入口鏈路負(fù)載均衡技術(shù)在Cisco設(shè)備中的應(yīng)用研究

王文軍，吳 菁

(貴州民族大學(xué) 信息工程學(xué)院，貴陽 550025)

0 引言

目前Internet飛速發(fā)展，不斷增加的用戶和多樣化的服務(wù)對網(wǎng)絡(luò)性能有了更高的要求。為了增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)整體的性能，一方面需要增加網(wǎng)絡(luò)的帶寬;另一方面，需要增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的處理能力。單純的更換高性能的服務(wù)器或增加鏈路帶寬，當(dāng)然可以達(dá)到這個目的。但是，前期的投資也就無法有效的利用，這就造成了極大的浪費(fèi)。鏈路負(fù)載均衡技術(shù)正是在這樣的需求下應(yīng)運(yùn)而生，它通過在現(xiàn)有的Internet中增加一層新的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu).將網(wǎng)站的內(nèi)容發(fā)布到最接近用戶的網(wǎng)絡(luò)“邊緣”，使用戶可以就近取得所需的內(nèi)容，解決 Internet網(wǎng)絡(luò)擁塞狀況，提高用戶訪問網(wǎng)站的響應(yīng)速度。

1 鏈路負(fù)載均衡技術(shù)

1.1 鏈路負(fù)載均衡定義

鏈路負(fù)載均衡是指網(wǎng)絡(luò)設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)流量時，選擇響應(yīng)速度快、符合帶寬要求的網(wǎng)絡(luò)鏈路提供服務(wù)。通過LLB(即鏈路負(fù)載均衡)技術(shù)，實現(xiàn)多鏈路接入向和出向負(fù)載均衡，使得用戶能夠從最快的鏈路訪問企業(yè)提供的應(yīng)用服務(wù)。

1.2 鏈路負(fù)載均衡類型

鏈路負(fù)載均衡技術(shù)主要分為入口鏈路負(fù)載均衡和出口鏈路負(fù)載均衡。入口鏈路的負(fù)載均衡技術(shù)通常將訪問企業(yè)流量的鏈路選擇與DNS域名解析相結(jié)合，用戶通過DNS域名訪問企業(yè)內(nèi)部資源時，根據(jù)用戶發(fā)起訪問的源IP地址的不同讓用戶通過不同的鏈路進(jìn)行接入訪問，即從電信發(fā)起訪問的用戶從電信鏈路訪問到企業(yè)內(nèi)網(wǎng)的服務(wù)器，從聯(lián)通發(fā)起訪問的用戶直接通過聯(lián)通專線鏈路訪問到企業(yè)內(nèi)網(wǎng)的服務(wù)器，指引訪問企業(yè)的外部流量選擇合適的健康的網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)鏈路，為用戶提供更好的訪問質(zhì)量。而出口鏈路的負(fù)載均衡技術(shù)通?？梢愿鶕?jù)不同企業(yè)用戶的不同訪問外網(wǎng)需求進(jìn)行擇優(yōu)選擇鏈路。

2 Cisco設(shè)備中的入口鏈路負(fù)載均衡技術(shù)研究

圖1為一般企業(yè)原有的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D，企業(yè)內(nèi)網(wǎng)與外網(wǎng)的接口有中國電信、中國聯(lián)通兩條接入鏈路，用戶之前采取對外使用電信單條鏈路做接入業(yè)務(wù)訪問入口，聯(lián)通鏈路作為電信鏈路的備份，當(dāng)電信鏈路中斷后，手工進(jìn)行鏈路切換來實現(xiàn)多鏈路“負(fù)載”。而加入負(fù)載均衡設(shè)備進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)升級后，真正實現(xiàn)入口鏈路負(fù)載均衡后的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D則如圖2。負(fù)載均衡設(shè)備可以通過DNS功能實現(xiàn)根據(jù)用戶所處網(wǎng)絡(luò)不同，使用戶通過不同的鏈路訪問企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)資源，實現(xiàn)真正的入口鏈路負(fù)載。

當(dāng)接入網(wǎng)兩條出口鏈路分別連接到Telecom、Unicom以實現(xiàn)內(nèi)容發(fā)布功能時，為了提高對用戶訪問的響應(yīng)速度，企業(yè)通常希望能夠根據(jù)用戶發(fā)起訪問的源IP地址的不同讓用戶通過不同的鏈路進(jìn)行接入訪問，即從電信發(fā)起訪問的用戶從電信鏈路訪問到內(nèi)部的服務(wù)器，從聯(lián)通發(fā)起訪問的用戶直接通過聯(lián)通專線鏈路訪問到網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的服務(wù)器。而通過負(fù)載均衡設(shè)備入口鏈路負(fù)載均衡功能的應(yīng)用，能夠在用戶基于域名訪問企業(yè)內(nèi)網(wǎng)的Web應(yīng)用時，自動判斷訪問用戶是從哪個網(wǎng)絡(luò)發(fā)起的訪問請求，并進(jìn)行智能域名解析功能實現(xiàn)，從而根據(jù)用戶所處的網(wǎng)絡(luò)是電信還是聯(lián)通網(wǎng)絡(luò)，智能返還給用戶相應(yīng)的域名解析結(jié)果IP，使用戶能夠通過最優(yōu)的鏈路訪問企業(yè)內(nèi)的業(yè)務(wù)系統(tǒng)。在保證了訪問速度的同時，充分利用了企業(yè)多條接入網(wǎng)的鏈路。

當(dāng)前使用負(fù)載均衡設(shè)備進(jìn)行入口鏈路負(fù)載均衡的同時，也配合使用負(fù)載均衡設(shè)備的服務(wù)器負(fù)載均衡的功能，負(fù)載均衡設(shè)備智能域名解析的地址一般都是負(fù)載均衡設(shè)備對外提供服務(wù)的VIP(即虛地址，virtual ip，它是一個虛擬的IP地址，多個服務(wù)器共用一個公網(wǎng)IP地址，對這些服務(wù)器的訪問都通過該地址進(jìn)行，而每一臺服務(wù)器使用不同的內(nèi)部真實IP地址。負(fù)載均衡設(shè)備將訪問VIP的流量按照負(fù)載均衡策略分配到每一臺真實的服務(wù)器)，當(dāng)外網(wǎng)用戶通過域名解析獲得VIP后，外網(wǎng)用戶的請求流量會到達(dá)負(fù)載均衡設(shè)備，負(fù)載均衡設(shè)備再對此流量進(jìn)行內(nèi)網(wǎng)真實服務(wù)器的負(fù)載均衡。

圖1 企業(yè)原有的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

圖2 企業(yè)升級入口鏈路負(fù)載均衡后的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

2.1 負(fù)載均衡特性架構(gòu)

Cisco負(fù)載均衡特性主要包括兩個子特性(如圖3):入口鏈路負(fù)載均衡和服務(wù)器負(fù)載均衡，其中入口鏈路負(fù)載均衡子特性主要包括2個模塊:域名解析和鏈路，服務(wù)器負(fù)載均衡子特性主要包括2個模塊:流分類和服務(wù)器。圖3中每個模塊主要功能如下:

(1)DNS模塊:外網(wǎng)用戶通過域名方式訪問內(nèi)網(wǎng)服務(wù)器時，本地DNS服務(wù)器會將域名解析請求轉(zhuǎn)發(fā)給負(fù)載均衡設(shè)備。負(fù)載均衡設(shè)備此時充當(dāng)DNS服務(wù)器的角色，根據(jù)設(shè)備上配置的DNS域名表項，查詢相應(yīng)的鏈路組，在鏈路組中進(jìn)行負(fù)載均衡決策，優(yōu)先選擇鏈路組內(nèi)和用戶屬于同一地址區(qū)域的的ISP鏈路成員中配置的DNS應(yīng)答地址進(jìn)行域名解析響應(yīng)。

(2)鏈路模塊:負(fù)載均衡設(shè)備上支持配置ISP鏈路的地址區(qū)域特征。設(shè)備在進(jìn)行負(fù)載均衡決策時，會優(yōu)先選擇和用戶屬于同一地址區(qū)域的ISP鏈路。創(chuàng)建負(fù)載均衡ISP鏈路對應(yīng)的地址區(qū)域后，需要配置負(fù)載均衡ISP鏈路地址區(qū)域包括的IP地址段，如果用戶的源地址屬于哪個地址段，則使用此地址段對應(yīng)的ISP鏈路中配置的DNS應(yīng)答地址進(jìn)行域名解析響應(yīng)。

(3)探測器模塊:健康性檢測是指負(fù)載均衡設(shè)備定時對鏈路網(wǎng)關(guān)或服務(wù)器的服務(wù)狀態(tài)進(jìn)行探測，收集鏈路或服務(wù)器的健康狀況及運(yùn)行信息，及時隔離工作異常的鏈路或服務(wù)器，最終選擇高效能的鏈路或服務(wù)器完成業(yè)務(wù)的轉(zhuǎn)發(fā)或處理。

(4)流分類模塊:負(fù)載均衡設(shè)備根據(jù)業(yè)務(wù)流量的特征，對網(wǎng)絡(luò)流量進(jìn)行分類和管理，最終將業(yè)務(wù)流量轉(zhuǎn)發(fā)給合適的服務(wù)器進(jìn)行處理，流量分類和流量管理是服務(wù)器負(fù)載均衡的核心內(nèi)容。根據(jù)報文的IP地址、協(xié)議號、端口號等信息對流量進(jìn)行分類，對符合條件的業(yè)務(wù)報文進(jìn)行負(fù)載均衡。

(5)服務(wù)器模塊:負(fù)載均衡設(shè)備對業(yè)務(wù)流量進(jìn)行分類后，對于符合條件的用戶業(yè)務(wù)流量，選擇對應(yīng)的服務(wù)器提供服務(wù)。最終根據(jù)服務(wù)器組中配置的負(fù)載均衡算法，選擇滿足條件的服務(wù)器來處理用戶的數(shù)據(jù)報文。

(6)LB轉(zhuǎn)發(fā)模塊:業(yè)務(wù)流量到達(dá)負(fù)載均衡設(shè)備后，LB轉(zhuǎn)發(fā)模塊根據(jù)解析后的業(yè)務(wù)流量特征和LB控制面各模塊下發(fā)至轉(zhuǎn)發(fā)面的數(shù)據(jù)，決定選擇哪臺是最合適的服務(wù)器來最好地為用戶提供服務(wù)。

2.2 如何配置入口鏈路負(fù)載均衡

企業(yè)為提高網(wǎng)絡(luò)部署的可靠性，選用多條ISP鏈路接入外網(wǎng)。在有多個運(yùn)營商入口鏈路的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，配置入口鏈路負(fù)載均衡，可實現(xiàn)鏈路的動態(tài)選擇，提高服務(wù)的可靠性。在Cisco的負(fù)載均衡設(shè)備上可配置鏈路的優(yōu)先服務(wù)地址區(qū)域，鏈路，探測器、鏈路組，以及負(fù)載均衡智能域名解析等。用戶若要實現(xiàn)基本的入口鏈路負(fù)載均衡功能，其基本配置操作流程如下:

/*第一步配置ISP鏈路的優(yōu)先服務(wù)地址區(qū)域，并配置負(fù)載均衡ISP鏈路地址區(qū)域包括的IP地址段。入口鏈路負(fù)載均衡中，需要鏈路的優(yōu)先服務(wù)地址區(qū)域，以便系統(tǒng)做負(fù)載均衡決策時，判斷是否優(yōu)先使用該鏈路*/

2.3 如何實現(xiàn)入口鏈路負(fù)載均衡

(1)負(fù)載均衡設(shè)備管理員啟用入口鏈路負(fù)載均衡功能，同時使用負(fù)載均衡探測器檢測ISP鏈路的健康狀態(tài)。DNS服務(wù)器管理員配置Local DNS服務(wù)器，將用戶訪問企業(yè)內(nèi)部服務(wù)器的DNS請求重定向到負(fù)載均衡設(shè)備。

(2)外網(wǎng)用戶訪問企業(yè)內(nèi)網(wǎng)服務(wù)器時，用戶發(fā)起DNS域名解析請求。當(dāng)負(fù)載均衡設(shè)備接收到DNS請求，根據(jù)用戶所屬網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商網(wǎng)段以及入口鏈路的健康狀態(tài)，進(jìn)行均衡決策，選擇最優(yōu)的ISP鏈路。如果用戶地址屬于所配置的鏈路的優(yōu)先服務(wù)地址區(qū)域網(wǎng)段，則即選擇該鏈路配置的DNS應(yīng)答地址作為域名解析的結(jié)果響應(yīng)用戶。反之，不屬于，則在鏈路組中使用配置的負(fù)載均衡算法，選擇一條最優(yōu)的健康入口鏈路，將該鏈路下配置的DNS應(yīng)答地址作為域名解析的結(jié)果響應(yīng)用戶。

(3)負(fù)載均衡設(shè)備根據(jù)所選鏈路成員中配置的DNS應(yīng)答地址，構(gòu)建DNS響應(yīng)報文，告知外網(wǎng)用戶已選擇的最優(yōu)ISP鏈路。通常電信鏈路成員下配置的DNS應(yīng)答地址為電信地址，聯(lián)通鏈路成員下配置的DNS應(yīng)答地址為聯(lián)通地址，這些DNS應(yīng)答地址又通常作為下一步服務(wù)器負(fù)載均衡功能中的VIP(虛地址)對外提供服務(wù)器的負(fù)載均衡服務(wù)。

(4)外網(wǎng)用戶獲得域名解析結(jié)果后，使用負(fù)載均衡設(shè)備選擇的ISP鏈路傳遞業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。負(fù)載均衡設(shè)備接收到外網(wǎng)用戶業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，通過負(fù)載均衡設(shè)備的服務(wù)器負(fù)載均衡功能，進(jìn)行再次應(yīng)用業(yè)務(wù)的負(fù)載，選擇一臺最優(yōu)的內(nèi)部服務(wù)器提供服務(wù)。

(5)負(fù)載均衡設(shè)備記錄用戶業(yè)務(wù)請求流量所來的源鏈路信息，從內(nèi)部真實服務(wù)器返回給用戶的回程數(shù)據(jù)流量通過負(fù)載均衡設(shè)備從原鏈路返回給外網(wǎng)用戶。

圖4即為Cisco設(shè)備實現(xiàn)入口鏈路負(fù)載均衡的主要業(yè)務(wù)流程圖:

3 結(jié)語

為了規(guī)避運(yùn)營商入口故障帶來的網(wǎng)絡(luò)可用性風(fēng)險，和解決網(wǎng)絡(luò)帶寬不足帶來的網(wǎng)絡(luò)訪問問題，企業(yè)通常會租用兩個或多個運(yùn)營商入口，而多個網(wǎng)絡(luò)入口必然會面臨需要解決如下問題:

(1)如何對流入的流量很好的解決根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的就近性來導(dǎo)向用戶的訪問請求，使外部的用戶能最快的訪問企業(yè)內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

(2)當(dāng)一條鏈路故障時，如何自動快速切換，保證互聯(lián)網(wǎng)用戶訪問到企業(yè)內(nèi)部的服務(wù)器資源不受影響。

(3)如何實現(xiàn)把互聯(lián)網(wǎng)用戶導(dǎo)向到服務(wù)器質(zhì)量最好的一條鏈路上，同時考慮網(wǎng)絡(luò)的帶寬、延遲等指標(biāo)來綜合進(jìn)行鏈路的智能優(yōu)選。

當(dāng)前入口鏈路負(fù)載均衡技術(shù)很好的有效的解決了如上問題，具備了如下功能:

(1)靜態(tài)和動態(tài)的就近性判斷，保證互聯(lián)網(wǎng)用戶始終都會選擇響應(yīng)較快的鏈路，同時也能夠使從哪條鏈路進(jìn)入企業(yè)內(nèi)部，回程就從哪條鏈路出去。

(2)高級和智能的鏈路健康檢測策略，可以使用多種類型的探測器，針對每條鏈路進(jìn)行健康性檢測，最終決定鏈路的可用性。

(3)對多條鏈路進(jìn)行動態(tài)負(fù)載均衡，在鏈路出現(xiàn)故障時可以實現(xiàn)智能快速的鏈路切換，保證用戶的高可靠性接入。

(4)在基于智能鏈路優(yōu)選的基礎(chǔ)之上，如果用戶不屬于指定的可優(yōu)先服務(wù)地址區(qū)域，還可根據(jù)負(fù)載均衡算法，參照帶寬、權(quán)重、連接數(shù)等參數(shù)，選擇一條可以提供最優(yōu)服務(wù)質(zhì)量的鏈路。

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