多链路负载均衡实现原理

◎hiwuiih多链路负载均衡实现原理F5NetworksInc.OwenYu

2004-12-1目录TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"一、 F5多链路负载均衡产品 3\o"CurrentDocument"二、 BIGIP/Linkcontroller/BIGIPComboLC区别 4\o"CurrentDocument"三、 多链路负载均衡实现原理 8.\o"CurrentDocument"Outbound流量负载均衡实现原理 9\o"CurrentDocument"Inbound流量负载均衡实现原理 10\o"CurrentDocument"四、 F5技术特色 1.2^.lEiwoiinF5多链路负载均衡产品F5公司的应用交换机BIGIP(1000、400>5100)，链路控制器Linkcontroller(1000、2400)，以及BIGIP(1000、2400、5100)ComboLCModule(就是BIGIP应用交换机上加载Linkcontroller软件功能模块)，这三类产品可以实现单向或双向多链路负载均衡的功能，匹配不同的客户需求，应该根据具体情况确定适用的产品。需要指出的是，这三类产品都运行目前的PTF4.5.10或4.6.X软件版本。在F5新的V9产品体系架构中，目前不支持双向多链路负载均衡功能。F5多链路负载均衡产品体系架构：(New!RIGIP1500/3400^400/..目苜贰畫特欧囱內苗支捕单血恥規向芋範越BIGIP2400Linkcontroller2400(New!RIGIP1500/3400^400/..目苜贰畫特欧囱內苗支捕单血恥規向芋範越BIGIP2400Linkcontroller2400BIGIP2400ComboLCBIGIP1000Linkcantroller1000BIGIP1000ComboLC虑卄【wniih二、BIGIP/Linkcontroller/BIGIPComboLC 区别F5公司提供三种多链路负载均衡解决方案的产品：BIGIPLinkcontrollerBIGIPComboLCModule采用F5公司的BIGIP，可以实现由内向外的单向多链路负载均衡；Linkcontroller或者BIGIPComboLCmodule都可以实现双向的链路负载均衡,其中后者能够实现最为复杂的链路负载均衡需求，并包含BIGIP的所有功能,例如：SSLProxy，iRules，IPFilter等等。BIGIP特色：提供Outbound流量的多链路负载均衡（单向）对于Inbound流量，能够保证从哪条链路进来，从哪条链路返回支持自动检测和屏蔽故障多出口链路支持多种静态和动态算法智能均衡多个ISP链路的Outbound流量支持多链路动态冗余，流量比率和智能切换支持Layer2—7交换和流量管理控制功能灵活的iRules，可以保证客户对链路选择的复杂要求完全支持各种应用服务器负载均衡，防火墙负载均衡多层安全增强防护，抵挡黑客攻击免费附送100TPS的SSL加速功能业界领先的双机冗余切换机制对于用户完全透明对所有应用无缝支持业界优异的硬件平台和性能稳定，安全的设备运行记录^.inwoiin适用环境：多条不对等的链路，例如：在普教的校校通网络中，存在一条中国电信链路和一条教育网链路，对于Inbound流量来说，Internet用户只能从中国电信链路进来，校校通用户（教育网用户由于DNS导向）从教育网进来最优，这个时候，Inbound流量负载均衡失去存在的意义，没有配置的必要了。然而对于普教的教育城域网用户，两条链路都能访问Internet，因此需要Outbound流量负载均衡，考虑到访问教育网资源还是走教育网最优，需要配置iRules来做链路选择。综上所述，在此类环境下，选择BIGIP做Outbound单向链路负载均衡是最佳选择。Linkcontroller的特色：提供Outbound流量的多链路负载均衡提供Inbound流量的多链路负载均衡（双向）支持自动检测和屏蔽故障多出口链路支持多种静态和动态算法智能均衡多个ISP链路的流量支持特有的链路负载均衡算法（CompletionRate，GlobalAvailability，hops，kilobytes/second，leastconnections，PacketRate，QualityofService，Random，Ratio，RoundRobin，RoundTripTime，StaticPersist，VSCapacity）支持多链路动态冗余，流量比率和智能切换支持基于每条链路限制流量大小支持多种DNS解析和规划方式，适合各种用户网络环境支持服务器负载均衡，防火墙负载均衡业界领先的双机冗余切换机制对于用户完全透明对所有应用无缝支持业界优异的硬件平台和性能稳定，安全的设备运行记录⑥耐HIM适用环境：多条对等的链路，能出能进。适用于需要双向多链路负载均衡（不需复杂的链路选择一iRules），不需或需要简单BIGIP功能的用户环境。对于既做链路负载均衡，防火墙负载均衡以及服务器负载均衡的用户环境而言，链路负载均衡产品一般选择Linkcontroller，校园网用户例外。BIGIPComboLCModule 的特色：提供Outbound流量的多链路负载均衡提供Inbound流量的多链路负载均衡（双向）支持自动检测和屏蔽故障多出口链路支持多种静态和动态算法智能均衡多个ISP链路的流量支持特有的链路负载均衡算法（CompletionRate，GlobalAvailability，hops，kilobytes/second，leastconnections，PacketRate，QualityofService，Random，Ratio，RoundRobin，RoundTripTime，StaticPersist，VSCapacity）支持多链路动态冗余，流量比率和智能切换支持基于每条链路限制流量大小支持多种DNS解析和规划方式，适合各种用户网络环境支持Layer2—7交换和流量管理控制功能灵活的iRules，可以保证客户对链路选择的复杂要求完全支持各种应用服务器负载均衡，防火墙负载均衡多层安全增强防护，抵挡黑客攻击免费附送100TPS的SSL加速功能业界领先的双机冗余切换机制对于用户完全透明对所有应用无缝支持业界优异的硬件平台和性能稳定，安全的设备运行记录⑥耐HIM适用环境：多条对等的链路，能出能进。适用于需要双向多链路负载均衡，又需要复杂的链路选择（iRules），或者需要全部BIGIP功能（包含SSLProxy,iRules，IPFilter等）的用户环境。inions三、多链路负载均衡实现原理下图是一个典型的F5多出口链路负载均衡解决方案的应用案例。I.NEINORKSISPti«a1.1.1ISP1Vian100.1.1.2ISP2Vian200.1.1.2务链路负義均腐设备internalvl^itintArnnIriRlwnrkIJFxttl IXmiS id&fc»«T.20Semei3DGW:192.168.1.2I.NEINORKSISPti«a1.1.1ISP1Vian100.1.1.2ISP2Vian200.1.1.2务链路负義均腐设备internalvl^itintArnnIriRlwnrkIJFxttl IXmiS id&fc»«T.20Semei3DGW:192.168.1.2图中F5多链路负载均衡设备通过ISP1和ISP2接入Internet0每个ISP都分配给该网络一个IP地址网段，假设ISP1分配的地址段为100.1.1.0/24,ISP2分配的地址段为200.1.1.0/24（此处的200.1.1.0/24表示网络IP地址段为：200.1.1.0,子网掩码为24位，即255.255.255.0）。同样，Internet知道通过ISP1访问100.1.1.0/24，通过ISP2访问200.1.1.0/24。网络中的主机和服务器都属于私有网段192.168.1.0/24o多链路负载均衡设备解决方案就是在内部交换机和连接 ISP的路由器之间，跨接一台多链路负载均衡设备应用交换机， 所有的地址翻译和Internet链路优化⑥耐HIM全部由多链路负载均衡设备来完成。如果网络中有防火墙，可以选择由防火墙来做地址翻译。3.1Outbound 流量负载均衡实现原理F5多链路负载均衡设备主要采用以下几种技术来处理 Outbound流出流量。DefaultGatewayPool在DefaultGatewayPool中，定义相应的ISP对端路由器地址，作为负载均衡的对象，并且可以捆绑健康检查，负载均衡算法以及会话保持等属性。DefaultGatewayPool中的Nodes定义为多个F5多链路负载均衡设备的缺省路由。IRules对于复杂的链路选择需求，可以使用 F5独有的irules来定义。WildcartVirtualServerWildcartVirtualServer—0.0.0.0:0/internal，WildcartVirtualServer是指0.0.0.0这个特殊的虚拟服务器，一般用于捆绑DefaultGatewayPool。SNAT/SNATAutomap对于Outbound流量的地址翻译，F5多链路负载均衡设备使用了称为SNAT的方法。当选定一个路由器（某一个ISP）传送Outbound流量时，多链路负载均衡设备将选择该ISP提供的地址。在上图中，如果多链路负载均衡设备选择ISP1作为Outbound流量的路径，则它将把内部的主机地址 192.168.1.A翻译为100.1.1.A，并作为Outbound数据包的源地址。同样，如果多链路负载均衡^.mwoiin设备选择ISP2作为Outbound流量的路径，则它将把内部的主机地址192.168.1.A翻译为200.1.1.A，并作为Outbound数据包的源地址。当F5多链路负载均衡设备定义：将内部的主机地址翻译为VianSelf-IP时,即100.1.1.A=100.1.1.2,200.1.1.A=200.1.1.2时，称为SNATAutomap。Inbound流量负载均衡实现原理F5多链路负载均衡设备主要采用以下几种技术来处理 Inbound流入流量DNS解析器（WideIP）Inbound流量负载均衡的核心技术是DNS解析的问题。外部用户访问在DNS请求时，就通过F5多链路负载均衡设备获知了链路的健康状况和链路优先选择，这样多链路负载均衡设备必须承担部分 DNS的功能，以便返回给用户相应的访问IP地址。F5多链路负载均衡设备支持A记录和*记录解析。WideIP可以捆绑各种Inbound负载均衡算法：CompletionRate，GlobalAvailability，hops，kilobytes/second，leastconnections，PacketRate，QualityofService，Random，Ratio，RoundRobin，RoundTripTime，StaticPersist，VSCapacity。VirtualServer/NetworkVirtualServer/TransparentVirtualServer由于所有的F5多链路负载均衡设备可以兼做服务器负载均衡， 因此F5返回给用户DNS解析是VirtualServer；对于一些特殊的场合，需要配置一些特殊的VirtualServer，例如：NetworkVirtualServer以及TransparentVirtualServer。ForwardingPool有的情况下，既不需要地址翻译，有不需要服务器负载均衡，但是又需要pool的一些特性时（例如：AutoLasthop），必须配置ForwardingPool。^.inwoiinLasthoppool/AutoLasthopF5的Lasthop功能，称为基于连接的路由，用在F5处理数据包回应时，会根据上一跳路由设备的MAC地址，确定返回路径，以便正确返回给最初发起访问数据包的网络设备。NAT对于直接通过IP地址进行访问的 Inbound流量