F5服務(wù)器負(fù)載均衡方案_圖文

1、 F5服務(wù)器負(fù)載均衡建議方案 2 目錄 1 部署方式 . 3 1.1 方式一、單臂旁路接入 . 3 1.2 方式二、雙臂串接 . 4 1.3 部署說明 . 4 2 原理流程圖 . 5 3 負(fù)載均衡必要性 . 5 4 相關(guān)技術(shù) . 6 4.1 服務(wù)器負(fù)載均衡算法 . 6 4.2 服務(wù)器健康檢查方法 . 7 4.3 會話保持技術(shù) . 10 4.4 LTM 相關(guān)加速技術(shù) . 10 4.4.1 One Connect降低服務(wù)器 TCP 連接數(shù)量 . 10 4.4.2 HTTP 頁面壓縮 . 11 4.4.3 RAM Cache . 12 4.4.4 HTTPS Offload . 13 4.5 設(shè)備自

2、身冗余機(jī)制 . 14 5 性能參數(shù) . 15F5服務(wù)器負(fù)載均衡建議方案 3 1 部署方式1.1 方式一、單臂旁路接入 F5服務(wù)器負(fù)載均衡建議方案 4 1.2 方式二、雙臂串接 1.3 部署說明 F5支持單臂旁路接入和雙臂串行等接入方式。因?yàn)?F5端口個數(shù)有限, 建議采用單臂旁路模式,即 F5旁掛在交換機(jī)上,通過交換機(jī)完成與服務(wù)器 和客戶端之間的通訊。 F5服務(wù)器負(fù)載均衡建議方案 5 2 原理流程圖 BIGIP LTM對外提供一個虛擬的應(yīng)用服務(wù)器,接收所有的客戶端請求 BIGIP LTM通過負(fù)載均衡算法處理,將客戶端請求轉(zhuǎn)發(fā)到后臺的多個應(yīng)用 實(shí)例 BIGIP LTM內(nèi)置可編程控制接口,可以對流量

3、進(jìn)行編程控制處理 BIGIP LTM通過應(yīng)用健康檢查,準(zhǔn)確的判斷應(yīng)用程序的工作和服務(wù)狀態(tài), 一旦發(fā)現(xiàn)應(yīng)用不能提供服務(wù),則將其從負(fù)載均衡組中摘除 3 負(fù)載均衡必要性 隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展, web 服務(wù)的數(shù)據(jù)量越來越大,同時對應(yīng)用的高可用 性提出了更高的要求, 服務(wù)器主備冗余模式已經(jīng)不能滿足當(dāng)前需求, 作為應(yīng)用交付行業(yè)內(nèi)最為成熟的方案提供商, F5的負(fù)載均衡技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)以下目 標(biāo): F5服務(wù)器負(fù)載均衡建議方案 6 實(shí)現(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng) 99.999%的不間斷訪問 優(yōu)化應(yīng)用結(jié)構(gòu) 節(jié)省服務(wù)器資源 加速訪問,提高用戶體驗(yàn) 實(shí)現(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)良好的擴(kuò)展性 4 相關(guān)技術(shù) 4.1 服務(wù)器負(fù)載均衡算法 BIG-IP 是一臺對流

4、量和內(nèi)容進(jìn)行管理分配的設(shè)備。 它提供 10種靈活的算 法將數(shù)據(jù)流有效地轉(zhuǎn)發(fā)到它所連接的服務(wù)器群。 而面對用戶, 只是一臺虛擬 服務(wù)器。 用戶此時只須記住一臺服務(wù)器, 即虛擬服務(wù)器。 但他們的數(shù)據(jù)流卻 被 BIG-IP 靈活地均衡到所有的服務(wù)器。 這 10種算法包括: 輪詢 (Round Robin :順序循環(huán)將請求一次順序循環(huán)地連接每個服務(wù)器。 當(dāng)其中某個服務(wù)器發(fā)生第二到第 7層的故障, BIG-IP 就把其從順序循環(huán)隊(duì)列 中拿出,不參加下一次的輪詢,直到其恢復(fù)正常。 比率(Ratio :給每個服務(wù)器分配一個加權(quán)值為比例,根椐這個比例, 把用戶的請求分配到每個服務(wù)器。 當(dāng)其中某個服務(wù)器發(fā)生第二

5、到第 7層的故 障, BIG-IP 就把其從服務(wù)器隊(duì)列中拿出,不參加下一次的用戶請求的分配, 直到其恢復(fù)正常。 優(yōu)先權(quán)(Priority :給所有服務(wù)器分組,給每個組定義優(yōu)先權(quán), BIG-IP 用戶的請求, 分配給優(yōu)先級最高的服務(wù)器組 (在同一組內(nèi), 采用輪詢或比率 算法,分配用戶的請求;當(dāng)最高優(yōu)先級中所有服務(wù)器出現(xiàn)故障, BIG-IP 才 將請求送給次優(yōu)先級的服務(wù)器組。 這種方式, 實(shí)際為用戶提供一種熱備份的方式。F5服務(wù)器負(fù)載均衡建議方案 7 最少的連接方式(Least Connection:傳遞新的連接給那些進(jìn)行最少連 接處理的服務(wù)器。當(dāng)其中某個服務(wù)器發(fā)生第二到第 7層的故障, BIG-

6、IP 就把 其從服務(wù)器隊(duì)列中拿出, 不參加下一次的用戶請求的分配, 直到其恢復(fù)正常。 最快模式(Fastest :傳遞連接給那些響應(yīng)最快的服務(wù)器。當(dāng)其中某個 服務(wù)器發(fā)生第二到第 7層的故障, BIG-IP 就把其從服務(wù)器隊(duì)列中拿出,不參 加下一次的用戶請求的分配,直到其恢復(fù)正常。 觀察模式(Observed :連接數(shù)目和響應(yīng)時間以這兩項(xiàng)的最佳平衡為依 據(jù)為新的請求選擇服務(wù)器。當(dāng)其中某個服務(wù)器發(fā)生第二到第 7層的故障, BIG-IP 就把其從服務(wù)器隊(duì)列中拿出,不參加下一次的用戶請求的分配,直到 其恢復(fù)正常。 預(yù)測模式(Predictive :BIG-IP 利用收集到的服務(wù)器當(dāng)前的性能指標(biāo), 進(jìn)行

7、預(yù)測分析, 選擇一臺服務(wù)器在下一個時間片內(nèi), 其性能將達(dá)到最佳的服 務(wù)器相應(yīng)用戶的請求。 (被 BIG-IP 進(jìn)行檢測 動態(tài)性能分配(Dynamic Ratio-APM:BIG-IP收集到的應(yīng)用程序和應(yīng)用服 務(wù)器的各項(xiàng)性能參數(shù),動態(tài)調(diào)整流量分配。 動態(tài)服務(wù)器補(bǔ)充(Dynamic Server Act.:當(dāng)主服務(wù)器群中因故障導(dǎo)致數(shù)量 減少時,動態(tài)地將備份服務(wù)器補(bǔ)充至主服務(wù)器群。 規(guī)則模式:針對不同的數(shù)據(jù)流設(shè)置導(dǎo)向規(guī)則,用戶可自行編輯流量分配 規(guī)則, BIG-IP 利用這些規(guī)則對通過的數(shù)據(jù)流實(shí)施導(dǎo)向控制。 4.2 服務(wù)器健康檢查方法 BIG-IP 除了能夠進(jìn)行不同 OSI 層面的健康檢查之外,還具

8、有擴(kuò)展內(nèi)容驗(yàn) 證和擴(kuò)展應(yīng)用查證兩種健康檢查方法。 基本的健康檢查方法有以下幾種:F5服務(wù)器負(fù)載均衡建議方案 8 在 Layer 2 健康檢查涉及到用來對給定的 IP 地址尋找 MAC 地址的地址分 辨協(xié)議 (ARP 請求。因?yàn)?BIG-IP 設(shè)置了真實(shí)服務(wù)器的 IP 地址,它會發(fā)送針對 每一個真實(shí)服務(wù)器的 IP 地址的 ARP 請求以找到相應(yīng)的 MAC 地址,服務(wù)器會響 應(yīng)這個 ARP 請求,除非它已經(jīng)停機(jī)。 在 Layer 3 健康檢查涉及到對真實(shí)服務(wù)器發(fā)送 ”ping” 命令。 “ping” 是常用 的程序來確認(rèn)一個 IP 地址是否在網(wǎng)絡(luò)中存在, 或者用來確認(rèn)主機(jī)是否正常工 作。 在 La

9、yer 4, BIG-IP 會試圖聯(lián)接到一個特定應(yīng)用在運(yùn)行的 TCP 或 UDP 端口。 舉例來說,如果 VIP 是被綁定在端口 80做 Web 應(yīng)用的話, BIG-IP 試圖建立一個 聯(lián)接到真實(shí)服務(wù)器的 80端口。 BIG-IP 發(fā)送一個 TCP SYN 請求包到每個真實(shí)服 務(wù)器的 80端口,并檢查回應(yīng)的 TCP SYN ACK數(shù)據(jù)包是否收到,如果哪一個沒 有收到, BIG-IP 就確認(rèn)那臺服務(wù)器不能正常提供服務(wù), BIG-IP 單獨(dú)針對服務(wù)器 的每個應(yīng)用端口做健康檢查并單獨(dú)做關(guān)于其服務(wù)器的診斷結(jié)果是非常重要 的。這樣一來真實(shí)服務(wù)器的 80服務(wù)可能停機(jī),但是端口 21可能正常工作, BIG-

10、IP 可以繼續(xù)利用這個服務(wù)器的 21端口提供 FTP 服務(wù), 同時確認(rèn)這個服務(wù)器 的 Web 應(yīng)用已經(jīng)停機(jī),這樣一來就提供了一個高效率的負(fù)載均衡解決方案, 細(xì)分健康檢查的做法有效地提高了服務(wù)器的處理能力。 擴(kuò)展內(nèi)容查證 (ECV:Extended Content Verification: ECV 是一種非常復(fù)雜的服務(wù)檢查,主要用于確認(rèn)應(yīng)用程序能否對請求返 回對應(yīng)的數(shù)據(jù)。 如果一個應(yīng)用對該服務(wù)檢查做出響應(yīng)并返回對應(yīng)的數(shù)據(jù), 則 BIG-IP 控制器將該服務(wù)器標(biāo)識為工作良好。 如果服務(wù)器不能返回相應(yīng)的數(shù)據(jù), 則將該服務(wù)器標(biāo)識為宕機(jī)。宕機(jī)一旦修復(fù), BIG-IP 就會自動查證應(yīng)用已能對 客戶請求做

11、出正確響應(yīng)并恢復(fù)向該服務(wù)器傳送。 該功能使 BIG-IP 可以將保護(hù) 延伸到后端應(yīng)用如 Web 內(nèi)容及數(shù)據(jù)庫。 BIG-IP 的 ECV 功能允許您向 Web 服 務(wù)器、防火墻、緩存服務(wù)器、代理服務(wù)器和其它透明設(shè)備發(fā)送查詢,然后檢查返回的響應(yīng)。這將有助于確認(rèn)您為客戶提供的內(nèi)容正是其所需要的。F5服務(wù)器負(fù)載均衡建議方案 9 用戶可以定義發(fā)送和接收的字串,發(fā)送字串是指發(fā)送到一個服務(wù)器的請 求命令,例如:“GET /” 字串發(fā)送到一個 HTTP 服務(wù)器。 服務(wù)器回應(yīng)得字串必須與接收到的字串相匹配,例如 “” 。 ECV 可 以工作在正常和透明節(jié)點(diǎn)模式。 擴(kuò)展應(yīng)用查證 (EAV: Extended A

12、pplication Verification: EAV 是另一種服務(wù)檢查,用于確認(rèn)運(yùn)行在某個服務(wù)器上的應(yīng)用能否對客 戶請求做出響應(yīng)。為完成這種檢查, BIG-IP 控制器使用一個被稱作外部服務(wù) 檢查者的客戶程序, 該程序?yàn)?BIG-IP 提供完全客戶化的服務(wù)檢查功能, 但它 位于 BIG-IP 控制器的外部。 例如, 該外部服務(wù)檢查者可以查證一個從后臺數(shù) 據(jù)庫中取出數(shù)據(jù)的應(yīng)用能否正常工作。 EAV 是 BIG-IP 提供的非常獨(dú)特的功能, 它提供管理者將 BIG-IP 客戶化后訪問各種各樣應(yīng)用的能力, 該功能使 BIG-IP 在提供標(biāo)準(zhǔn)的可用性查證之外能獲得服務(wù)器、 應(yīng)用及內(nèi)容可用性等最重要

13、的 反饋。 該功能對于提高系統(tǒng)可靠性至關(guān)重要, 它用于從客戶的角度測試您的 站點(diǎn)。 例如, 您可以模擬客戶完成交易所需的所有步驟-連接到前置服務(wù)器 或中間件服務(wù)器、從目錄中選擇項(xiàng)目以及驗(yàn)證交易使用的信用卡。一旦 BIG-IP 掌握了該“可用性”信息,即可利用負(fù)載平衡使資源達(dá)到最高的可用 性。 BIG-IP 已經(jīng)為測試多種服務(wù)的健康情況和狀態(tài),預(yù)定義了擴(kuò)展應(yīng)用驗(yàn)證 (EAV,如:FTP 、 NNTP 、 SMTP 、 POP3和 MSSQL 等,用戶還可依據(jù)實(shí)際應(yīng) 用,自行編輯 EAV 腳本。 F5產(chǎn)品健康檢查的頻度和間隔是可以根據(jù)用戶的 要求而設(shè)置 . 通過 F5靈活自定義方式的 ECV 健康

14、檢查方式,用戶可以檢查常見的應(yīng) 用如 HTTP 、 SMTP 、 POP3等。而通過 EAV 健康檢查方式,更可自行編寫腳 本, 實(shí)現(xiàn)更加復(fù)雜的健康檢查方式, 全面的檢測后臺服務(wù)器的運(yùn)行狀態(tài), 保 證系統(tǒng)運(yùn)行的高效,可靠。F5服務(wù)器負(fù)載均衡建議方案 10 4.3 會話保持技術(shù)當(dāng)使用 BIG-IP 對服務(wù)器進(jìn)行負(fù)載均衡時,就需要會話保持。如果某位用 戶連接到了一臺服務(wù)器上, 那么我們肯定希望該用戶在將來再次連接時將仍 可連接到該臺服務(wù)器上。 當(dāng)該服務(wù)器存有用戶相關(guān)數(shù)據(jù), 并且這些數(shù)據(jù)并不 與其它服務(wù)器動態(tài)共享時, 持續(xù)性就顯得十分有必要了。 例如, 假設(shè)一位用 戶在某網(wǎng)站采購了一“購物車”的商品

15、,然后還未結(jié)帳就離開了該網(wǎng)站。如 果在其重新登錄網(wǎng)站后, BIG-IP 應(yīng)用交換機(jī)將客戶請求路由至不同的服務(wù)器, 那么新的服務(wù)器對該用戶的數(shù)據(jù)和其所購買的商品將一無所知。 當(dāng)然, 如果 所有服務(wù)器都在同一個后臺數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中存儲用戶信息及其選購商品的 話, 那么一切就不成問題了。 但是如果網(wǎng)站不是這樣設(shè)計(jì)的, 那么具體的購 物車數(shù)據(jù)就只能存儲在特定的服務(wù)器上。這樣, BIG-IP 應(yīng)用交換機(jī)就必需選 擇用戶曾連接上的那臺服務(wù)器,以無縫地處理用戶請求。BIG-IP 提供以下幾種會話保持方法:Simple Persistence, SSL Session ID Persistence , SIP

16、Persistence, Cookie Persistence, iMode Persistence,目的地 址歸類。4.4 LTM 相關(guān)加速技術(shù)4.4.1 One Connect降低服務(wù)器 TCP 連接數(shù)量用戶因連接和斷開網(wǎng)絡(luò)連接而產(chǎn)生的周期性網(wǎng)絡(luò)請求會耗費(fèi)掉企業(yè)寶 貴的 web 應(yīng)用資源。即使每個連接開銷很小,但合到一起,它們將影響到 總的應(yīng)用負(fù)載, 對于電子商務(wù)站點(diǎn)和擁有大量用戶的企業(yè)應(yīng)用來說, 這一點(diǎn) 尤為明顯。在 Apache Server的標(biāo)準(zhǔn)配置中,一臺服務(wù)器的最高并發(fā)連接數(shù) 為 1024個,而 MicroSoft IIS可配置為 2048個。可見連接數(shù)對于服務(wù)器是一 個極大的限

17、制 , 在應(yīng)用服務(wù)器上比如 Weblogic , WebSphere 上,連接數(shù)的增加將會給系統(tǒng)增加大量的開銷。F5服務(wù)器負(fù)載均衡建議方案 11 連接優(yōu)化將處理連接的責(zé)任移交給了 F5 WA。 網(wǎng)絡(luò)流量在 WA 和源應(yīng)用 之間的小型資源池和永久連接中進(jìn)行多路傳輸。 WA 將成千上萬個用戶的連 接匯聚成為少數(shù)的服務(wù)器連接,最終可顯著降低源應(yīng)用的負(fù)載。 與其它的連接優(yōu)化技術(shù)不同, F5 采用了動態(tài)連接池的方式,當(dāng)每一個 用戶請求發(fā)送到 WA 時,根據(jù)負(fù)載均衡策略, WA 將在請求將被發(fā)送到的 服務(wù)器端尋找空閑的連接, 如果有空閑連接, 則直接將請求通過該連接發(fā)送 到服務(wù)器,如果沒有空閑連接,則新建

18、一個連接與服務(wù)器端通訊。這樣,既 保證了在服務(wù)器端始終維持最小的連接數(shù), 又避免了由于沒有空閑連接而導(dǎo) 致的客戶端請求排隊(duì)的現(xiàn)象。 4.4.2 HTTP 頁面壓縮 應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)延遲問題進(jìn)一步降低了 web 內(nèi)容的傳輸速度。 Web Accelerator 專利技術(shù)- Express 壓縮技術(shù)能夠消除因壓縮算法所帶來的延 遲,為撥號和寬帶用戶帶來額外的性能提升。事實(shí)上,借助 Express 壓縮, 撥號用戶的訪問速率將比原來快 5 到 10 倍,同時帶寬利用率和成本將降 低 70%-80%。 F5服務(wù)器負(fù)載均衡建議方案 12響應(yīng)時間的加快, 帶來了用戶滿意度和效率的提升, 從而使基于 web 的

19、應(yīng)用得到更加廣泛的應(yīng)用。 單在更低帶寬成本方面所節(jié)約的費(fèi)用 (尤其在遠(yuǎn) 程銷售辦公機(jī)構(gòu)或人員方面所節(jié)省的費(fèi)用 , 就足以補(bǔ)償在設(shè)備購置方面的 投資,甚至是后者的好幾倍。使用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 GZIP 和 Deflate 壓縮算法來壓 縮 HTTP 流量; 降低帶寬消耗、 縮短最終用戶在慢速 / 低帶寬連接條件下的 下載時間。 4.4.3 RAM Cache 在 BIGIP-LTM 上,可以通過配置內(nèi)存 Cache 來提高系統(tǒng)響應(yīng)速度,并減 小服務(wù)器端的壓力。 F5服務(wù)器負(fù)載均衡建議方案 13 通過內(nèi)存 Cache 機(jī)制, WA 可以把頻繁訪問的內(nèi)容存放在內(nèi)存中,當(dāng)下 一次請求到達(dá)時, 直接從內(nèi)存返回

20、用戶請求的頁面。 從而降低了服務(wù)器的請 求壓力。 4.4.4 HTTPS Offload 在 SSL 處理過程中,所有的傳輸內(nèi)容均采用加密算法處理。其中最重要 的兩個部分為 SSL 握手時交換秘鑰的非對稱加密和數(shù)據(jù)傳輸時的對稱加密。 當(dāng) SSL 的客戶端壓力超過 400TPS 時, 單臺服務(wù)器就很難處理請求了。 因 此,必須采用 SSL 加速設(shè)備來進(jìn)行處理。 F5其實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)如下: 所有的 SSL 流量均在 F5上終結(jié), F5與服務(wù)器之間可采用 HTTP 或者弱加 密的 SSL 進(jìn)行通訊。這樣,就極大的減小了服務(wù)器端對 HTTPS 處理的壓力, 可將服務(wù)器的處理能力釋放出來,更加專注的處理業(yè)務(wù)

21、邏輯。 在 F5可處理單向 SSL 連接,雙向 SSL 連接。并且可同時處理多種類型和 多個應(yīng)用的 SSL 加解密處理。 F5服務(wù)器負(fù)載均衡建議方案 14 4.5 設(shè)備自身冗余機(jī)制 BIGIP 可以實(shí)現(xiàn)兩種方式實(shí)現(xiàn)冗余連接,一是 Active-Backup 方式,另一 種是 Active-Active 方式。物理連接方式如下圖所示: F5 Networks公司 BIGIP 產(chǎn)品是業(yè)界唯一實(shí)現(xiàn)雙機(jī)冗余毫秒級切換的產(chǎn)品, 而且設(shè)計(jì)合理。所有會話通過 Active BIGIP同時,會話信息會通過同步數(shù)據(jù) 線同步到 Backup BIGIP, 保證 Active 與 Backup 設(shè)備會話信息同步。 且每臺設(shè) 備中的 watchdog 芯片通過心跳線檢監(jiān)測對方設(shè)備電平, 當(dāng) Active BIGIP故障 時, watchdog 會首先發(fā)現(xiàn),并且通知 Backup BIGIP接管 shared ip,VIP等,完 成冗余