前些年的時候，中小學的教育問題一直是社會輿論的重點話題。那么就是減負問題，搬到我們的網絡上面，也存在著同樣的問題。越來越多的網絡使用，給網絡帶來了空前壓力。那么負載均衡技術就在這種減負的觀點中誕生。一種科學的分配方式，是緩解網絡工作壓力的有效手段。

由于網絡的數據流量多集中在中心服務器一端,所以現在所說的負載均衡技術,多指的是對訪問服務器的負載進行均衡 (或者說分擔)措施｡負載均衡,從結構上分為本地負載均衡和地域負載均衡(全局負載均衡),前一種是指對本地的服務器集群做負載均衡,后一種是指對分別放 置在不同的地理位置､在不同的網絡及服務器群集之間作負載均衡｡

每個主機運行一個所需服務器程序的獨立拷貝,諸如Web､FTP､Telnet或e-mail服務器程序｡對于某些服務(如運行在 Web服務器上的那些服務)而言,程序的一個拷貝運行在群集內所有的主機上,而網絡負載均衡技術則將工作負載在這些主機間進行分配｡對于其他服務(例如e- mail),只有一臺主機處理工作負載,針對這些服務,網絡負載均衡允許網絡通訊量流到一個主機上,并在該主機發生故障時將通訊量移至其他主機｡

◆DNS

最早的負載均衡技術是通過DNS來實現的,在DNS中為多個地址配置同一個名字,因而查詢這個名字的客戶機將得到其中一個地址,從而使得不同的客戶訪問不同的服務器,達到負載均衡的目的｡

DNS負載均衡是一種簡單而有效的方法,但是它不能區分服務器的差異,也不能反映服務器的當前運行狀態｡當使用DNS負載均衡的時候,必 須盡量保證不同的客戶計算機能均勻獲得不同的地址｡由于DNS數據具備刷新時間標志,一旦超過這個時間限制,其他DNS服務器就需要和這個服務器交互,以 重新獲得地址數據,就有可能獲得不同IP地址｡因此為了使地址能隨機分配,就應使刷新時間盡量短,不同地方的DNS服務器能更新對應的地址,達到隨機獲得 地址,然而將過期時間設置得過短,將使DNS流量大增,而造成額外的網絡問題｡DNS負載均衡技術的另一個問題是,一旦某個服務器出現故障,即使及時修改了 DNS設置,還是要等待足夠的時間(刷新時間)才能發揮作用,在此期間,保存了故障服務器地址的客戶計算機將不能正常訪問服務器｡

盡管存在多種問題,但它還是一種非常有效的做法,包括Yahoo在內的很多大型網站都使用DNS｡

◆代理服務器
 
使用代理服務器,可以將請求轉發給內部的服務器,使用這種加速模式顯然可以提升靜態網頁的訪問速度｡然而,也可以考慮這樣一種技術,使用代理服務器將請求均勻轉發給多臺服務器,從而達到負載均衡技術的目的｡

這種代理方式與普通的代理方式有所不同,標準代理方式是客戶使用代理訪問多個外部服務器,而這種代理方式是代理多個客戶訪問內部服務器,因此也被稱為反向代理模式｡雖然實現這個任務并不算是特別復雜,然而由于要求特別高的效率,實現起來并不簡單｡

使用反向代理的好處是,可以將負載均衡和代理服務器的高速緩存技術結合在一起,提供有益的性能｡然而它本身也存在一些問題,首先就是必須為每一種服務都專門開發一個反向代理服務器,這就不是一個輕松的任務｡

代理服務器本身雖然可以達到很高效率,但是針對每一次代理,代理服務器就必須維護兩個連接,一個對外的連接,一個對內的連接,因此對于特 別高的連接請求,代理服務器的負載也就非常之大｡反向代理方式下能應用優化的負載均衡策略,每次訪問最空閑的內部服務器來提供服務｡但是隨著并發連接數量 的增加,代理服務器本身的負載也變得非常大,最后反向代理服務器本身會成為服務的瓶頸｡

◆地址轉換網關

支持負載均衡的地址轉換網關,可以將一個外部IP地址映射為多個內部IP地址,對每次TCP連接請求動態使用其中一個內部地址,達到負載均衡的目 的｡很多硬件廠商將這種技術集成在他們的交換機中,作為他們第四層交換的一種功能來實現,一般采用隨機選擇､根據服務器的連接數量或者響應時間進行選擇的 負載均衡策略來分配負載｡由于地址轉換相對來講比較接近網絡的低層,因此就有可能將它集成在硬件設備中,通常這樣的硬件設備是局域網交換機｡

當前局域網交換機所謂的第四層交換技術,就是按照IP地址和TCP端口進行虛擬連接的交換,直接將數據包發送到目的計算機的相應端口｡ 通過交換機就能將來自外部的初始連接請求,分別與內部的多個地址相聯系,此后就能對這些已經建立的虛擬連接進行交換｡因此,一些具備第四層交換能力的局域 網交換機,就能作為一個硬件負載均衡器,完成服務器的負載均衡｡

由于第四層交換基于硬件芯片,因此其性能非常優秀,尤其是對于網絡傳輸速度和交換速度遠遠超過普通的數據包轉發｡然而,正因為它是使用 硬件實現的,因此也不夠靈活,僅僅能夠處理幾種最標準的應用協議的負載均衡,如HTTP ｡當前負載均衡技術主要用于解決服務器的處理能力不足的問題,因此并不能充分發揮交換機帶來的高網絡帶寬的優點｡

◆協議內部支持

除了這三種負載均衡方式之外,有的協議內部支持與負載均衡相關的功能,例如HTTP協議中的重定向能力等,HTTP運行于TCP連接的最高層｡客 戶端通過端口號80的TCP服務直接連接到服務器,然后通過TCP連接向服務器端發送一個HTTP請求｡在服務器分清客戶端所需的網頁和資源之前,至少要 進行四次TCP的數據包交換請求｡由于負載平衡設備要把進入的請求分配給多個服務器,因此,它只能在TCP連接時建立,且HTTP請求通過后才能確定如何 進行負載的平衡｡當一個網站的點擊率達到每秒上百甚至上千次時,TCP連接､HTTP報頭信息以及進程的時延已經變得很重要了｡在HTTP請求和報頭中有 很多對負載平衡有用的信息｡首先,也是最重要的一點是,我們可以從這些信息中獲知客戶端所請求的URL和網頁,利用這個信息,負載平衡設備就可以將所有的 圖像請求引導到一個圖像服務器,或者根據URL的數據庫查詢內容調用CGI程序,將請求引導到一個專用的高性能數據庫服務器｡惟一能局限這些信息獲取的因 素是負載平衡設備本身的靈活程度｡事實上,如果網絡管理員熟悉Web內容交換技術,他可以僅僅根據HTTP報頭的cookie字段來使用Web內容交換技 術改善對特定客戶的服務,如果能從HTTP請求中找到一些規律,還可以充分利用它作出各種決策｡除了TCP連接表的問題外,如何查找合適的HTTP報頭信 息以及作出負載平衡決策的過程,是影響Web內容交換技術性能的重要問題｡

但它依賴于特定協議,因此使用范圍有限｡根據現有的這些負載均衡技術,并應用優化的均衡策略,來實現后端服務器負載分擔的最優狀態｡