F5服务器负载均衡方案_图文

1、 F5服务器负载均衡建议方案 2 目录 1 部署方式 . 3 1.1 方式一、单臂旁路接入 . 3 1.2 方式二、双臂串接 . 4 1.3 部署说明 . 4 2 原理流程图 . 5 3 负载均衡必要性 . 5 4 相关技术 . 6 4.1 服务器负载均衡算法 . 6 4.2 服务器健康检查方法 . 7 4.3 会话保持技术 . 10 4.4 LTM 相关加速技术 . 10 4.4.1 One Connect降低服务器 TCP 连接数量 . 10 4.4.2 HTTP 页面压缩 . 11 4.4.3 RAM Cache . 12 4.4.4 HTTPS Offload . 13 4.5 设备自

2、身冗余机制 . 14 5 性能参数 . 15F5服务器负载均衡建议方案 3 1 部署方式1.1 方式一、单臂旁路接入 F5服务器负载均衡建议方案 4 1.2 方式二、双臂串接 1.3 部署说明 F5支持单臂旁路接入和双臂串行等接入方式。因为 F5端口个数有限, 建议采用单臂旁路模式,即 F5旁挂在交换机上,通过交换机完成与服务器 和客户端之间的通讯。 F5服务器负载均衡建议方案 5 2 原理流程图 BIGIP LTM对外提供一个虚拟的应用服务器,接收所有的客户端请求 BIGIP LTM通过负载均衡算法处理,将客户端请求转发到后台的多个应用 实例 BIGIP LTM内置可编程控制接口,可以对流量

3、进行编程控制处理 BIGIP LTM通过应用健康检查,准确的判断应用程序的工作和服务状态, 一旦发现应用不能提供服务,则将其从负载均衡组中摘除 3 负载均衡必要性 随着互联网的发展, web 服务的数据量越来越大,同时对应用的高可用 性提出了更高的要求, 服务器主备冗余模式已经不能满足当前需求, 作为应用交付行业内最为成熟的方案提供商, F5的负载均衡技术可以实现以下目 标: F5服务器负载均衡建议方案 6 实现应用系统 99.999%的不间断访问 优化应用结构 节省服务器资源 加速访问,提高用户体验 实现应用系统良好的扩展性 4 相关技术 4.1 服务器负载均衡算法 BIG-IP 是一台对流

4、量和内容进行管理分配的设备。 它提供 10种灵活的算 法将数据流有效地转发到它所连接的服务器群。 而面对用户, 只是一台虚拟 服务器。 用户此时只须记住一台服务器, 即虚拟服务器。 但他们的数据流却 被 BIG-IP 灵活地均衡到所有的服务器。 这 10种算法包括: 轮询 (Round Robin :顺序循环将请求一次顺序循环地连接每个服务器。 当其中某个服务器发生第二到第 7层的故障, BIG-IP 就把其从顺序循环队列 中拿出,不参加下一次的轮询,直到其恢复正常。 比率(Ratio :给每个服务器分配一个加权值为比例,根椐这个比例, 把用户的请求分配到每个服务器。 当其中某个服务器发生第二

5、到第 7层的故 障, BIG-IP 就把其从服务器队列中拿出,不参加下一次的用户请求的分配, 直到其恢复正常。 优先权(Priority :给所有服务器分组,给每个组定义优先权, BIG-IP 用户的请求, 分配给优先级最高的服务器组 (在同一组内, 采用轮询或比率 算法,分配用户的请求;当最高优先级中所有服务器出现故障, BIG-IP 才 将请求送给次优先级的服务器组。 这种方式, 实际为用户提供一种热备份的方式。F5服务器负载均衡建议方案 7 最少的连接方式(Least Connection:传递新的连接给那些进行最少连 接处理的服务器。当其中某个服务器发生第二到第 7层的故障, BIG-

6、IP 就把 其从服务器队列中拿出, 不参加下一次的用户请求的分配, 直到其恢复正常。 最快模式(Fastest :传递连接给那些响应最快的服务器。当其中某个 服务器发生第二到第 7层的故障, BIG-IP 就把其从服务器队列中拿出,不参 加下一次的用户请求的分配,直到其恢复正常。 观察模式(Observed :连接数目和响应时间以这两项的最佳平衡为依 据为新的请求选择服务器。当其中某个服务器发生第二到第 7层的故障, BIG-IP 就把其从服务器队列中拿出,不参加下一次的用户请求的分配,直到 其恢复正常。 预测模式(Predictive :BIG-IP 利用收集到的服务器当前的性能指标, 进行

7、预测分析, 选择一台服务器在下一个时间片内, 其性能将达到最佳的服 务器相应用户的请求。 (被 BIG-IP 进行检测 动态性能分配(Dynamic Ratio-APM:BIG-IP收集到的应用程序和应用服 务器的各项性能参数,动态调整流量分配。 动态服务器补充(Dynamic Server Act.:当主服务器群中因故障导致数量 减少时,动态地将备份服务器补充至主服务器群。 规则模式:针对不同的数据流设置导向规则,用户可自行编辑流量分配 规则, BIG-IP 利用这些规则对通过的数据流实施导向控制。 4.2 服务器健康检查方法 BIG-IP 除了能够进行不同 OSI 层面的健康检查之外,还具

8、有扩展内容验 证和扩展应用查证两种健康检查方法。 基本的健康检查方法有以下几种:F5服务器负载均衡建议方案 8 在 Layer 2 健康检查涉及到用来对给定的 IP 地址寻找 MAC 地址的地址分 辨协议 (ARP 请求。因为 BIG-IP 设置了真实服务器的 IP 地址,它会发送针对 每一个真实服务器的 IP 地址的 ARP 请求以找到相应的 MAC 地址,服务器会响 应这个 ARP 请求,除非它已经停机。 在 Layer 3 健康检查涉及到对真实服务器发送 ”ping” 命令。 “ping” 是常用 的程序来确认一个 IP 地址是否在网络中存在, 或者用来确认主机是否正常工 作。 在 La

9、yer 4, BIG-IP 会试图联接到一个特定应用在运行的 TCP 或 UDP 端口。 举例来说,如果 VIP 是被绑定在端口 80做 Web 应用的话, BIG-IP 试图建立一个 联接到真实服务器的 80端口。 BIG-IP 发送一个 TCP SYN 请求包到每个真实服 务器的 80端口,并检查回应的 TCP SYN ACK数据包是否收到,如果哪一个没 有收到, BIG-IP 就确认那台服务器不能正常提供服务, BIG-IP 单独针对服务器 的每个应用端口做健康检查并单独做关于其服务器的诊断结果是非常重要 的。这样一来真实服务器的 80服务可能停机,但是端口 21可能正常工作, BIG-

10、IP 可以继续利用这个服务器的 21端口提供 FTP 服务, 同时确认这个服务器 的 Web 应用已经停机,这样一来就提供了一个高效率的负载均衡解决方案, 细分健康检查的做法有效地提高了服务器的处理能力。 扩展内容查证 (ECV:Extended Content Verification: ECV 是一种非常复杂的服务检查,主要用于确认应用程序能否对请求返 回对应的数据。 如果一个应用对该服务检查做出响应并返回对应的数据, 则 BIG-IP 控制器将该服务器标识为工作良好。 如果服务器不能返回相应的数据, 则将该服务器标识为宕机。宕机一旦修复, BIG-IP 就会自动查证应用已能对 客户请求做

11、出正确响应并恢复向该服务器传送。 该功能使 BIG-IP 可以将保护 延伸到后端应用如 Web 内容及数据库。 BIG-IP 的 ECV 功能允许您向 Web 服 务器、防火墙、缓存服务器、代理服务器和其它透明设备发送查询,然后检查返回的响应。这将有助于确认您为客户提供的内容正是其所需要的。F5服务器负载均衡建议方案 9 用户可以定义发送和接收的字串,发送字串是指发送到一个服务器的请 求命令,例如:“GET /” 字串发送到一个 HTTP 服务器。 服务器回应得字串必须与接收到的字串相匹配,例如 “” 。 ECV 可 以工作在正常和透明节点模式。 扩展应用查证 (EAV: Extended A

12、pplication Verification: EAV 是另一种服务检查,用于确认运行在某个服务器上的应用能否对客 户请求做出响应。为完成这种检查, BIG-IP 控制器使用一个被称作外部服务 检查者的客户程序, 该程序为 BIG-IP 提供完全客户化的服务检查功能, 但它 位于 BIG-IP 控制器的外部。 例如, 该外部服务检查者可以查证一个从后台数 据库中取出数据的应用能否正常工作。 EAV 是 BIG-IP 提供的非常独特的功能, 它提供管理者将 BIG-IP 客户化后访问各种各样应用的能力, 该功能使 BIG-IP 在提供标准的可用性查证之外能获得服务器、 应用及内容可用性等最重要

13、的 反馈。 该功能对于提高系统可靠性至关重要, 它用于从客户的角度测试您的 站点。 例如, 您可以模拟客户完成交易所需的所有步骤-连接到前置服务器 或中间件服务器、从目录中选择项目以及验证交易使用的信用卡。一旦 BIG-IP 掌握了该“可用性”信息,即可利用负载平衡使资源达到最高的可用 性。 BIG-IP 已经为测试多种服务的健康情况和状态,预定义了扩展应用验证 (EAV,如:FTP 、 NNTP 、 SMTP 、 POP3和 MSSQL 等,用户还可依据实际应 用,自行编辑 EAV 脚本。 F5产品健康检查的频度和间隔是可以根据用户的 要求而设置 . 通过 F5灵活自定义方式的 ECV 健康

14、检查方式,用户可以检查常见的应 用如 HTTP 、 SMTP 、 POP3等。而通过 EAV 健康检查方式,更可自行编写脚 本, 实现更加复杂的健康检查方式, 全面的检测后台服务器的运行状态, 保 证系统运行的高效,可靠。F5服务器负载均衡建议方案 10 4.3 会话保持技术当使用 BIG-IP 对服务器进行负载均衡时,就需要会话保持。如果某位用 户连接到了一台服务器上, 那么我们肯定希望该用户在将来再次连接时将仍 可连接到该台服务器上。 当该服务器存有用户相关数据, 并且这些数据并不 与其它服务器动态共享时, 持续性就显得十分有必要了。 例如, 假设一位用 户在某网站采购了一“购物车”的商品

15、,然后还未结帐就离开了该网站。如 果在其重新登录网站后, BIG-IP 应用交换机将客户请求路由至不同的服务器, 那么新的服务器对该用户的数据和其所购买的商品将一无所知。 当然, 如果 所有服务器都在同一个后台数据库服务器中存储用户信息及其选购商品的 话, 那么一切就不成问题了。 但是如果网站不是这样设计的, 那么具体的购 物车数据就只能存储在特定的服务器上。这样, BIG-IP 应用交换机就必需选 择用户曾连接上的那台服务器,以无缝地处理用户请求。BIG-IP 提供以下几种会话保持方法:Simple Persistence, SSL Session ID Persistence , SIP

16、Persistence, Cookie Persistence, iMode Persistence,目的地 址归类。4.4 LTM 相关加速技术4.4.1 One Connect降低服务器 TCP 连接数量用户因连接和断开网络连接而产生的周期性网络请求会耗费掉企业宝 贵的 web 应用资源。即使每个连接开销很小,但合到一起,它们将影响到 总的应用负载, 对于电子商务站点和拥有大量用户的企业应用来说, 这一点 尤为明显。在 Apache Server的标准配置中,一台服务器的最高并发连接数 为 1024个,而 MicroSoft IIS可配置为 2048个。可见连接数对于服务器是一 个极大的限

17、制 , 在应用服务器上比如 Weblogic , WebSphere 上,连接数的增加将会给系统增加大量的开销。F5服务器负载均衡建议方案 11 连接优化将处理连接的责任移交给了 F5 WA。 网络流量在 WA 和源应用 之间的小型资源池和永久连接中进行多路传输。 WA 将成千上万个用户的连 接汇聚成为少数的服务器连接,最终可显著降低源应用的负载。 与其它的连接优化技术不同, F5 采用了动态连接池的方式,当每一个 用户请求发送到 WA 时,根据负载均衡策略, WA 将在请求将被发送到的 服务器端寻找空闲的连接, 如果有空闲连接, 则直接将请求通过该连接发送 到服务器,如果没有空闲连接,则新建

18、一个连接与服务器端通讯。这样,既 保证了在服务器端始终维持最小的连接数, 又避免了由于没有空闲连接而导 致的客户端请求排队的现象。 4.4.2 HTTP 页面压缩 应用和网络延迟问题进一步降低了 web 内容的传输速度。 Web Accelerator 专利技术- Express 压缩技术能够消除因压缩算法所带来的延 迟,为拨号和宽带用户带来额外的性能提升。事实上,借助 Express 压缩, 拨号用户的访问速率将比原来快 5 到 10 倍,同时带宽利用率和成本将降 低 70%-80%。 F5服务器负载均衡建议方案 12响应时间的加快, 带来了用户满意度和效率的提升, 从而使基于 web 的

19、应用得到更加广泛的应用。 单在更低带宽成本方面所节约的费用 (尤其在远 程销售办公机构或人员方面所节省的费用 , 就足以补偿在设备购置方面的 投资,甚至是后者的好几倍。使用工业标准的 GZIP 和 Deflate 压缩算法来压 缩 HTTP 流量; 降低带宽消耗、 缩短最终用户在慢速 / 低带宽连接条件下的 下载时间。 4.4.3 RAM Cache 在 BIGIP-LTM 上,可以通过配置内存 Cache 来提高系统响应速度,并减 小服务器端的压力。 F5服务器负载均衡建议方案 13 通过内存 Cache 机制, WA 可以把频繁访问的内容存放在内存中,当下 一次请求到达时, 直接从内存返回

20、用户请求的页面。 从而降低了服务器的请 求压力。 4.4.4 HTTPS Offload 在 SSL 处理过程中,所有的传输内容均采用加密算法处理。其中最重要 的两个部分为 SSL 握手时交换秘钥的非对称加密和数据传输时的对称加密。 当 SSL 的客户端压力超过 400TPS 时, 单台服务器就很难处理请求了。 因 此,必须采用 SSL 加速设备来进行处理。 F5其实现的结构如下: 所有的 SSL 流量均在 F5上终结, F5与服务器之间可采用 HTTP 或者弱加 密的 SSL 进行通讯。这样,就极大的减小了服务器端对 HTTPS 处理的压力, 可将服务器的处理能力释放出来,更加专注的处理业务

21、逻辑。 在 F5可处理单向 SSL 连接,双向 SSL 连接。并且可同时处理多种类型和 多个应用的 SSL 加解密处理。 F5服务器负载均衡建议方案 14 4.5 设备自身冗余机制 BIGIP 可以实现两种方式实现冗余连接,一是 Active-Backup 方式,另一 种是 Active-Active 方式。物理连接方式如下图所示: F5 Networks公司 BIGIP 产品是业界唯一实现双机冗余毫秒级切换的产品, 而且设计合理。所有会话通过 Active BIGIP同时,会话信息会通过同步数据 线同步到 Backup BIGIP, 保证 Active 与 Backup 设备会话信息同步。 且每台设 备中的 watchdog 芯片通过心跳线检监测对方设备电平, 当 Active BIGIP故障 时, watchdog 会首先发现,并且通知 Backup BIGIP接管 shared ip,VIP等,完 成冗余