Linux集群下的校园网络负载均衡方案 2

Linux集群下的校园网络负载均衡方案

摘 要：为了解决大量的校园网络服务带来的网络拥挤问题，本文提出基于Linux集群的校园网络负载均衡方案。它采用地址转换和IP隧道两种方式，将计算机集群虚拟化成一个虚拟服务器，从而在IP层上实现负载均衡调度。该方案能够充分发挥校园网络设备的利用率，减少单位资金的投入和降低维护成本，从而提高校园网络的整体性能。 关键词：负载均衡，网络地址转换，IP隧道，虚拟服务器

中图分类号：TP393.1 文献标识码 A

引 言

随着高校信息化水平的不断提高，高校校园网络的规模和服务功能也在不断扩展，新的

[1]网络设备和网络应用平台也不断更新和投入使用。校园网络要承担教学管理、科学研究、

远程教育、Web服务等诸多任务。网络中心作为校园网络的核心机构，还要承担数据存储、信息发布、流量监控、用户管理、负载均衡、信息安全、病毒防治等一系列网络管理任务。总体来说，校园网络用户群体庞大、资源利用率高、管理难度大。并且由网络服务功能的扩展带来的流量监控和负载均衡问题日益突出，占用了大量的人力和物力，使网络运营维护成本居高不下。本为提出基于Linux集群技术设计的校园网络负载均衡方案可以有效地解决这一问题。

1 负载均衡

假如学校网络有N台服务器，网络内同一时间的访问请求个数为M（一般情况下M远远大于N），这就要求网络中部署一个设备或软体，它负责将M个访问请求调度到N个不同服

[2]务器上去，这就是负载均衡器的作用。负载均衡器是服务器集群的唯一入口，它可以是一

个独立的硬件实体，也可以是一个安装在代理服务器内的软体。在校园网络中，计算机集群是通过负载均衡设备将统一的一个公有IP地址映射到整个集群中的多个IP地址主机上，以实现单一客户端对整个集群的访问。公有的虚拟IP地址相当于一个虚拟服务器，和集群内主机IP地址的关系是一对多的映射关系，这种映射关系可以有效解决校园网络IP地址短缺

[3]问题。在工作过程当中，若负载均衡器出现故障，则很可能造成整个集群负载失效。因此，

在实际应用中，我们可以部署多个均衡器，用以提供必要的负载均衡容错机制，对负载均衡器进行备份并对其工作状态进行监控，可以在网络负载均衡设备出现故障情况下进行有效转换，利用备份负载均衡设备替换故障设备，并对故障设备进行报警、检查、恢复等操作，使其恢复正常工作。

1.1 Linux中负载均衡模型

上述所提到的负载均衡实现方法是基于IP协议层实现的负载均衡技术，它将整个网络的接入请求划分成一个个单一的网络请求，通过负载均衡器将它们分别调度到服务器集群中的单一主机上，由整个集群的主机来分担任务，以最大限度地发挥整个网络的性能。实现负载均衡的关键技术在于IP层的负载分配，该技术具有良好的兼容性、高效的执行效率、简单的体系结构等特点。

在Linux系统中，这种基于IP层交换的负载均衡技术具备良好的可扩展性、易管理性，

[4]可以大幅提高整个集群系统的性能，从而实现以负载均衡为核心的Linux集群系统。该系

统可通过三种不同负载均衡模型来实现，分别是：地址转换(NAT)模型、IP隧道模型和直接

[5]路由(DR)模型。本人重点对前两种模型进行了分析和研究。

在地址转换（NAT）模型中，集群内部的IP地址与外部网络隔开，服务器内部结点拥有一个IP地址池，每个数据请求和应答都通过负载均衡设备，负载均衡设备负责对IP数据包进行处理然后和客户端进行通信。

在IP隧道模型中，整个网络是个开放的体系结构，集群系统中的每个主机在互联网上都有一个合法的IP地址，客户端和服务器端的通信是通过路由应答方式来实现。其实现过程为，客户端向虚拟IP地址主机（负载均衡器）发送通信请求，虚拟IP主机（负载均衡器）通过IP隧道对该数据包进行封装并选定目的主机结点作为新的IP主机地址，然后发送到对应IP主机结点上；对应IP主机结点接收虚拟IP地址主机（负载均衡器）发送的IP隧道数据后将数据包解包进行数据处理，并根据源客户端的IP地址将应答数据包直接反馈给源客户端，但此时应答数据包的源地址为虚拟IP地址，即负载均衡器的IP地址。

在直接路由（DR）模型中，整个集群内的主机和负载均衡器都有共同的虚拟IP地址，但负载均衡器和每个主机都不解析虚拟IP的RAP地址，只接收符合自己MAC地址的数据包。客户端向负载均衡器发送数据请求后，负载均衡器根据当前集群工作状态选择集群内部主机

[6]结点并重写数据包的MAC地址，然后将数据包广播到所属网段内。当对应主机的收到负载

均衡器广播的数据包后，便会直接和客户端进行通信，并将处理后的数据反馈给客户端。总的来说，客户端始终是和有着同一虚拟IP地址的负载均衡服务器集群进行通信。

1.2 三种负载均衡模型的比较

根据以上对三种模型的介绍，从连接通信方式、数据包处理、优点、缺点等方面对它们进行对比分析。见下表1。

表1 三种负载均衡模型对照分析

名称 通信方式 数据包处理 优点

方法简单、易于在客户端和

集群系统中实现IP层 …… 此处隐藏：4534字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……