Công nghệ Cân bằng tải máy chủ với SLB
MỤC LỤC
Mạng lưu trữ (SAN)
Sử dụng VPN, mọi người có thể làm việc tại nhà qua mạng (telecommuter) có thể truy xuất vào mạng của công ty qua internet bằng cách xây dựng một đường hầm bí mật (secure tunnel) giữa máy tính của họ và một VPN router đặt tại văn phòng công ty. Tuy nhiên với sự phân biệt trên phương diện địa lý đã đưa tới việc phân biệt trong nhiều đặc tính khác nhau của hai loại mạng trên, việc nghiên cứu các phân biệt đó cho ta hiểu rừ hơn về cỏc loại mạng.
Mô hình OSI
Sự phân biệt trên chỉ có tính chất ước lệ, các phân biệt trên càng trở nên khó xác định với việc phát triển của khoa học và kỹ thuật cũng như các phương tiện truyền dẫn. Mặc dù tồn tại một số mô hình khác nhưng hầu hết các nhà chế tạo đều đựa vào mô hình OSI để chế tạo các sản phẩn của họ.
Mô hình OSI với hệ thống cân bằng tải
So sánh hệ thống cân bằng tải và hệ thống thông thường
• Tính sẵn sàng cao do hệ thống dùng nhiều Server Vì vậy hệ thống có tính dự phòng. • Tớnh quản lý: Theo dừi và quản lý tập trung hệ thống Server, bảo dưỡng hệ thống server mà không cần tắt các dịch vụ. • Tất cả Server đều hoạt động đúng công suất không có tình trạng một Server làm việc quá tải trong khi server khác lại đang “nhàn rỗi”.
Các giải pháp chia tải trên thế giới
Chia tải nhờ thiết bị chia kết nối
Như vậy yêu cầu thực tế đặt ra là phải xây dựng được một hệ thống hoàn chỉnh có khả năng quản trị lưu lượng, có khả năng kiểm soát, điều khiển và tối ưu hóa lưu lượng mạng chạy qua nó. SLB là một giải pháp có thể giải quyết được hầu hết các yêu cầu đặt ra ở trên với một sự tối ưu cao nhất.
Các thành phần của SLB
Chức năng của các thành phần trong SLB
Một tài khoản như thế được sử dụng để xem các thống kê hiệu suất hoạt động của thiết bị.Truy nhập chỉ đọc thường là cấp độ truy cập đầu tiên của một người dùng khi đăng nhập vào hệ thống trước khi thay đổi sang các chế độ với quyền truy cập cao hơn. Data Center là một khái niệm dùng để chỉ một khu vực có độ an toàn cao, môi trường được điều tiết (thường sử dụng điều hòa không khí), các thiết bị phòng cháy chữa cháy không sử dụng nước (như Halon hoặc FM200) và hệ thống các UPS lưu trữ điện năng. Điều này sẽ không tốn quá nhi Còn nếu khi bạn sử dụng Leased line thì bạn phải mất từ 30 ngày đến 6 tháng để yêu cầu công ty viễn thông tăng thêm băng thông cho đường kết nối của mình như đường T-1 (1,5 Mbps) hoặc DS-3 (45 Mbps).
Hoạt động của hệ thống cân bằng tải server
Các đường kết nối mạng thường thường rất phức tạp, có liên quan đến các điểm ngang hàng, các leased line tới các nhà cung cấp, và có thể là chính đường backbone của bạn. Đối với các ứng dụng như Web server, có rất nhiều client và thời gian mà các yêu cầu của client tồn tại tương đối ngắn, khả nǎng của kỹ thuật này nhằm phân phối tải thông qua ánh xạ thống kê sẽ giúp cân bằng một cách hiệu quả các tải và cung cấp khả nǎng đáp ứng nhanh khi nhóm server có thay đổi. Các server trong nhóm cân bằng tải phát đi một bản tin đặc biệt thông báo trạng thái hoạt động của nó (gọi là heartbeat message) tới các host khác trong nhóm đồng thời nghe bản tin này từ các khác host khác.
Kiến trúc hệ thống cân bằng tải
Do thời gian lọc các gói không mong muốn diễn ra nhanh hơn thời gian định tuyến các gói (định tuyến bao gồm các quá trình nhận gói, kiểm tra, đóng gói lại và gửi đi), kiến trúc này cung cấp thông lượng cao hơn các giải pháp dựa trên bộ điều phối. Kiến trúc cân bằng tải cũng tận dụng được những ưu điểm về kiến trúc các thiết bị chuyển mạch (switch) hoặc các bộ tập trung (hub) của mạng con trong việc đồng thời phân phối lưu lượng mạng đến tất cả các host trong nhóm. Tuy nhiên, nếu các kết nối mạng phía client đến thiết bị chuyển mạch có tốc độ nhanh hơn nhiều các kết nối phía server, lưu lượng có thể chiếm một tỉ lệ lớn quá mức cho phép của bǎng thông cổng phía server.
Phân phối lưu lượng trong SLB
Nếu các host trong cluster được gắn vào một thiết bị chuyển mạch (swicth) chứ không phải một bộ tập trung (hub), việc sử dụng chung một địa chỉ MAC sẽ gây ra xung đột do các chuyển mạch lớp 2 chỉ có thể hoạt động khi các địa chỉ MAC nguồn trên tất cả các cổng của thiết bị chuyển mạch là duy nhất. Trong cấu hình này, NLB sử dụng một card mạng trên mạng con nhận các yêu cầu của client và một card mạng khác thường được đặt tách biệt trên mạng con cục bộ để trao đổi thông tin giữa các host trong nhóm và với các server cơ sở dữ liệu cũng như các file server gốc. Do mỗi host trong nhóm có một địa chỉ trạm làm việc duy nhất, chế độ này không cần một bộ card mạng thứ hai để trao đổi thông tin giữa các host trong nhóm và nó cũng không có bất cứ ảnh hưởng nào đến hiệu nǎng của toàn hệ thống do việc sử dụng các địa chỉ IP dành riêng.
Thuật toán cân bằng tải
Để hoạt động cân bằng tải có độ chính xác cao trên mỗi host trong nhóm, một phần tài nguyên hệ thống sẽ được sử dụng để đo và phản ứng trước những thay đổi của tải. Trong bất cứ trường hợp nào, việc sử dụng hợp lý các nguồn tài nguyên server phải được duy trì để có thể phục vụ cho các tải client khác trong trường hợp xảy ra lỗi. NLB dò các kết nối TCP trên mỗi host và sau khi kết nối TCP hiện tại của chúng hoàn thành, kết nối tiếp theo từ các client bị ảnh hưởng sẽ được xử lý bởi host mới.
Quá trình hội tụ của SLB
Sự trả giá về hiệu nǎng này phải được cân nhắc so với lợi ích của việc tối đa hoá khả nǎng sử dụng các tài nguyên trong nhóm (về cơ bản là CPU và bộ nhớ). Do đó, các host nên được bổ sung vào nhóm tại những thời điểm tải tǎng quá mạnh nhằm tối thiểu hoá hiện tượng ngắt quãng các phiên. Để tránh vấn đề này, trạng thái phiên phải được quản lý bởi ứng dụng server sao cho nó có thể được tái cấu trúc hay được trả lại từ bất kỳ một host nào trong nhóm.
Hiệu suất của SLB
Trong những trường hợp này, chạy NLB trong chế độ multicast và thiết lập mạng LAN ảo để hạn chế tràn switch là biện pháp khắc phục rất hiệu quả khiếm khuyết này. Như vậy, các nguyên tắc và các mô hình thực hiện SLB ở đây là các nguyên tắc và mô hình nói chung, còn cụ thể đối với mỗi sản phẩn của các hãng khác nhau lại có các giải pháp chi tiết hơn cho sản phẩn của họ. Trong phần này sẽ tiến hành thiết kế xây dựng một hệ thống cân bằng tải máy chủ thử nghiệm, qua đó sẽ hiểu sâu sắc hơn hệ thống SLB, cũng như có những bổ sung cho lý thuyết.
Giải pháp SLB dựa trên luân chuyển vòng DNS
Do chưa có một chuẩn thống nhất trên thế giới cho các thiết bị cân bằng tải nên vấn đề cần đặt ra là tính tương thích giữa các sản phẩn của các hãng khác nhau. Để dễ dàng cho việc thử nghiệm ở đây em xin trình bày một hệ thống cân bằng tải đơn giản trong các ứng dụng web sử dụng phương pháp luân chuyển vòng DNS. Khi nhập một URL vào trong trình duyệt (ví dụ như www.coltech.vnu.edu.vn) thì trình duyệt sẽ gửi một yêu cầu đến DNS yêu cầu nó trả về địa chỉ IP của site.
Đánh giá SLB dựa trên luân chuyển vòng DNS 1. Ưu điểm của phương pháp luân chuyển vòng DNS
Nhược điểm của phương pháp này
Một router thông minh có thể giải quyết được vấn đề này bằng cách kiểm tra các nút ở các khoảng thời gian nào đó, phát hiện ra các nút bị hỏng và gỡ bỏ chúng ra khỏi danh sách, chính vì vậy sẽ không có yêu cầu nào được gửi đến chúng nữa. Khi danh sách các máy chủ của bạn thay đổi, nó có thể cần đến một khoảng thời gian ngắn cho các entry đã được lưu trên mạng của các tổ chức khác hết hạn và tìm kiếm danh sách các máy chủ đã được cập nhật. Một số người dùng có thể yêu cầu mức tải cao hơn trong suốt một session của họ so với những người dùng khác ở trên máy chủ khác, và phương pháp này không thể bảo đảm chống lại được sự bất công bằng đó.
Demo giải pháp SLB dựa trên DNS round robin Cân bằng tải máy chủ web
Còn khi bạn thêm một nút thì máy chủ đó vẫn chưa được sử dụng cho tới khi địa chỉ IP của nó đến được tất cả các máy chủ DNS. Mặc dù phương pháp này có thể cân bằng được một số lượng người dùng trên mỗi máy chủ, nhưng nó không hoàn toàn cân bằng tải máy chủ. Sau mỗi lần truy vấn địa chỉ www.coltech.vnu.edu.vn máy chủ dns trả lời với một địa chỉ ip trong nhóm đã được ánh xạ với tên miền www.coltech.vnu.edu.vn theo cơ chế luân chuyển vòng tròn.