù)載均衡解決方案［EB/OL］．http∶//www.sangfor. com.cn/topic/mail/20091115/2.html．

［3］百度百科．負(fù)載均衡［EB/OL］．http∶//baike.baidu.com/view/51184. htm 2014．

表2　基礎(chǔ)負(fù)載均衡功能測試

表3　高級負(fù)載均衡功能測試

［4］李洪民．深信服鏈路負(fù)載均衡在校園網(wǎng)出口中的應(yīng)用［J］．中文信息，2014．

［5］宋繼平．動(dòng)態(tài)鏈路負(fù)載均衡技術(shù)在園區(qū)網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用探討［J］．電信技術(shù)，2013，（1）：47-49．

［6］CISCO SYSTEMS INC．Device Manager Guide，Cisco ACE 4700 Series Application Control Engine Appliance［OL－26644－03］．2013．

責(zé)任編輯：陳卓董躍進(jìn)

Realization and Imp lementation of Network Loading Balance at Vocational College

ZHAO ZHi-m ou

（Tianjin Vocational College ofMechanics and Electricity，Tianjin 300131）

Network loading balance technique can be used to solve problems existing in multilink load and server load.Therefore，a network setting plan should be designed based on network loading balance technique by picking up requirements and applications of campus network.The implementation ofmulti-link load balance and server load balance is explored through analyzing their configuration，application and test procedure.It is a realistic subject for vocational colleges'studying to summarize the problems that should be concerned in realization and implementation of the technique.

multi-link load；server load；load balance；campus network

TP393.18

A

2095－5537（2015）03－00087－04

2015-01-05

趙之眸（1981—），男，漢族，天津市人，天津機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師。研究方向：網(wǎng)絡(luò)管理，虛擬化，軟件開發(fā)。