chuyển mạch cân bằng tải ( load balancing swich) và ứng dụng triển khai trên mạng viễn thông fpt.

40 746 2
chuyển mạch cân bằng tải ( load balancing swich) và ứng dụng triển khai trên mạng viễn thông fpt.

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

Đề Tài: Kỹ thuật cân bẳng tải Giảng Viên Hướng Dẫn: Ts Lê Nhật Thăng CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CHUYỂN MẠCH CÂN BẰNG TẢI 1.1 Giới thiệu chung Ngày nay, công nghệ thông tin đã đang đóng vai trò quan trọng trong đời sống, kinh tế – xã hội của nhiều quốc gia trên thế giới, là một thành phần không thể thiếu trong một xã hội hiện đại. Nói đến công nghệ thông tin không thể không đề cập đến lĩnh vực mạng máy tính, đặc biệt là mạng Internet. Với sự phát triển mạnh mẽ liên tục của công nghệ thông tin nói chung công nghệ mạng nói riêng, Internet đang được sử dụng rộng rãi từ các cơ quan chính phủ, các công ty hoạt động trong nhiều lĩnh vực khác nhau, cho đến các hộ gia đình. Con người ngày càng nhận thấy tầm quan trọng cũng như những lợi ích lớn lao mà mạng Internet mang lại. Internet không chỉ là kho tri thức khổng lồ trên tất cả các lĩnh vực từ khoa học kỹ thuật, văn học nghệ thuật, thiên văn học, y học, giáo dục, … cho đến âm nhạc giải trí mà đó còn là nơi con người có thể thư giản, vui chơi sau những giờ làm việc căng thẳng. Tất cả những điều đó đã làm cho số người sử dụng Internet không ngừng tăng lên một cách chóng mặt hàng ngày hàng giờ. Sự gia tăng số người dùng trên mạng dẫn đến hệ quả tất yếu đó là sự tranh chấp tài nguyên lưu lượng tải của mạng không ngừng tăng lên. Điều này dẫn đến mâu thuẫn giữa nhu cầu băng thông băng thông thực tế. Đây là một vấn đề luôn được đặt ra khi thiết kế xây dựng một mạng máy tính. Hiện nay, có nhiều giải pháp để giải quyết vấn đề này. Trong đó, Cân Bằng Tải là một giải pháp được ưa thích sử dụng phổ biến. 1 Đề Tài: Kỹ thuật cân bẳng tải Giảng Viên Hướng Dẫn: Ts Lê Nhật Thăng 1.2 Lợi ích ứng dụng của chuyển mạch cân bằng tải Server Load Balancing (máy chủ cân bằng tải) là một quá trình phân phối các yêu cầu dịch vụ trên một nhóm các máy chủ. Sơ đồ dưới đây cho thấy cân bằng tải trong một nhóm các máy chủ. Server Load Balancing (máy chủ cân bằng tải) ngày càng trở nên quan trọng trong hệ thống cơ sở hạ tầng mạng trong doanh nghiệp: - Tăng cường khả năng mở rộng. - Nâng cao hiệu suất. - Tính sẵn sàng cao khắc phục sự cố. 2 Đề Tài: Kỹ thuật cân bẳng tải Giảng Viên Hướng Dẫn: Ts Lê Nhật Thăng Nhiều ứng dụng chuyên sâu có quy mô lớn, vì vậy đòi hỏi các máy chủ phải có sự cân bằng tải cho nhau mới có thể chạy tốt các ứng dụng như vậy. Cả doanh nghiệp nhà cung cấp dịch vụ cần sự linh hoạt để triển khai thêm các máy chủ một cách nhanh chóng minh bạch để đáp ứng được nhu cầu xử lý công việc trong doanh nghiệp. Server Load Balancing (máy chủ cân bằng tải) làm cho nhiều máy chủ xuất hiện như là một máy chủ duy nhất, một dịch vụ đơn ảo, phân phối các yêu cầu người sử dụng trong các máy chủ. Hiệu suất cao nhất là đạt được khi sức mạnh xử lý của máy chủ được sử dụng thông minh. Nâng cao cân bằng tải máy chủ có thể trực tiếp yêu cầu dịch vụ người dùng cuối để các máy chủ xử lý công việc được đồng đều nhau do đó khả năng cung cấp nhanh nhất thời gian để 3 Đề Tài: Kỹ thuật cân bẳng tải Giảng Viên Hướng Dẫn: Ts Lê Nhật Thăng đáp ứng. Nhất thiết, các thiết bị cân bằng tải phải có khả năng xử lý lưu lượng tổng hợp của nhiều máy chủ. Nếu một thiết bị cân bằng tải máy chủ trở thành một “nút cổ chai” nó không còn là một giải pháp, nó chỉ là một vấn đề bổ sung. Lợi ích thứ ba của cân bằng tải máy chủ là khả năng cải thiện tính sẵn sàng ứng dụng. Nếu một ứng dụng hoặc máy chủ không thành công, cân bằng tải có thể tự động phân phối lại yêu cầu dịch vụ người dùng cuối để các máy chủ khác trong một nhóm các máy chủ hoặc tới các máy chủ trong một địa điểm. Máy chủ cân bằng tải cũng có kế hoạch ngăn ngừa sự cố cho phần mềm hoặc bảo trì phần cứng bằng các dịch vụ. Máy chủ phân phối sản phẩm cân bằng tải cũng có thể cung cấp dịch vụ khắc phục sự cố bằng cách chuyển hướng yêu cầu dịch vụ trang một trang web khác khi có một sự cố xảy ra làm vô hiệu hóa các trang web chính. Kết luận chương I Server đang là nền tảng phân phối các ứng dụng quan trọng, thường xuyên rộng khắp như Web, Streaming media, VPN. Như một phần tích hợp của Windows2000 Advanced Server, Windows2003 Advanced Server Datacenter Server, NLB cung cấp một giải pháp lý tưởng, kinh tế để tăng cường tính khả mở khả dụng cho các ứng dụng trên cả môi trường Internet intranet. Tuy nhiên, ngoài những ứng dụng tích hợp trong Windows2000, NLB còn có thể tích hợp trong các hệ điều hành mạng các ứng dụng chạy trên server khác một cách hiệu quả. Chương II: CÁC KỸ THUẬT CÂN BẰNG TẢI 4 Đề Tài: Kỹ thuật cân bẳng tải Giảng Viên Hướng Dẫn: Ts Lê Nhật Thăng 2.1 Các kỹ thuật được sử dụng phổ biến 2.1.1 Xử lý các yêu cầu kết nối tập trung Thay vì ủy quyền cho DNS việc phân phối những yêu cầu đến các server riêng lẻ trong một cluster, phương pháp xử lý các yêu cầu kết nối tập trung (CCR) sử dụng một “router” cục bộ để thực hiện chức năng này. Hình 2-1 – 2-way packet rewriting Như được minh họa trong hình vẽ 2.1, MagicRouter hoạt động như một bảng chuyển mạch, phân phối các yêu cầu dịch vụ Web đến các node riêng lẻ trong cluster. Để thực hiện được điều này, đòi hỏi các gói tin gởi đi từ client phải được chuyển tiếp (hay “được viết lại”) bởi MagicRouter đến một server được lựa chọn để phục vụ cho kết nối TCP từ client. Ngoài ra, các gói tin trả lời từ server cho client cũng đòi hỏi phải “được viết lại” bởi MagicRouter. Trong phương pháp này, chỉ có địa chỉ IP của “router’ được công bố thông qua DNS. Kỹ thuật packet rewritting làm cho người dùng có cảm giác như đang sử 5 Đề Tài: Kỹ thuật cân bẳng tải Giảng Viên Hướng Dẫn: Ts Lê Nhật Thăng dụng một Web Server có “hiệu suất hoạt động cao”, nhưng thực sự đó là một hệ thống bao gồm một thiết bị trung tâm đóng vai trò như một thiết bị định tuyến cho toàn bộ hệ thống một tập hợp các server nằm phía sau. Một số giải pháp khác cũng đã được nghiên cứu phát triển dựa trên kiến trúc tương tự bao gồm: Local Director của Cisco Interactive Network Dispatcher của IBM. Ưu điểm của phương pháp CCR đó là: - Việc định hướng lại cho các kết nối từ client đến các server thích hợp trong hệ thống là hoàn toàn trong suốt với người dùng. - Tính linh hoạt cao: khi phát hiện một node bị “chết”, local router sẽ chuyển tất cả các yêu cầu kế tiếp đến node khác đang hoạt động. Tuy nhiên, phương pháp CCR cũng còn tồn tại một số khuyết điểm sau: - Khi số kết nối từ client đến local router tăng cao, toàn hệ thống sẽ gặp tình trạng nút cổ chai (bottle-neck) ngay tại thiết bị trung tâm này. - Thiết bị trung tâm (MagicRouter) là thiết bị phần cứng đặc biệt, giá thành cao. - Khi thiết bị trung tâm bị hỏng, toàn bộ hệ thống sẽ ngưng hoạt động, do đó tính chịu lỗi thấp. - Tăng chi phí xử lý do phải “viết lại” gói tin theo cả 2 chiều từ client đến server ngược lại. Một kiến trúc hơi khác so với kiến trúc trên, sử dụng một “TCP Router” đóng vai trò như một thiết bị hoạt động ở đầu vào, tiếp nhận các yêu cầu dịch vụ từ client, sau đó có nhiệm vụ phân phối các yêu cầu đến các server riêng lẻ trong một cluster của hệ thống. TCP Router có 2 đặc điểm giúp phân biệt với giải pháp MagicRouter được đề cập ở trên. Thứ nhất, như được minh họa ở hình vẽ 2.2, quá trình viết lại các gói tin trả lời của server cho client được loại bỏ. Các server bên trong hệ thống sẽ 6 Đề Tài: Kỹ thuật cân bẳng tải Giảng Viên Hướng Dẫn: Ts Lê Nhật Thăng trả lời trực tiếp cho client mà không cần thông qua TCP Router. Điều này đặc biệt quan trọng khi phải xử lý một lượng lớn dữ liệu. Thứ hai, TCP Router sẽ “chuyển” các kết nối đến các server dựa trên trạng thái của những server này. Điều này có nghĩa là TCP Router phải heo dõi việc định hướng lại các kết nối từ client đến server. Hình 2-2 – 1-way packet rewriting Mặc dù, kiến trúc dùng TCP Router cho phép khắc phục một phần tình trạng nút cổ chai do chỉ phải viết lại gói tin theo một chiều từ client đến server, nhưng kiến trúc này vẫn tồn tại một nhược điểm: khi TCP Router bị hỏng, toàn bộ hệ thống sẽ ngừng hoạt động. Tóm lại, kỹ thuật xử lý các yêu cầu kết nối tập trung rõ ràng đã giải quyết được vấn đề cân bằng tải trên mạng. Tuy nhiên, kỹ thuật này có 7 Đề Tài: Kỹ thuật cân bẳng tải Giảng Viên Hướng Dẫn: Ts Lê Nhật Thăng tính chịu lỗi, tính sẵn sàng thấp chi phí cao (do đòi hỏi phải có thiết bị dự phòng). Vì thế, kỹ thuật xử lý các yêu cầu kết nối phân tán được đề xuất nhằm khắc phục những nhược điểm trên. 2.1.2 Xử lý các yêu cầu kết nối phân tán Tất cả các kỹ thuật định hướng kết nối được trình bày ở trên (còn gọi là kỹ thuật Layer 4 Switching) đều sử dụng một node trung tâm để xử lý tất cả các yêu cầu đến từ client. Ngược lại, trong kỹ thuật “viết lại” gói tin phân tán (Distributed Packet Rewritting – DPR) hay còn được gọi là kỹ thuật định hướng kết nối phân tán, tất cả các host của hệ thống phân tán đều tham gia vào việc xử lý các kết nối giữa client với server (như được minh họa ở hình 1.3). Cách tiếp cận này làm tăng khả năng mở rộng cũng như tính chịu lỗi của hệ thống so với các hệ thống sử dụng router chuyên biệt nằm ở vị trí trung tâm. DPR là một kỹ thuật hoạt động ở tầng IP, cho phép một server có khả năng định hướng lại một kết nối từ client đến một server khác dựa trên mỗi gói tin đầu tiên (SYN packet) cũng như thông tin về tải (load) của các server trong hệ thống. Sử dụng thông tin này, một server trong hệ thống DPR có thể định hướng lại một kết nối đến một server khác hoặc chính bản thân server này sẽ xử lý kết nối đó. Trong trường hợp kết nối được định hướng lại, server xử lý kết nối sẽ trả lời trực tiếp cho client nhưng địa chỉ nguồn của gói tin là địa chỉ của server đã tiếp nhận yêu cầu kết nối lúc ban đầu. Mỗi server trong hệ thống DPR cung cấp cả dịch vụ Web chức năng định tuyến. Ngoài ra, địa chỉ IP của tất cả server trong hệ thống DPR sẽ được công bố một cách tuần tự trên Internet dựa trên kỹ thuật DNS Round Robin. Hệ thống sử dụng kỹ thuật DPR có một số ưu điểm sau: - Hệ thống dễ dàng mở rộng. Khi thêm vào hệ thống một server mới, không đòi hỏi phải có phần cứng đặc biệt; ngược lại còn tận dụng 8 Đề Tài: Kỹ thuật cân bẳng tải Giảng Viên Hướng Dẫn: Ts Lê Nhật Thăng được khả năng của server được thêm vào để tăng hiệu suất cũng như khả năng cung cấp dịch vụ định tuyến kết nối của hệ thống. - Hệ thống có tính chịu lỗi cao, mềm dẻo, linh hoạt. - Quá trình định hướng lại các kết nối từ client đến server hoàn toàn trong suốt với người dùng. Kỹ thuật này vẫn còn tồn tại một khuyết điểm: tốn tài nguyên trên mỗi server do mỗi server trong hệ thống đều phải lưu danh sách các server khác trong hệ thống cũng như một bảng định tuyến các kết nối. Hình 2-3 – Distributed packet rewriting Kỹ thuật DPR hoạt động dựa trên 2 cơ chế: DPR Stateless DPR Stateful. 9 Đề Tài: Kỹ thuật cân bẳng tải Giảng Viên Hướng Dẫn: Ts Lê Nhật Thăng 2.1.2.1 DPR Stateless: DPR Stateless không đòi hỏi bất kỳ thông tin nào khác ngoài những gì có thể được tìm thấy trong các header của mỗi gói tin được gởi đi. Cơ chế này sử dụng một hàm băm để tính ra một giá trị băm dựa trên địa chỉ IP port number của gói tin gởi từ client để quyết định đích đến cho mỗi gói tin. IP/port của client, sau khi được tính toán bằng hàm băm, tạo ra một giá trị duy nhất làm khóa cho những yêu cầu từ client đến server. Do đó, có thể dùng hai giá trị này để định hướng lại cho những yêu cầu. Với việc lựa chọn TCP port, client đã gián tiếp lựa chọn server để phục vụ mình. Những chỉ số port tiếp theo từ cùng một client được ánh xạ vào các server khác, nhờ đó giảm bớt sự mất cân bằng do sự tràn ngập những yêu cầu từ client gây ra. DPR Stateless có ưu điểm của là dễ thực hiện, kết quả phân tải chấp nhận được, không có overhead. Tuy nhiên, việc định hướng lại cho các kết nối không thể dựa trên những nhân tố khác như: tải của server, khoảng cách, … Để khắc phục những khuyết điểm của cơ chế DPR Stateless, người ta đề xuất một cơ chế khác đó là DPR Stateful. 2.1.2.2 DPR Stateful: Theo cơ chế DPR Stateful, mỗi server lưu giữ một danh sách tất cả các server khác trong hệ thống, bao gồm: địa chỉ IP tải hiện thời trên mỗi server, cũng như các bảng định tuyến chứa thông tin về những kết nối được định hướng đến các server khác. Theo từng khoảng thời gian xác định, mỗi server sẽ thông báo cho những server khác về tải hiện tại của nó bằng cách gởi đi các gói tin UDP Multicast hay Broadcast. Tải của mỗi server trong hệ thống có thể được tính toán dựa trên các yếu tố khác nhau như: việc sử dụng CPU, thời gian trả lời, số kết nối được định hướng lại mà server đang phục vụ, …. Tuy nhiên, các kết quả thực nghiệm cho thấy việc tính tải dựa trên số kết nối TCP đang mở trên mỗi 10 [...]... Ts Lê Nhật hợp với kiến trúc mạng của mình CHƯƠNG III: ỨNG DỤNG CHUYỂN MẠCH CÂN BẰNG TẢI TRONG HỆ THỐNG MẠNG VIỄN THÔNG FPT 3.1 Tổng quan mạng viễn thông FPT + Hạ tầng mạng viễn thông - - - FPT Telecom có 2 hướng kết nối Internet tại Hà Nội TP.HCM Tại Hà Nội: Tuyến cáp quang đất liền dung lượng 20Gbps kết nối qua biên giới Việt – Trung, chạy qua lãnh thổ Trung Quốc kết nối với POP FPT đặt tại... thời gian vài miligiây Kỹ thuật EtherChannel cho phép tích hợp 2, 4 hoặc 8 link có thể cân bằng tải dựa trên địa chỉ MAC (Layer 2), địa chỉ IP (Layer 3), hoặc giá 20 Đề Tài: Kỹ thuật cân bẳng tải Thăng Giảng Viên Hướng Dẫn: Ts Lê Nhật trị TCP port (Layer 4) Hình 2-9 minh họa quá trình cân bằng tải dựa trên địa chỉ MAC sử dụng kỹ thuật EtherChannel Cách thức phục hồi lỗi trên một đường truyền (link)... hiện load sharing Chúng cho phép thực hiện cân bằng tải tối đa trên 6 con đường (mặc định là 4) Việc cân bằng tải có thể dựa theo từng đích đến hoặc dùng kỹ thuật round robin, tùy thuộc vào bộ chuyển mạch trong router Trong khi đường kính mạng của RIP tối đa chỉ là 15 hop, IGRP/EIGRP cho phép mạng có đường kính lên tới 255 hop Các gói tin trên mạng sử dụng IGRP EIGRP được phân phối theo tỉ lệ nghịch... hình OSI hiện nay đều hỗ trợ khả năng cân bằng tải để đảm bảo hiệu suất hoạt động cũng như tính sẵn sàng của mạng Phần cuối của chương này sẽ đề cập đến các phương pháp cân bằng tải được thực hiện ở tầng 3 2.3 Cân bằng tải trong mạng gồm nhiều router kết nối với nhau Hiện nay, có rất nhiều giao thức hoạt động tại tầng 3 của mô hình OSI hỗ trợ việc cân bằng tải trên mạng Dưới đây là một số giao thức điển... TP.Hồ Chí Minh Cần Thơ Hệ thống mạng thế hệ mới NGN, hệ thống truyền dẫn hiện đại sử dụng SDH (truyền dẫn quang), chuyển mạch IP (IP swiching), cáp quang, DWDM với dung lượng 40Gbps Mạch vòng cáp quang chuyển mạch tự động đảm bảo thông tin liên lạc thông suốt Hệ thống truyền dẫn họat động có dự phòng Nền tảng chuyển mạch đa dịch vụ MSSP (Multi-Service Switching Platform) có khả năng truyền tải đa dịch... được tính toán dựa trên nhiều yếu tố nên việc cân bằng tải được thực hiện tốt hơn so với RIP mỗi router đều có một sơ đồ về toàn mạng Mặc dù vậy, các mạng sử dụng OSPF phức tạp trong thiết kế, cấu hình bảo trì Việc cân bằng tải mạng của các giao thức định tuyến như OSPF, RIP, IGRP, … được trình bày ở trên, đều dựa theo 1 trong 2 phương pháp phân phối gói tin: theo địa chỉ đích (per destination)... bảng định tuyến bộ đệm ARP nữa 2.3.5 Per packet Cân bằng tải dựa trên từng gói tin nghĩa là một gói tin được gởi đến một đích nào đó trên một đường truyền, gói tin tiếp theo có cùng đích đến được gởi đi trên đường truyền kế tiếp, cứ thế tiếp tục, giả sử những con đường có giá thành bằng nhau (equal-cost) Nếu các con đường có giá thành không bằng nhau (unequal-cost), cân bằng tải có thể là: cứ... thuật cân bẳng tải Thăng Giảng Viên Hướng Dẫn: Ts Lê Nhật Hình 2-11 – Thí dụ 2 về RIP 2.3.2 Interior Gateway Routing Protocol (IGRP) Enhanced IGRP (EIGRP) (Giao Thức định tuyến nội bộ) IGRP EIGRP đều là các giao thức định tuyến distance vector, được phát triển bởi Cisco Hai giao thức này tự động cân bằng tải trên các con đường có metric bằng nhau Metric trong IGRP EIGRP được tính toán dựa trên. .. đường giữa Sw1 Sw2 Khi điều này xảy ra, luồng dữ liệu từ VLAN 20 không thể truyền đi trên mạng Hình 2-5 Thí dụ 2 về CST Do vậy, một mạng chạy CST không có khả năng cân bằng tải Để giải quyết vấn đề trên, Cisco đã đề ra giải pháp Per-VLAN Spanning Tree (PVST) PVST+ 2.2.1 Per-VLAN cây mở rộng (Per-VLAN Spanning Tree (PVST) PVST+) Trong giải pháp PVST PVST+, mỗi VLAN tương ứng với một Spanning... này bằng tính năng "routing cố định" Bạn có thể thiết lập qui tắc để các kết nối giao dịch cần kiểm tra địa chỉ IP sau khi chọn được WAN tối ưu thì sẽ không thay đổi WAN trong suốt phiên giao dịch 33 Đề Tài: Kỹ thuật cân bẳng tải Thăng Giảng Viên Hướng Dẫn: Ts Lê Nhật 3.3 ỨNG DỤNG CHUYỂN MẠCH CÂN BẰNG TẢI TRONG HỆ THỐNG MẠNG VIỄN THÔNG FPT 3.3.1 Mô hình kết nối Mô hình giải pháp high availability load . thích và sử dụng phổ biến. 1 Đề Tài: Kỹ thuật cân bẳng tải Giảng Viên Hướng Dẫn: Ts Lê Nhật Thăng 1.2 Lợi ích và ứng dụng của chuyển mạch cân bằng tải Server Load Balancing (máy chủ cân bằng tải) . phân phối các yêu cầu dịch vụ trên một nhóm các máy chủ. Sơ đồ dưới đây cho thấy cân bằng tải trong một nhóm các máy chủ. Server Load Balancing (máy chủ cân bằng tải) ngày càng trở nên quan trọng. linh hoạt để triển khai thêm các máy chủ một cách nhanh chóng và minh bạch để đáp ứng được nhu cầu xử lý công việc trong doanh nghiệp. Server Load Balancing (máy chủ cân bằng tải) làm cho nhiều

Ngày đăng: 22/06/2014, 15:18

Từ khóa liên quan

Tài liệu cùng người dùng

  • Đang cập nhật ...

Tài liệu liên quan