基于路由器的负载平衡技术在校园网中的应用

1、基于路由器的负载平衡技术在校园网中的应用摘要：对负载平衡的概念和常用方法进行分析，并利用凯创（Cabletron）路由器SSR（SmartSwitch Router）在校园网中实现了各种应用服务器的负载平衡。关键词：SSR;负载平衡;轮询;VIP;集群 Application of Loading Balanced Technology in Campus Network Based on Router CHU Jiuliang(Modern Educational Technical Center,Taizhou Polytechnic Institute,Taizhou,225300, C

2、hina)Abstract：This paper analysis the concepts and method usuallyof the loading balance, and with loading balance polices of the Cabletron router SSR(Smart Switch Router), realizes various application servers in campus network Keywords：SSR；loading balance；roundrobin；VIP(virtual IP)；cluster随着 target=

3、_blank class=infotextkey教育事业的不断发展，教学模式和教学理念也在不断地创新，现代 target=_blank class=infotextkey教育技术因为有了InternetIntranet而得到不断地普及和提高；同时也随着中国 target=_blank class=infotextkey教育和科研计算机网络（简称CERNET）的不断发展和壮大，全国各类学校分别组建自己的校园网,并加入到CERNET。基于校园网上的各类应用服务应运而生，如：WWW，DNS，FTP，EMAIL，PROXY，办公系统、教务 target=_blank class=infotextkey

4、管理系统等。随着网络应用的不断推广应用,WWW，FTP，PROXY等服务器的用户访问量也将不断提高，用户对网络响应速度要求越来越高，原来投资的服务器等计算机设备已经不能适应网络发展的要求，逐步成为网络通信的瓶颈，迫切需要进行升级或重新投资。而对 target=_blank class=infotextkey教育行业来说，资金短缺常使单位领导感到尴尬。能否在不增加投资的基础上，改善网络服务性能呢?为此可采用多台服务器组成服务器集群来解决这一问题。在多台服务器上利用负载平衡技术来协调各服务器上实际运行的负载，在充分考虑到服务器集群中每个成员的实际承载能力的基础上，通过相关的调度算法来实现保障网络服

5、务质量、提高响应速度、降低运行成本，保护用户单位原有投入。1负载平衡的概念1负载平衡（Loading Balance）是一种策略，能够将复杂计算或繁重的IO任务在多台服务器或多条链路之间实现平衡分布。这一技术是建立在现有网络结构之上，能提供一种廉价有效的、透明的方法扩展网络设备和服务器的带宽、增加吞吐量、加强网络数据处理能力、提高响应速度、从而以较低成本消除网络瓶颈，提高网络的灵活性和可用性。 负载平衡可分为以下几类：1.1本地负载平衡和异地负载平衡负载平衡按服务器所在位置分为本地负载平衡和异地负载平衡。本地负载平衡是指服务器群在同一地方，能解决本地关键InternetIntranet应用服务

6、器上的网络访问量大和网络负载过载等问题；异地负载平衡是指服务器存放在不同的地理位置、在不同网络结构的服务器群间作负载均衡。1.2静态负载平衡和动态负载平衡负载平衡按照对任务的分配形式（负载的调度算法）分为静态负载平衡和动态负载平衡。在网络环境下，当负载平衡器(或均衡器负责任务分配的装置)收到客户的请求后，根据某一调度算法，将任务尽可能地分配到服务器群集中的各个服务器上，使各个服务器的客户请求数保持相对均衡，这就是静态负载平衡。其只能实现任务在服务器群集中静态分配，而不能考虑到任务繁简程度以及服务器的各自承载能力。动态负载平衡是指服务器群集中成员服务器执行负载后出现过载（或达到饱和）时，根据相应

7、的调度算法，动态地将负载较重的服务器上的任务向服务器集群中的其他负载较轻的成员服务器上迁移，使服务器集群中成员服务器上的负载尽可能达到均匀。这一技术能实现任务迁移(或负载动态地分配)，能考虑到成员服务器的实际承载能力，在此间实现动态分配。1.3软件负载平衡和硬件负载平衡软件负载均衡是指在一台或多台服务器相应的操作系统上安装能实现负载均衡功能的软件，如DNS Load Balance，Windows 2000 Applications Center Beta 2等，网管人员可以利用该软件进行服务器端的配置和通信 target=_blank class=infotextkey管理，他的优点是服务器

8、端配置简单、使用灵活、成本低廉，可满足架构中小企业级电子商务网站的负载平衡需求。硬件负载平衡是指基于负载分配器的一种负载分配策略，负载分配器（也称为负载均衡器）一般使用专用服务器、路由器等设备承担，所以这类设备的性能直接影响整个系统的服务质量。负载均衡器一般设在Intranet和Internet之间，具有较好的均衡策略、较高的效率和性价比。2负载平衡常用的方法2.1基于DNS的负载平衡技术这是一种常用的、也是最容易实现的方法。一般分为2种：DNS直接轮询法和改进的DNS轮询法。(1)DNS直接轮询法2在用TLS 6.0（Turbo Linux Server 6.0）中配置服务器时，将多个IP地

9、址对应一个域名（WWW），可在多个IP服务器上实现Web请求的负载平衡。这种方式适用服务器配置相同，且不考虑每个服务器的连接状态和每个服务器的响应时间，更不考虑服务器是否在线，所以他是一种静态负载平衡的方式，只是任务（负载）的简单分配，而不是负载平衡的最后结果。(2)改进的DNS轮询法3，4在DNS轮询法的基础上增加了Ping服务器是否在线并可根据服务器的性能实现加权轮询，此种均衡算法能确保高性能的服务器得到更高的使用率，避免低性能的服务器负载过重。这一技术比DNS直接轮询法具有很多出色的优点。2.2基于软件的负载平衡技术5网络负载平衡服务在Windows 2000 高级服务器和Windows

10、 2000数据中心服务器操作系统中均可得到。如采用Application Center Beta 2组件实现负载平衡。网络负载均衡提高了使用在诸如Web服务器、FTP服务器和其他关键任务服务器上的Internet服务器程序的可用性和可伸缩性。运行Windows 2000的单一计算机只能提供有限级别的服务器可靠性和可伸缩性。但是，通过将2台或多台运行Windows 2000 高级服务器的主机连成群集，网络负载平衡就能够提供关键任务服务器所需的可靠性和性能。 2.3基于硬件的负载平衡技术基于硬件负载平衡技术，实际上是基于某台负载均衡器，负载均衡器是一台专用设备，有自己的操作系统和通信处理软件、且具

11、有高数据处理能力和数据存贮能力的服务器或路由器产品。由负载均衡器根据某一策略实现负载在服务器群集中成员服务器间的平衡。用户应选择性价比较高的产品，否则会成为新的网络瓶颈。本文以SSR8000路由器为负载均衡器来介绍在校园网中的各种应用。3SSR路由器实现负载平衡的策略6SSR具有很强的网络通信等高级 target=_blank class=infotextkey管理功能,例如基于策略的IP转发、路由策略、NAT网络地址转换、安全性 target=_blank class=infotextkey管理、QoS，OSPF，RIP、多播路由等复杂技术。SSR路由器在命令行接口CLI（Command L

12、ine Interface）状态下还提供了很多有关负载平衡(Loading Balance)方面的命令，这些命令支持在多个服务器间(集群内)实现网络通信量负载平衡。他提供下列负载平衡组策略：3.1Round Robin（轮询策略）服务器群集中的每位成员服务器能被顺序地选择（又称为轮询），且不需要考虑每一个服务器上实际负载情况，这是缺省的策略。3.2WeightedRoundRobin(加权轮询)这个策略是轮询策略的一个特例。在这一策略下，SSR路由器仍然能轮询地选择服务器，但在轮询期间，每一个服务器能根据他们分配的权值承担一定数量的会话连接。例如如果Server1分配的权值为1 000，而Se

13、rver2分配的权值为10，则在轮询期间，如果轮到Server1则给他分配1 000个会话连接；如果轮到Server2则分配10个会话连接。如果指定这种策略，就可通过负载平衡相关命令给服务器集群（组）中的每一个成员分配不同的权值。命令格式如下：load-balance add host-to-groupload-balance add host-to-vipgroup3.3LeastLoaded(最低负载)当指定这种策略时，要求根据服务器所服务的新会话给他分配最低数量的会话连接。4SSR负载平衡技术在校园网中的应用7在WWW服务中的应用(1)构造具有一个虚拟组和多个目的服务器的Web服务器。例

14、如构造一个Web站点的URL为。设计如图所示。客户端通过虚拟IP地址0向提出Web请求，SSR将指派3个独立服务器之一转发WEB请求。请求转发过程中IP地址及端口变化如表1所示。 在SSR8000上创建负载平衡的配置命令如下：创建一个虚拟组(2)构造具有多个虚拟组和多个目的服务器的eb服务器例如1个站点有3台不同的服务器分别提供不同的服务，其中域名为，网络设计如图2所示。请求转发过程中IP地址及端口变化如表2所示。SSR路由器上的配置方法如下： 虚拟IP地址范围组一个 target=_blank class=infotextkey教育单位往往有多个域名，可提供不同的服务，

15、因此可以为用户提供大量的VIPs。特别对ISPs(因特网服务提供商)来说非常有用,ISPs可以在多台高级服务器上运行多个Web应用服务(每台服务器上开放的服务相同),这样就可应用SSR的负载平衡技术解决这一问题，命令如下：会话和网络掩码支持SSR路由器还支持会话和网络掩码技术。指定不同的用户群访问需求，在多台服务器上实现负载平衡功能。如表3所示的2个不同的访问群体，同时访问网站的负载平衡解决方法：4.2在代理服务器和其他应用服务器上的应用代理服务器的主要功能是代理客户端向目标服务器转发HTTP请求，将目标服务器回送的结果通过Cache缓存存贮起来，再把结果转发到客户端，这样当有用户再次访问相同

16、网站时，客户端的HTTP请求直接由代理服务器响应，而不需要再将请求转发到远程的目标服务器上，这样就可以提高用户访问速度。因此校园网中常采用代理服务器来提高网络访问速度，节约网络带宽，代理服务器的处理能力和响应速度就显得十分重要。随着校园网用户接入数在不断地上涨，访问的网站也日益增加，代理服务器最后还会成为新网络访问的瓶颈，为此引入负载平衡机制很好地解决了这一问题，采取多台代理服务器并行的方法，实现用户端透明访问，提高了用户访问速度，降低了网络运行的故障率。随着现代 target=_blank class=infotextkey教育技术的普及和提高，新类应用服务项目（课件资源、音视频服务、网络教

17、学等）会逐年增多，对这类基于InternetIntranet应用服务及时地引入负载平衡机制，能保障整个系统能够稳定运行，提高网络的利用率，达到为师生的教学、科研、学术交流提供一个完美的网络服务平台。5负载平衡应用效果随着 target=_blank class=infotextkey教育事业的不断发展，校园网的作用越来越明显，校园网的建设就越显的重要。基于校园网的各种InternetIntranet应用服务日益增多，整个校园网中信息流入流出量不断地上涨，用户网络访问量也在不断增加，这给原有的网络正常运行带来严重通信瓶颈，在 target=_blank class=infotextkey教育经费紧张的情况下，引入负载平衡和冗余机制，采用多台服务器和多条链路优化了校园网的网络访问量，基本上实现信息流向的多渠道运转模式，从而平衡了各类关键服务器上的负载，使原有系统还能在校园网中继续发挥应有的作用。不仅没有增加硬件设备投入，还减轻了原有各类应用服务器上的负载，使其能正常运行，而且还提高了网络响应速度，降低了系统的总体运行成本。参考文献1http:shzineasenetnetjishujunhenshang1.htmlEBOL2钟子昌.Linux 高级配置详解M.北京：科学出版社，2002.3戴刚，罗宇.基于的负载平衡技术的设计与实现J.计算机工程，2002,2