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Web服务器负载平衡的解决方案

２４
2020年5月29日
文档仅供参考

南海市信息网Web服务器负载平衡的

解决方案

新加坡电脑系统集团公司

目 录

第一章 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 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 系统改造构想 13
第四章 系统设备及报价 15

第一章 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但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经过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 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/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7χ24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 控制器便能够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将不但仅是增加你的网络设备的可伸缩性、高可用性,而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,能够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。

3DNS:
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,无论她们在那里。3DNS给ISP提供了一个全球性的优秀网站和服务。

第二节 F5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,能够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7χ24服务。(示意图如下:)

F5 Network 's total solution

第二章 负载平衡系统说明
第一节 产品及需求分析
l 我们是一个小公司,但我们的WEB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?
F5产品的许多客户情况类似这样。她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,你都能够轻松地更新升级你的INTERNET结构。每个BIG/IP产品都是可升级的,能够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。

l 我们有WIN NT 和SUN SOLARIS 的WEB 服务器,BIG/IP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。

l BIG/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,支持那些OS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。

l BIG/IP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,就能够把一个现存的网段分开成两个不同的网段。

l BIG/IP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。

l BIG/IP支持那些接口?
BIG/IP支持10/100M以太网卡,千兆网卡,FDDI网卡。

l BIG/IP产品能支持的最大IP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。

l BIG/IP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。

l BIG/IP能够用于平衡象防火墙或CACHES(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。

l BIG/IP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将能够维持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。

l BIG/IP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。

l BIG/ip 控制器能够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 产品性能分析
l BIG/IP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:
² 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。
² 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。
² 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。
² 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能够由用户自己设定。

l BIG/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现的?
高效就是保证用户能够可行地使用你的服务器、应用程序及网络设备。
负载平衡指的是经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:
经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.
· 经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能够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还能够保证(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。另外,也能够用于大型分布式email 系统,交互式服务系统等。
第三节 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,因此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,并开始传递需求给她。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,经过BIG/IP的独有的EAV特征,你将能够得到更广泛的功能。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 BIG/IP怎么平衡服务器群的流量
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
· Least Connections: 最少连接。将联接分配给当前联接数最少的节点。
· Fastest: 最快模式。将联接分配给当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,均衡考虑当前联接数和响 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。

l BIG/IP的上述负载平衡方法能够综合起来使用吗?如是,那些方法是可调整的?
所有的以上负载平衡方法都能够由用户自己设定,都能够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。

l 近来,人们一直在谈论负载平衡,BIG/ip与那些能提供负载均衡的交换机有什么不同?
BIG/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7χ24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网络不但只是负载平衡。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。
我们一般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控制器能够提供和交换机相同的性能,如果工作在高效状态下,它的效率能够达到交换机的3－5倍。而且,BIG/ip更容易升级和扩展。

l 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经过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 3DNS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
能够与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 BIG/IP与3DNS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(能够只安装一个,也能够安装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。它能够预防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它服务器,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。另外它支持随机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 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)

3DNS Solution
Tokyo
ISP Network

Amsterdam
ebay
Master
Slave
BIG/ip
2
Tokyo ebay

Domain Server
Client
Local DNS
iQuery
iQuery
1
2
4
3
7
8
5
6
9
10
Master
Slave
BIG/ip
2
iQuery

3DNS
San Francisco
ebay
Master
Slave
BIG/ip
2
”What is the IP Address
of .com?”

3DNS

第四章 系统设备及报价

QUOTATION

Date:
1999-Nov-24

Attn:
Mr.Gou Shiyin

Our Ref:
QG9111001

Your Ref:

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30 days

To:
Nanhai IT Center

China list Price
TOTAL PRICE
ITEM
Model No.

Description

QTY
USD
DISC
USD

1
BIG-LB

BIG/ip LB, Load Balancing Controller
3
17,235.00
30%
36,193.00

Load balancing controller, field

upgradeable to BIG/ip HA & HA+

controllers.128MB RAM(upgradeable

1GB)

Includes: Browser-based configuration,

license for unlimited servers,and

built in scalability. [Throughput up to 45MB]

3DNS

3DNS Controller

Wide area, high availability controller.
1
41,235.00
30%
28,864.00

128MB RAM (upgradeable to 1GB)

Includes: unlimited license for BIG/ip

controllers and internet servers per location

Total Equipment FOB USA

65,057.00

Freight and insurance

1,951.00

Installation and maintenance (7x12 service for first year)

2,277.00

Total equipment CIFHK

69,285.00

CIF Nanhai in RMB

782,920.00

交货及付款方式:

1、交货方式:收到定货确认单后6周内。

2、付款方式:订货确认后支付30% 预付定金, 交货时支付60%.安装调试后10% (开具100% 即期L/C)

3、7X12小时售后服务,一年设备保养。

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