F5負(fù)載均衡原理

1、F5負(fù)載均衡原理一負(fù)載均衡基本概念1、什么是負(fù)載均衡？負(fù)載均衡技術(shù)在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)之上提供了一種廉價(jià)、有效、透明的方法，來(lái)擴(kuò)展網(wǎng) 絡(luò)設(shè)備和服務(wù)器的帶寬、增加吞吐量、加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理能力、提高網(wǎng)絡(luò)的靈活性和可 用性。它有兩方面的含義：首先，大量的并發(fā)訪問(wèn)或數(shù)據(jù)流量分擔(dān)到多臺(tái)節(jié)點(diǎn)設(shè)備上分 別處理，減少用戶等待響應(yīng)的時(shí)間；其次，單個(gè)重負(fù)載的運(yùn)算分擔(dān)到多臺(tái)節(jié)點(diǎn)設(shè)備上做 并行處理，每個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)備處理結(jié)束后，將結(jié)果匯總，返回給用戶，系統(tǒng)處理能力得到大 幅度提局。BIG/IP利用定義在其上面的虛擬IP地址來(lái)為用戶的一個(gè)或多個(gè)應(yīng)用服務(wù)器提供 服務(wù)。因此，它能夠?yàn)榇罅康幕赥CP/IP的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用提供服務(wù)器負(fù)載均衡服

2、務(wù)。BIG/IP 連續(xù)地對(duì)目標(biāo)服務(wù)器進(jìn)行 L4到L7合理性檢查，當(dāng)用戶通過(guò)VIP請(qǐng)求目標(biāo)服務(wù)器服務(wù)時(shí)， BIG/IP根據(jù)目標(biāo)服務(wù)器之間性能和網(wǎng)絡(luò)健康情況，選擇性能最佳的服務(wù)器響應(yīng)用戶的請(qǐng)求。下圖描述了一個(gè)負(fù)載平衡發(fā)生的流程：Interne216.34J4.175-207.17,117.200030-207.17,117.2QMM3BIG-IP translatesAddreg to Node based on Load Balancing-207,17.11720:4003口做_21&34一94一口坦01. 客戶發(fā)出服務(wù)請(qǐng)求到 VIP2. BIGIP接收到請(qǐng)求，

3、將數(shù)據(jù)包中目的IP地址改為選中的后臺(tái)服務(wù)器IP地址,然后將數(shù)據(jù)包發(fā)出到后臺(tái)選定的服務(wù)器3. 后臺(tái)服務(wù)器收到后，將應(yīng)答包按照其路由發(fā)回到BIGIP4. BIGIP收到應(yīng)答包后將其中的源地址改回成VIP的地址，發(fā)回客戶端，由此就完成了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)器負(fù)載平衡的流程。2. 負(fù)載平衡典型流程通過(guò)VIP來(lái)截獲合適的需要負(fù)載平衡的流量服務(wù)器監(jiān)控和健康檢查，隨時(shí)了解服務(wù)器群的可用性狀態(tài) 負(fù)載均衡和應(yīng)用交換功能，通過(guò)各種策略導(dǎo)向到合適的服務(wù)器2. 1 通過(guò)VIP來(lái)截獲合適的需要負(fù)載平衡的流量在BIGIP上通過(guò)設(shè)置VIP來(lái)截獲需要進(jìn)行負(fù)載平衡的流量，這個(gè)VIP地址可以是一個(gè)獨(dú)立的主機(jī)地址和端口的組合(例如：20

4、15:80 )也可以是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)地址和端口的組合(例如：:80 )，當(dāng)流量經(jīng)過(guò) BIGIP的時(shí)候，凡是命中 VIP 的流量都將被截獲并按照規(guī)則進(jìn)行負(fù)載平衡。2. 2服務(wù)器的健康監(jiān)控和檢查服務(wù)器(Node) - Ping (ICMP)BIGIP可以定期的通過(guò)ICMP包對(duì)后臺(tái)服務(wù)器的IP地址進(jìn)行檢測(cè)，如果在設(shè)定的時(shí) 間內(nèi)能收到該地址的ICMP的回應(yīng)，則認(rèn)為該服務(wù)器能提供服務(wù)服務(wù)(Port) - ConnectBIGIP可以定期的通過(guò)TCP包對(duì)后臺(tái)服務(wù)器的服務(wù)端口進(jìn)行檢測(cè)，如果在設(shè)定的時(shí) 間內(nèi)能收到該服務(wù)器端口的回應(yīng)，則認(rèn)為該服務(wù)器能提供服務(wù)擴(kuò)展內(nèi)容查證

5、(ECV: Extended Content Verification) ECVECV是一種非常復(fù)雜的服務(wù)檢查，主要用于確認(rèn)應(yīng)用程序能否對(duì)請(qǐng)求返回對(duì)應(yīng)的數(shù) 據(jù)。如果一個(gè)應(yīng)用對(duì)該服務(wù)檢查作出響應(yīng)并返回對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，則 BIG/IP控制器將該服 務(wù)器標(biāo)識(shí)為工作良好。如果服務(wù)器不能返回相應(yīng)的數(shù)據(jù)，則將該服務(wù)器標(biāo)識(shí)為宕機(jī)。宕 機(jī)一旦修復(fù)，BIG/IP就會(huì)自動(dòng)查證應(yīng)用已能對(duì)客戶請(qǐng)求作出正確響應(yīng)并恢復(fù)向該服務(wù)器 傳送。該功能使BIG/IP可以將保護(hù)延伸到后端應(yīng)用如Web內(nèi)容及數(shù)據(jù)庫(kù)。BIG/ip的ECV功能允許您向Web服務(wù)器、防火墻、緩存服務(wù)器、代理服務(wù)器和其它透明設(shè)備發(fā)送查詢， 然后檢查返回的響應(yīng)。這將

6、有助于確認(rèn)您為客戶提供的內(nèi)容正是其所需要的。擴(kuò)展應(yīng)用查證(EAV: Extended Application Verification)EAV是另一種服務(wù)檢查，用于確認(rèn)運(yùn)行在某個(gè)服務(wù)器上的應(yīng)用能否對(duì)客戶請(qǐng)求作出 響應(yīng)。為完成這種檢查，BIG/IP控制器使用一個(gè)被稱作外部服務(wù)檢查者的客戶程序，該程序?yàn)锽IG/IP提供完全客戶化的服務(wù)檢查功能，但它位于BIG/IP控制器的外部。例如，該外部服務(wù)檢查者可以查證一個(gè)Internet或Intranet上的從后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)中取出數(shù)據(jù)并在HTM網(wǎng)頁(yè)上顯示的應(yīng)用能否正常工作。EAV是BIG/IP提供的非常獨(dú)特的功能，它提供管理者將BIG/IP客戶化后訪問(wèn)各種各樣應(yīng)

7、用的能力，該功能使BIG/IP在提供標(biāo)準(zhǔn)的可用性查證之外能獲得服務(wù)器、應(yīng)用及內(nèi)容可用性等最重要的反饋。該功能對(duì)于電子商務(wù)和其它應(yīng)用至關(guān)重要，它用于從客戶的角度測(cè)試您的站點(diǎn)。例如，您可以模擬客戶完成交易所需的所有步驟一連接到站點(diǎn)、從目錄中選擇項(xiàng)目以及驗(yàn)證交易使用的信用卡。一旦 BIG/ip掌握了該“可用性”信息，即可利用負(fù)載平衡使 資源達(dá)到最高的可用性。BIG/IP已經(jīng)為測(cè)試Internet服務(wù)的健康情況和狀態(tài)，預(yù)定義的擴(kuò)展應(yīng)用驗(yàn)證 (EAV),它有二種用戶界面：瀏覽器和CLI配置。BIG/IP預(yù)定義的應(yīng)用檢查：FTP、NNTP SMTP POP命 MSSQL二. 負(fù)載均衡的分類：負(fù)載均衡的應(yīng)用

8、相對(duì)其他網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來(lái)說(shuō)面會(huì)窄很多，從技術(shù)的角度上，負(fù)載均衡分為三類：1. 對(duì)鏈路的負(fù)載均衡對(duì)鏈路的負(fù)載均衡主要是指應(yīng)用方有多條ISP網(wǎng)絡(luò)出口，比方說(shuō)電信+網(wǎng)通,電信+鐵通等,對(duì)鏈路的負(fù)載均衡也是解決目前電信網(wǎng)通互聯(lián)互通的最專業(yè)的技 術(shù).其實(shí)現(xiàn)的原理是根據(jù)負(fù)載均衡算法來(lái)算出，到目標(biāo)地址的數(shù)據(jù)從哪條鏈路出去延遲最小，那么該條鏈路將被優(yōu)先選擇.這一點(diǎn)是負(fù)載均衡設(shè)備區(qū)別丁策略路 由+IP地址庫(kù)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)通電信路由選擇的地方.2. 對(duì)服務(wù)器的負(fù)載均衡從嚴(yán)格的意義上來(lái)將，對(duì)服務(wù)器的負(fù)載均衡是對(duì)相同應(yīng)用的負(fù)載均衡，而跟服務(wù)器本身沒(méi)有太大的關(guān)系。只有相同的應(yīng)用，才存在負(fù)載均衡的概念，不同的應(yīng)用問(wèn)是不能做負(fù)載均衡的.

9、比方說(shuō)，我們有FTP SERVE潮WEB SERVER 一臺(tái)， 那么這兩臺(tái)SERVER可就不存在負(fù)載均衡的應(yīng)用.目前所有負(fù)載均衡的廠商實(shí)現(xiàn) 對(duì)服務(wù)器的負(fù)載均衡都是基丁虛擬IP技術(shù)的，負(fù)載均衡設(shè)備對(duì)服務(wù)器進(jìn)行健康檢查，然后把檢查結(jié)果列入設(shè)備服務(wù)器狀態(tài)列表里，根據(jù)這個(gè)檢查結(jié)果來(lái)決定一 個(gè)請(qǐng)求發(fā)送到哪臺(tái)服務(wù)器效果最好，應(yīng)用廣泛的就是F5的LTM系列.3. 對(duì)廣域網(wǎng)的負(fù)載均衡對(duì)廣域網(wǎng)的負(fù)載均衡主要是應(yīng)用到一些大的網(wǎng)站上，也有人稱其為異地負(fù)載 均衡.比方說(shuō)，我們有兩臺(tái) WEEK務(wù)器，一臺(tái)在北京IDC機(jī)房(網(wǎng)通)，一臺(tái)在廣州 IDC機(jī)房(電信)，兩臺(tái)WEB艮務(wù)器內(nèi)容是一樣的.那么對(duì)這兩臺(tái)服務(wù)器來(lái)做負(fù)載均

10、衡就是一種廣域網(wǎng)負(fù)載均衡.應(yīng)用比較廣泛的是F5的3DN般備.三. 負(fù)載均衡的算法負(fù)載均衡設(shè)備本身都是以負(fù)載均衡算法為基礎(chǔ)的，負(fù)載均衡算法分為兩種： 靜態(tài)負(fù)載均衡算法和動(dòng)態(tài)負(fù)載均衡算法.輪詢(RoundRobin )：順序循環(huán)將請(qǐng)求一次順序循環(huán)地連接每個(gè)服務(wù)器。當(dāng)其中某個(gè)服務(wù)器發(fā)生第二到第 7層的故障，BIGIP就把其從順序循環(huán) 隊(duì)列中拿出，不參加下一次的輪詢，直到其恢復(fù)正常。比率(Ratio ):給每個(gè)服務(wù)器分配一個(gè)加權(quán)值為比例，根據(jù)這個(gè)比例， 把用戶的請(qǐng)求分配到每個(gè)服務(wù)器。當(dāng)其中某個(gè)服務(wù)器發(fā)生第二到第7層 的故障，BIGIP就把其從服務(wù)器隊(duì)列中拿出，不參加下一次的用戶請(qǐng)求 的分配，直到其恢復(fù)

11、正常。優(yōu)先權(quán)(Priority ):給所有服務(wù)器分組，給每個(gè)組定義優(yōu)先權(quán)，BIGIP 用戶的請(qǐng)求，分配給優(yōu)先級(jí)最高的服務(wù)器組（在同一組內(nèi)，采用輪詢或 比率算法，分配用戶的請(qǐng)求）；當(dāng)最高優(yōu)先級(jí)中所有服務(wù)器出現(xiàn)故障， BIGIP才將請(qǐng)求送給次優(yōu)先級(jí)的服務(wù)器組。這種方式，實(shí)際為用戶提供 一種熱備份的方式。最少的連接方式（Least Connection ）:傳遞新的連接給那些進(jìn)行最少連接處理的服務(wù)器。當(dāng)其中某個(gè)服務(wù)器發(fā)生第二到第 7層的故障，BIGIP 就把其從服務(wù)器隊(duì)列中拿出，不參加下一次的用戶請(qǐng)求的分配，直到其 恢復(fù)正常。最快模式（Fastest ）:傳遞連接給那些響應(yīng)最快的服務(wù)器。當(dāng)其中某個(gè)

12、服務(wù)器發(fā)生第二到第7層的故障，BIGIP就把其從服務(wù)器隊(duì)列中拿出， 不參加下一次的用戶請(qǐng)求的分配，直到其恢復(fù)正常。觀察模式（Observed）:連接數(shù)目和響應(yīng)時(shí)間以這兩項(xiàng)的最佳平衡為依 據(jù)為新的請(qǐng)求選擇服務(wù)器。當(dāng)其中某個(gè)服務(wù)器發(fā)生第二到第7層的故障， BIGIP就把其從服務(wù)器隊(duì)列中拿出，不參加下一次的用戶請(qǐng)求的分配， 直到其恢復(fù)正常。預(yù)測(cè)模式（Predictive ）： BIGIP利用收集到的服務(wù)器當(dāng)前的性能指標(biāo)，進(jìn)行預(yù)測(cè)分析，選擇一臺(tái)服務(wù)器在下一個(gè)時(shí)間片內(nèi)，其性能將達(dá)到最佳的服務(wù)器相應(yīng)用戶的請(qǐng)求。（被BIGIP進(jìn)行檢測(cè)）動(dòng)態(tài)性能分配（Dynamic Ratio-APM）:BIGIP收集到的應(yīng)用程序和應(yīng)用服務(wù)器的各項(xiàng)性能參數(shù)，動(dòng)態(tài)調(diào)整流量分配。動(dòng)態(tài)服務(wù)器補(bǔ)充