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南南海海市市信信息息网网 Web 服服务务器器负负载载平平衡衡的的 解解决决方方案案 新加坡电脑系统集团公司 一九九九年十一月 目目 录录 第一章第一章 系统需求及分析系统需求及分析 1 第一节 设备的选择 1 第二节 F5 负载平衡技术解决方案 2 第二章第二章 负载平衡系统说明负载平衡系统说明 4 第一节 产品及需求分析 4 第二节 产品性能分析 6 第三节 负载平衡网页内容与数据库 8 第四节 BIG IP 怎么平衡服务器群的流量 8 第五节 3DNS 的主要功能 10 第六节 BIG IP 与 3DNS 网络位置及实现负载平衡的算法 11 一 BIG IP 在网络中的位置 11 二 BIG IP 实现负载平衡的算法 11 三 BIG IP 安全性和管理性的施行 12 四 3DNS 在网络中的位置和实现广域负载平衡的算法 12 第三章第三章 系统改造构想系统改造构想 13 第四章第四章 系统设备及报价系统设备及报价 15 无忧商务网 共享和传播管理资源 引导管理人实现卓越管理 第一章第一章系统需求及分析系统需求及分析 南海市位于广东珠江三角洲 随着改革开放的不断深化 经济和社会各项 事业的蓬勃发展 南海市的知名度越来越高 在不久的将来将成为中国南方新 兴的信息化城市 南海市的快速发展不仅吸引了许多有名的高科技团体前往投 资 而且吸引了众多网民通过 Internet 慕名而来了解这个新科技城市 随着访问人数的急剧增加以及南海市 信息化城市 建设的发展 对信息 的需求量大大加强 原有的 Web 服务器的负荷加重 响应浏览的时间很长 不 利于南海市对外的形象和快速发展的需要 出于上述原因和考虑到将来长远的 发展 为了最有效的利用服务器的容量 延长设备的生命周期 提高整个系统 的可靠性 可用性 实现灵活有效 智能化的安全的负载平衡 我们根据客户 的需求 设计了一套广域 Web 服务器负载平衡的方案 第一节第一节 设备的选择设备的选择 F5 网络公司是美国的一家专门研究和生产互联网负载平衡产品的上市公 司 它的主要产品有 Big IP 3DNS Global SITE See IT 由于该公司的产 品技术先进 功能齐全 质量可靠已被世界上很多知名的企业选用 如 Microsoft USA Today Alaska Airline 等总数超过 600 家 并荣获 99 年度 互联网最佳结构奖 根据客户的要求我们选用 BIG IP LB 3DNS 来实现南海信 息网广域网 Web Server 负载平衡 BIG IPBIG IP BIG IP 控制器是 F5 网络公司的一个高性能 高效率 高伸缩性 智 能化的用于单个 INTERNET WEB 站点 ISP ICP EDI 电子商务 企业内外部网等系统的负载平衡的产品 工具 能够平衡服务器群 的负载 调节服务器的反映能力 加强服务器的安全保护 延长服务 器的使用寿命和提高服务器 7 24 小时服务能力 减少服务器损伤和 服务中断 加强服务器系统自动恢复能力和错误排除能力 无论你采用何种服务平台 你都不必在服务器端安装任何额外的软件 BIG ip 控制器便可以将全部用户请求合理分配 提供智能的和安全的 跨越网络的分布服务 并节省你的公共 IP 地址 使用 BIG IP 将不仅仅是增加你的网络设备的可伸缩性 高可用性 并 且你将很容易进行管理 因为最终用户只须要一个单独的服务器或网 关地址 你的用户将不再被过载设备造成的缓慢响应所烦恼 另外 可以在用户不知道的情况下 把设备撤离服务 进行维护 或随时将 设备加入到在线的服务中 同时 BIG IP 系统是一个区域网络中高效灵活的负载平衡解决方案 可使你向你的用户提供高性能服务 使你的用户始终会对你的服务感 觉良好 3DNS3DNS 3DNS 是建立世界范围的系统 为了给不同地理位置的网站及数据中心提供服务 3DNS 系统加强标准 DNS 技术以及 BIG IP 灵活的负载平衡能力 3DNS 可靠 清晰地 用 最优化的路径传递内容给用户 无论他们在那里 3DNS 给 ISP 提供了 一个全球性的优秀网站和服务 第二节第二节 F5 负载平衡技术解决方案负载平衡技术解决方案 F5 的解决方案由 BIG IP 3DNS GLOBEL SIT SEE IT 组成一个 TOTAL SOLUTION 建立起世界范围的负载平衡系统 可以给不同位置的网站及 数据中 心提供服务 平衡局部 SITE 和 全局的负载 数据同步及系统监控 提供智能 的安全的跨越网络的高可靠性 可用性的 7 24 服务 示意图如下 F5 Network s total solution 第二章第二章 负载平衡系统说明负载平衡系统说明 第一节第一节 产品及需求分析产品及需求分析 我们是一个小公司 但我们的我们是一个小公司 但我们的 WEBWEB 在快速增长 为什么我们需要一个高性在快速增长 为什么我们需要一个高性 能的负载平衡的产品呢 能的负载平衡的产品呢 F5 产品的许多客户情况类似这样 他们中的大多数已经成长为多服务 器 多站点的实体 BIG IP 产品线让你能加快你的增长 而且 BIG IP 的价格从高到低都有 从 BIG IP LB 单控制器 到 BIG IP HA 高性能 负载平衡双冗余的控制器 当你的产品与服 务在不断增长时 你都可以轻松地更新升级你的 INTERNET 结构 每个 BIG IP 产品都是可升级的 可以根据你的实际情况给你一个最合理 性价比最高的解决方案 我们有我们有 WINWIN NTNT 和和 SUNSUN SOLARISSOLARIS 的的 WEBWEB 服务器 服务器 BIG IPBIG IP 支持那些操作系统 支持那些操作系统 因为 BIG IP 是一个独立的网络设备 工具 它支持所有的操作系统 在 TCP IP 的环境里 平衡各种不同的 INTERNET 应用和服务 BIG IPBIG IP 产品特征 是硬件基础的还是软件基础的 如果是基于软件的 支产品特征 是硬件基础的还是软件基础的 如果是基于软件的 支 持那些持那些 OSOS 平台 平台 F5 网络产品 BIG IP 是一个全面的解决方案 它结合了硬件和软件 到一个完整的箱包里 BIG IP 工作在任意的操作系统下 支持 IP 环 境下得到网络协议 BIG IPBIG IP 产品适合什么样的网络结构 产品适合什么样的网络结构 BIG IP 解决方案能够放置到第二层 数据链路层 的设备驱动和第三 层的 IP 支持的任意的网络拓扑里 在最简单的范围里 它只须用对应 的单一主机和 IP 地址 就可以把一个现存的网段分开成两个不同的网 段 BIG IPBIG IP 产品的确切和最大线速流量是多少 产品的确切和最大线速流量是多少 BIG IP 产品线包括三种功能型号 BIG IP LB 和 BIG IP HA HA 系 统 BIG IP LB 和 BIG IP HA 的线速吞吐量达到 40 170M S BIG IP HA 达到 350M S 的线速 600M S 的产品也已测试完毕 开始上市 BIG IPBIG IP 支持那些接口 支持那些接口 BIG IP 支持 10 100M 以太网卡 千兆网卡 FDDI 网卡 BIG IPBIG IP 产品能支持的最大产品能支持的最大 IPIP 地址的数量 地址的数量 BIG IP 控制器支持 40000 台以上虚拟主机服务器和代码地址的组合 BIG IPBIG IP 产品能够负载平衡的主机的最大数 产品能够负载平衡的主机的最大数 BIG IP 支持的主机 虚拟的 IP 地址别名 BIG IP 能够负载平衡 的数量是无限的 唯一真正限制负载平衡主机数量的是网络媒体 例 如 SWITCH 到 BIG IP 得到内部接口 卡 的通路流通能力 BIG IP HA 和 BIG IP HA 标配都是无限服务器许可证的 BIG IPBIG IP 能够用于平衡象防火墙或能够用于平衡象防火墙或 CACHESCACHES 缓冲设备 这样的透明设备吗 缓冲设备 这样的透明设备吗 能 BIG IP 能够同时负载平衡透明设备和服务器 BIG IP 能确保防火 墙或 CACHES 缓冲设备 的可用性 最终用户是接触到唯一的虚拟地 址 所有的主机对最终用户是不透明的 同时也方便系统人员去管理 和维护这些设备 BIG IPBIG IP 能够负载平衡的最大同时连接的数目是多少 能够负载平衡的最大同时连接的数目是多少 BIG IP 能够负载平衡的最大同时连接数目取决于 BIG IP 的内带 RAM 内 存 数量 当 BIG IP 配置到最大 RAM 时 BIG IP 将可以维持 1000000 个 SSL BASED 连接 连接类型要求是最佳状态信息 能够处理多 达 8000 个以上的讯间连接 BIG IPBIG IP 产品的价格 冗余配置的必要性 产品的价格 冗余配置的必要性 BIG IP 的价格从高到低 所有的这些解决方案包括一天的在线安装和 F5 的专业工程师的集成服务 7 12 冗余系统是为了能够提供一种 7 24 小时的服务 为用户创造永不停机的工作及服务环境 BIG ipBIG ip 控制器可以与哪些应用或服务协同工作 控制器可以与哪些应用或服务协同工作 BIG ip 控制器支持 HTTP email streaming audio and video 等 internet 应用 LDAP 及其它 IP 协议流 数据库访问 FTP firewall cache 和 VPN 第二节第二节 产品性能分析产品性能分析 BIG IPBIG IP 是怎么定义服务器群负载平衡的高效性 是怎么定义服务器群负载平衡的高效性 BIG IP 定义服务器群的负载平衡高效性是基于 OSI 模式的以下方式 Layer 2 数据链路层 无须 ARP 就能检测到网络单元的反应时 间 NIC 的准确的高效性 Layer 3 网络层 用 ICMP Ping 或 TCP 反馈来测试主机的高 效性和反应时间 Layer 4 传输层 用端口的特定管座连接来定义单一端口的 高效性和敏感度 Layer 7 应用层 服务特定负载功能对处理器保护 操作系 统高效计划资源以及内容确认正确发送和返回检测 这些测试保 证流量 反应时间永远不会超出预定的反应时间和流量 反应时间和 高效率测试可以由用户自己设定 BIG IPBIG IP 的负载平衡的高效及负载均衡是什么含义呢 它们的高效是如何实的负载平衡的高效及负载均衡是什么含义呢 它们的高效是如何实 现的 现的 高效就是保证用户可以可行地使用你的服务器 应用程序及网络设备 负载平衡指的是通过将到来的用户请求重定向 提供最佳的性能 高效的实现主要有以下几种方法 通过将用户请求分步到一组服务器上 来保证服务的可靠 BIG HA 和 BIG HA 是双 BIG ip 控制器 它们具有额外的容错能力 能够在 1 秒钟内完成 fail over 通过将用户请求分步到一组服务器上 来保证服务的可靠 BIG HA 和 BIG HA 是双 BIG ip 控制器 它们具有额外的容错能力 能够在 1 秒钟内完成 fail over BIG ip s ECV Extended Content Verification 是一种检测应用 程序是否正确响应的方法 它以一定时间间隔向应用发请求 并等 待应用程序的应答 ECV 检查 分析这些应答 发现问题时 将用 户重定向到能提供正常服务的应用上 BIG ip s EAV Extended Application Verification 是较复杂的 ECV 允许你定义自己的测试 电子商务便是一个很好的例子 BIG ip 可以模拟用户的各种操作 如 进入网站 选择商品 放入 购物车 输入信用卡号等 如果任何一个环节发生问题 BIG ip 都 不会再发送信息 直到故障排除 BIG ip 支持验证负载均衡 LDAP Radius and NDS EAV 保证服 务器向用户提供信息的可靠性 EAV 还可以保证 SAA SAN 等可靠工作 如果某个网关出现故障 EAV 将它置为修正状态 并将服务转向可用网关 此外 也可以用 于大型分布式 email 系统 交互式服务系统等 第三节第三节 负载平衡网页内容与数据库负载平衡网页内容与数据库 BIG IP 系统扩充及保障 后端应用产生的 静态和动态内容 例如 积极的询问个体服务器有关的应用程序数据库情况 所以当服务器及功能工 作正常时 回答 404 未被找到 时 BIG IP 会把需求调整到回答正确的应 用程序上 一旦失败的内容被挑战 BIG IP 将检测那个回答正确的服务器 并开始传递需求给他 这意味着你的用户将不再收到因过载服务 软件失败 坏掉或丢失的内容造成的错误信息 另外 通过 BIG IP 的独有的 EAV 特征 你将可以得到更广泛的功能 你将得 到在服务 应用程序 及内容可靠上的批评性的回馈 并超越一般的标准检 查 第四节第四节 BIG IP 怎么平衡服务器群的流量怎么平衡服务器群的流量 静态模式静态模式 Round Robin 动态 将联结向它管理的结点平均 分配 Ratio 比率 为每个设置一个权 每个结点得到的服务与权重成 一定的比例 Priority 优先权 将结点分组 为每组定义优先级 高优先级组内 的各节点间以 round robin 方式进行负载均衡 如果这一组节点全部出 现故障 BIG ip 选用优先级较低的组 动态模式动态模式 Least Connections 最少连接 将联接分配给目前联接数最少的节点 Fastest 最快模式 将联接分配给目前响应速度最快的节点 Observed 观察模式 是以上两种模式的组合 均衡考虑目前 联接数和响 应速度 Predictive 预测模式 BIG ip 控制器对各节点的性能进行预 测 将联接分配给可能提供最佳服务的节点 BIG IPBIG IP 的上述负载平衡方法能够综合起来使用吗 如是 那些方法是可调的上述负载平衡方法能够综合起来使用吗 如是 那些方法是可调 整的 整的 所有的以上负载平衡方法都可以由用户自己设定 都可以单个使用或混 合使用 所有的方法都是可调整的 用户可随时根据具体情况调整负载 平衡的方法 近来 人们一直在谈论负载平衡 近来 人们一直在谈论负载平衡 BIG ipBIG ip 与那些能提供负载均衡的交换机与那些能提供负载均衡的交换机 有什么不同 有什么不同 BIG IPBIG IP 控制器是 F5 公司专门为专业信息服务商设计的最具扩展性 强 力的 高效的 高性价比 简化客户 WEB 站点并使其提供 7 24 服务性 的负载平衡产品 BIG IP 唯一的支持复杂的服务器环境而无须考虑服务器平台类型或组 成的负载平衡 应用 BIG IP 是个自集成产品 无须在其它服务器或设备安装代理软 件 更重要的是 BIG IP 的 ECV Expanded Content Verification 确保了服务器群能够一直向用户分发正确的内容 F5 网络不仅只是负载平衡 F5 产品和服务为因特网站点提供了一定范 围的因特网流量管理解决方案 F5 的产品包括 BIG IP 与 3DNS 为本地和 广域范围内提供了高效率和智能化的负载平衡 Global SITE 可提供全 球内应用系统 内容的复制和同步 See IT 控制台提供网络工作情况管 理和网络分析能力 我们通常认为交换机能提供更快的负载均衡服务 实际上 工作在 low level load balancing 状态下 BIG ip 控制器可以提供和交换机相同 的性能 如果工作在高效状态下 它的效率可以达到交换机的 3 5 倍 而且 BIG ip 更容易升级和扩展 第七层应用指的是什么 对我们很重要吗 第七层应用指的是什么 对我们很重要吗 简单地说 第七层应用是提供可靠服务的基础 能够高效确保顾客的关 键业务 成功生意的顺利进行和管理的高效性 第七层就是 osi 模型中的应用层 BIG ip 通过 ECV EAV 保证向用户提供 可靠的服务和更高的系统应用 管理能力 第五节第五节 3DNS 的主要功能的主要功能 3DNS 的主要功能 高性能的广域管理 及时清除所有的单点故障 无缝整合基于业界标准的 DNS 综合负载平衡算法 Round Robin Ratio Least Connections Random User defined Quality of Service Round Trip Time Completion Rate BIG ip Packet Rate Global Availability Topology 可以与 BIG ip 合用或单独使用 检测服务器的站点确保服务器正确回答 自动重定向客户的请求和标识不正常的站点 透明地整加或减少站点 支持无限的分布点 冗余的控制和清除故障点 主副双 DNS 的工作 对所有的 IP 服务都是透明分布 使用 F5 的 iQuery 协议 第六节第六节 BIG IP 与与 3DNS 网络位置及实现负载平衡的算法网络位置及实现负载平衡的算法 一 BIG IP 在网络中的位置 BIG IP 在网络中的位置和实现对二 三 四 七层监控 Big IP 控制器一般安装在路由器和交换机之间 可以只安装一个 也可以 安装 2 个提供进一步冗余 负责在多个冗余服务器之间分发 Internet 用户请求 它可以预防 Web 站存在的下列常见问题 服务器故障 一旦任何一个服务器发生故障 Big IP 自动转送通信量 当该 服务器恢复正常时 它自动把该服务器纳入服务器群集 软件故障 如果服务器运行的服务停止 Big IP 自动检测故障 并把对失败 服务的请求转送到另一个正在运行相同服务的服务器 内容故障 Big IP 还要在应用级查询服务器 因此如故一个应用不能传送合 适的内容 Big IP 就把请求重定向到另一个正在正常运行的应用 通信量拥塞 Big IP 允许管理员设置响应时间域值 如果服务器 服务或者 应用在规定时间内不响应请求 它把请求重定向到其他服务器 服务或者应用 直到响应时间恢复正常 二 BIG IP 实现负载平衡的算法 Big IP 提供几种静态或者动态负载平衡选择 在静态负载平衡模式里 Big IP 支持循环模式 请求依此分发给下一个服务器 比例模式 按一定比例 给每个服务器转送一定的请求 以及优先模式 给几组服务器指定优先级 Big IP 按循环方式把请求发个优先级最高的一组服务器里的所有服务器 在动态负载平衡模式里 Big IP 支持最小连接模式 最快模式 观察模式 把请求转送到连接最少而响应时间最快的服务器 以及预测摸 Big IP 把请 求转送到性能最好的服务器 三 BIG IP 安全性和管理性的施行 Big IP 还有一些值得一提的管理功能 包括 Network Map 功能 它显示属 性设置 以及系统管理的所有服务和节点的视图 它还有 Security Audit 功能 显示试图连接虚拟服务器的前十个非法连接的 IP 地址 Big IP 支持所有协议 透明支持防火墙 路由器 高速缓存服务器 代理服务器和 VPN 服务器等设备 四 3DNS 在网络中的位置和实现广域负载平衡的算法 3DNS 位于 Big IP 之上 当两个 Web site 中之一发生故障或通信发生拥 塞时 它把请求重定向到响应正常的站 和 Big IP 一样 3DNS 系统支持循环 比例和最少连接模式 此外它支持随机 QoS Quality of Service 和自定义 QoS 动态负载平衡 在随机模式里 3DNS 在一组可用站之间随意分发请求 在自定义 QoS 模式里 把请求依次发送到往返时间 命中率和信息包速率最高的站 在往返 时间模式里 3DNS 根据从 Big IP 系统到端点用户的本地 DNS 之间的往返时 间 把请求发送到往返时间最小的站 在命中率模式里 把请求发送到信息包 丢失最少或者超时信息包最少的站 在信息包速率模式里 把请求发送到当前 处理负荷最小的站 第三章第三章系统改造构想系统改造构想 1 原 Web Server 拓扑结构图 2 改进后的 Web Server 拓扑图 3 F5 解决方案案例 Ebay COM 电信网科委网 Web serverWeb serverWeb server Hub route 科委网电信网 routeROUTEROUTE WEB SERVER WEB SERVERWEB SERVERWEB SERVER WEB SERVER WEB SERVERWEB SERVERWEB SERVER WEB SERVER BIG IP BIG IP 3DNS BIG IP 北京 南海 省科 委 3DNS3DNS3DNS SolutionSolutionSolution iQuery DNS Resolution Redirected IP Traffic Legend Tokyo ISP Network Amsterdam ebay MasterSlaveBIG ip 2 Tokyo ebay Domain Server Client Local DNS iQuery iQ ue ry 1 24 3 7 8 5 6 9 10 MasterSlaveBIG ip 2 iQuery 3DNS San Francisco ebay MasterSlaveBIG i