ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MỤC LỤC 1 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, nhóm em muốn gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới Ths.Trương Tiến Vũ, người đã trực tiếp hướng dẫn và có những lời góp ý, cùng nhiều tài liệu bổ ích để đề tài này được hoàn thành. Em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo khoa công nghệ thông tin đã tạo điều kiện học tập và nghiên cứu trong những năm học tập vừa qua. Xin chân thành cảm ơn các bạn học cùng lớp đã có những lời động viên quý báu trong suốt thời gian thực hiện đề tài này. Lời cuối, nhóm muốn gửi lời biết ơn sâu sắc tới gia đình của từng thành viên. Gia đình luôn là nguồn động viên tinh thần và cổ vũ lớn lao, là động lực giúp nhóm thành công trong học tập, công việc và cuộc sống. Đà Nẵng, ngày 10 tháng 1 năm 2013 2 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT SLB Server load blancing Cân bằng tải máy chủ NLB Network load blancing Cân bằng tải mạng DNS Domain Name System Hệ thống tên miền DFS Distributed File System Phân phối hệ thống tập tin DANH MỤC HÌNH VẼ Hình Trang Hình 1.1. Cách làm việc của Cookie user = 1 11 3 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 1.2. Cookie read 12 Hình 1.3. Cookie – insert 13 Hình 1.4. Bộ cân bằng tải chèn 1 Cookie 14 Hình 1.5. Bộ cân bằng tải ghi đè 1 Cookie 15 Hình 1.6. Cân bằng tải sử dụng phần cứng 16 Hình 1.7. Xử lý các yêu cầu kết nối tập trung 19 Hình 2.1. So sánh hệ thống cân bằng tải server và hệ thống thường 23 Hình 2.2. Kịch bản Active – Standby 28 Hình 2.3. Hoạt động của kịch bản Active - Standby 28 Hình 2.4. Kịch bản Active – Active 29 Hình 2.5. Hoạt động của kịch bản Active - Active 29 Hình 2.6. Hoạt động của kịch bản Active - Active 30 Hình 2.7. Hệ thống SLB đơn giản 35 Hình 2.8. Cấu trúc thư mục thật sự của 1 hệ thống DFS 37 MỞ ĐẦU I. Lý do chọn đề tài Công nghệ mạng và các hệ thống máy chủ ngày nay đã có những bước phát triển vượt bậc. Nhờ đó đáp ứng được các ứng dụng thương mại rộng lớn như các giao dịch tài chính, hệ thống cơ sở dữ liệu, hệ thống web server, file server, các ứng dụng truyền media…. Các ứng dụng này coa tần suất sử dụng cao, yêu cầu hoạt động liên tục. Do vậy, hệ thống mạng phải có khả năng mở rộng tối ưu để đáp ứng được một lượng lớn các yêu 4 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP cầu ngày càng tăng của người dùng mà không gây ra bất kỳ một độ trễ không mong muốn nào. Một trong những xu hướng lựa chọn hệ thống mạng ngày nay là phân tán sự tính toán giữa các hệ thống vật lý khác nhau. Các hệ thống vật lý này có thể khác nhau về quy mô và chức năng. Chúng thường bao gồm các máy trạm, các máy tính mini và các hệ thống máy tính đa năng lớn. Các hệ thống này thường được gọi là các nút. Sự nghiên cứu về hệ thống mạng phân tán bao gồm nhiều lĩnh vực như: Mạng truyền thông, hệ điều hành phân tán, cơ sở dữ liệu phân tán, lý thuyết về các hệ thống song song và phân tán, cấu trúc nội mạng, độ tin cậy và khả năng chịu lỗi, hệ thống phân tán trong thời gian thực, khả năng gỡ lỗi phân tán và các ứng dụng phân tán. Như vậy hệ thống mạng phân tán bao gồm mạng vật lý, các nút và các phần mềm điều khiển. Có 5 lý do để xây dựng một hệ thống mạng phân tán, đó là: chia sẻ tài nguyên, cải tiến sự tối ưu, độ tin cậy, khả năng truyền thông và độ khả mở. Một trong những vấn đề thú vị nhất của hệ thống mạng phân tán là cải tiến sự tối ưu của hệ thống qua sự cân bằng tải giữa các nút hay các máy chủ. Với lý do trên, em đã lựa chọn đề tài: “Tìm hiểu kỹ thuật cân bằng tải File Server”. Đây là một vấn đề khá quan trọng trong việc thiết kế các hệ thống mạng hiện nay, các trung tâm tính toán hiệu năng cao và các trung tâm dữ liệu phục vụ cho các ứng dụng lớn. II. Mục tiêu Đề tài này sẽ giúp chúng ta biết được các quá trình cần thiết để có thể cân bằng tải cho một hệ thống mạng. Giúp ta biết sâu hơn về khái niệm cũng như chức năng cân bằng tải của File Server 2008. III. Phạm vi nghiên cứu Trong quá trình nghiên cứu và tìm hiêu làm đề tài. Có rất nhiều vấn đề về cân bằng tải trên server và các ứng dụng triển khai trên đó, nhưng ở đề tài này chỉ nghiên cứu một 5 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP mảng nhỏ của hệ thống cân bằng tải đó là File Server, nghiên cứu tổng quan về khái niệm cân bằng tải, các chứng năng chính và phân loại cân bằng tải và cuối cùng là triển khai giải pháp cân bằng tải trên File Server 2008. IV. Phương pháp nghiên cứu Đọc kỹ và nắm bắt các yêu cầu của đồ án đề ra. Đi sâu trong việc tìm kiếm tài liệu và trình bày một cách hợp lý, chăm chú lắng nghe và tiếp thu những ý kiến đóng góp của giáo viên hướng dẫn và các thầy cô. V. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Về mặt lý thuyết, đề tài là một cách tiếp cận trong vấn đề tìm hiểu các vấn đề trong cân bằng tải trên File Server, tìm hiểu về Windows Server 2008. Về mặt thực tiễn, đề tài sẽ góp phần nâng cao khả năng tổ chức và triển khai cân bằng tải trên File Server 2008 vào một hệ thống mạng nội bộ. CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÂN BẰNG TẢI 1.1. Giới thiệu cân bằng tải 1.1.1. Khái niệm cân bằng tải Cân bằng tải là một phương pháp phân phối khối lượng tải trên nhiều máy tính hoặc một cụm máy tính để có thể sử dụng tối ưu các nguồn lực, tối đa hóa thông lượng, giảm thời gian đáp ứng và tránh tình trạng quá tải trên máy chủ. Là cơ chế định tuyến các gói tin qua các đường có metric bằng nhau. Cân bằng tải dùng để chia sẻ dữ liệu truyền trên mạng giúp cho việc truyền tải thông suốt, không bị nghẽn mạng do quá tải hay do một sự cố nào đó. Hoặc khi có một máy server nào đó bị trục trặc thì sẽ có máy server khác thay 6 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP thế để giúp nhận dữ liệu thay thế cho server bị trục trặc đó, giúp cho việc truyền tải không bị ngừng do máy server bị lỗi đó gây ra. 1.1.2. Lợi ích cân bằng tải • Tăng khả năng đáp ứng, tránh tình trạng quá tải trên máy chủ, đảm bảo tính linh hoạt và mở rộng cho hệ thống. • Tăng độ tin cậy và khả năng dự phòng cho hệ thống: Sử dụng cân bằng tải giúp tăng tính HA (High Availability) cho hệ thống, đồng thời đảm bảo cho người dùng không bị gián đoạn dịch vụ khi xảy ra lỗi sự cố lỗi tại một điểm cung cấp dịch vụ. • Tăng tính bảo mật cho hệ thống: Thông thường khi người dùng gửi yêu cầu dịch vụ đến hệ thống, yêu cầu đó sẽ được xử lý trên bộ cân bằng tải, sau đó thành phần cân bằng tải mới chuyển tiếp các yêu cầu cho các máy chủ bên trong. Quá trình trả lời cho khách hàng cũng thông qua thành phần cân bằng tải, vì vậy mà người dùng không thể biết được chính xác các máy chủ bên trong cũng như phương pháp phân tải được sử dụng. Bằng cách này có thể ngăn chặn người dùng giao tiếp trực tiếp với các máy chủ, ẩn các thông tin và cấu trúc mạng nội bộ, ngăn ngừa các cuộc tấn công trên mạng hoặc các dịch vụ không liên quan đang hoạt động trên các cổng khác. 1.2. Kỹ thuật cân bằng tải Như chúng ta đã biết, bộ cân bằng tải có nhiệm vụ kết nối giữa người dùng và server, do đó nó có thể hoạt động như một proxy hoặc gateway. Một proxy có nhiệm vụ luân chuyển yêu cầu và dữ liệu đáp trả giữa người dùng và server, trong khi đó một gateway chỉ có nhiệm vụ tạo ra một kết nối hai đối tượng này và không làm gì thêm. Có thể sử dụng phần cứng hoặc phần mềm được cài đặt trên một front server, hoặc trên chính web server. Thêm nữa, khi số lượng người dùng tăng lên, để tránh SPOF [ 1 ] , cần thiết phải 1[1] SPOF(Single point of failure): Một điểm trong hệ thống mà nếu nó ngừng hoạt động, toàn bộ hệ thống sẽ bị tê liệt 7 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP cài đặt 2 bộ cân bằng tải song song, hoạt động theo cơ chế active-active hoặc active- standby. 1.2.1. Kiểm tra trạng thái server Để chọn được server phù hợp để gửi request, bộ cân bằng tải cần phải biết được server nào đang có sẵn. Vì vậy, nó cần phải dùng biện pháp nào đó để kiểm tra trạng thái của server, chằng hạn như gửi lệnh ping, các yêu cầu, thử kết nối hay bất cứ phương pháp nào mà người quản trị nghĩ là dùng được. Kỹ thuật kiểm tra này thường được gọi là “health checks”. Một server bị down có thể trả lời lệnh ping nhưng không thể trả lời các kết nối TCP, một server bị treo có khả năng trả lời kết nối TCP nhưng không thể trả lời các yêu cầu HTTP. Khi một ứng dụng web nhiều lớp được kích hoạt, một số yêu cầu HTTP có thể trả lời ngay lập tức trong khi số khác sẽ thất bại. Chính vì thế, việc chọn một phương pháp test phù hợp được chấp nhận bởi ứng dụng web và bộ cân bằng tải là rất thú vị. Một số test đôi khi phải cần truy xuất dữ liệu database nhằm đảm bảo rằng toàn bộ quá trình của nó là đúng. Hạn chế lớn nhất là những phương pháp kiểm tra này sẽ chiếm tài nguyên của hệ thống như là CPU, threads… Do đó, cân bằng thời gian kiểm tra chính là vấn đề khó nhất trong kỹ thuật lựa chọn server. Khoảng thời gian giữa 2 lần test liên tiếp phải đủ dài để không tốn quá nhiều tài nguyên của hệ thống và cũng cần đủ ngắn để nhanh chóng phát hiện ra những server “chết”. Vì “health checks” là một trong những khía cạnh phức tạp nhất của kỹ thuật cân bằng tải, nên thường sau một vài kiểm tra, các nhà phát triển ứng dụng sẽ thực thi một yêu cầu đặc biệt dành riêng cho bộ cân bằng tải, giúp cho nó thực hiện một số kiểm tra nội bộ. Phần mềm cân bằng tải có khả năng cung cấp scripting, do đó nó đạt được độ linh hoạt rất cao. Thêm nữa, nếu như một bài kiểm tra nào đó đòi hỏi phải chỉnh sửa code, nó có thể thực hiện trong một khoảng thời gian ngắn. 1.2.2. Lựa chọn server tốt nhất Phương pháp dễ nhất và thường được sử dụng nhất trong các hệ thống nhỏ là Round Robin, các server được lựa chọn quay vòng, tuy nhiên phương pháp này có nhược 8 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP điểm là 2 requests liên tục từ một người dùng sẽ vào 2 servers khác nhau, thông tin giữa 2 yêu cầu liên tiếp sẽ bị mất, như vậy sẽ không thể tối ưu hóa được sử dụng tài nguyên. Đặc biệt là khi cần phải cài đặt kết nối cho các phiên chạy - ví dụ như SSL key negociation - sẽ rất tốn thời gian. Một cách khắc phục nhược điểm này là sử dụng một hàm băm theo địa chỉ IP, như vậy requests từ cùng một địa chỉ IP sẽ chỉ vào một server duy nhất. Tuy vậy phương pháp này đòi hỏi người dùng phải có IP tĩnh. Vậy thì cách khắc phục cho những hạn chế trên là gì? Đó chính là các kỹ Persistence. 1.2.3. Kỹ thuật Session Persistence Như đã đề cập ở trên, vấn đề cần giải quyết chính là làm sao để giữ cho các yêu cầu của một người dùng được gửi vào một máy duy nhất trong suốt phiên làm việc của người đó. Tất cả các yêu cầu của người dùng này cần phải được chuyển vào cùng một server. Nếu server bị chết, hoặc ngừng để bảo trì, cần phải có cơ chế để chuyển session của người dùng này sang máy server khác. Đó chính là kỹ thuật Session Persistence. Có một số giải pháp được đưa ra để tiếp cận kỹ thuật này, chẳng hạn như sử dụng một respone HTTP 302 hay tạo ra liên kết giữa người dùng – server. Tuy vậy 2 phương pháp này đều có những hạn chế, sử dụng HTTP 302 sẽ khiến người dùng luôn luôn tìm cách kết nối với một server duy nhất, kể cả khi server này đã “chết”. Dùng cách tạo liên kết đòi hỏi user phải có IP tĩnh trong suốt phiên làm việc. Vậy thì câu trả lời cuối cùng là gì? Đó chính là sử dụng cookie. Cookie là một đối tượng được điều khiển bởi Web Servers. Trong kết quả trả về cho người dùng web servers sẽ chèn thêm một số thông tin. Những yêu cầu tiếp theo của người dùng gửi đến server sẽ chứa thêm thông tin của cookie này, server sẽ đọc các cookie và biết phải làm gì với các yêu cầu này. 1.2.4. Cookie Một cookie được định nghĩa bằng cặp tên=giá trị (name=value). Hình 1.1 miêu tả hoạt động của cookie với cặp user=1, cho biết tên cookie là user và giá trị của nó là 1. Bên phía người dùng, cookie được điều khiển bởi trình duyệt và “trong suốt” đối với người dùng. 9 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 1.1. Cách làm việc của cookie user=1 Trong thiết kế của bộ cân bằng tải, có 3 cách để sử dụng cookie: Cookie chỉ đọc (Cookie-Read), bộ cân bằng tải chèn cookie nhằm chứng thực server (Cookie-Insert) và ghi đè cookie (Cookie-Rewrite). + Cookie-Read Cách thức hoạt động của cookie-read được mô tả trong hình 1.2 dưới đây. Khi người dùng lần đầu tiên gửi yêu cầu đến server, do không có cookie trong yêu cầu, nên nó sẽ được phân tải đến server RS1 (1). Server RS1 sẽ tạo và đặt cookie server=1 vào trong dữ liệu trả về cho người dùng (2). Trình duyệt của người dùng sẽ nhận trả về này, đọc thấy cookies và lưu trữ nó vào trong đĩa cứng (3). Sau đó người dùng có thể đóng trình duyệt hoặc ngắt kết nối (giả sử rằng trình duyệt của người dùng không tự động xóa cookie sau khi đóng). Một thời gian sau người dùng kết nối lại và gửi yêu cầu đến bộ cân bằng tải . Sau khi kết nối được thiết lập, trình duyệt người dùng sẽ gửi cookie server=1 như là một phần của yêu cầu HTTP (4). Bộ cân bằng tải sẽ đọc được cookie này, và do đó sẽ chuyển yêu cầu của người dùng vào server RS1. Như vậy người dùng sẽ luôn được kết nối vào server 1 cho đến khi nào cookie còn tồn tại, cho dù người dùng có thể vào website từ các địa chỉ IP khác nhau. 10 [...]... ngưng hoạt động do đó tính chịu lỗi thấp 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 tính chịu lỗi thấp và chi phí cao CHƯƠNG II GIẢI PHÁP CÂN BẰNG TẢI TRÊN FILE SERVER 2.1 GIỚI THIỆU CÂN BẰNG TẢI TRÊN FILE SERVER 2.1.1 Giới thiệu Windows Server 2008 Window Server 2008 là hệ điều hành cho máy chủ được sản xuất... làm việc quá tải trong khi server khác lại đang “nhàn rỗi” Những tổ chức nào cần có giải pháp cân bằng tải ? - Các doanh nghiệp - Nhà cung cấp dịch vụ ISP - Trung tâm xử lý dữ liệu - Chính phủ - Phòng thí nghiệm - Trường đại học, viện nghiên cứu… 2.2 Các thành phần của cân bằng tải File Server 2.2.1 Chức năng của các thành phần cân bằng tải File Server Một giải pháp cân bằng tải phải (Server Load Balancer)... tắc cân bằng tải vẫn xuất phát từ những quan điểm kỹ thuật khá tương đồng Một kỹ thuật cân bằng tải điển hình là RRDNS (Round Robin DNS) Với giải pháp này, nếu một server trong nhóm bị lỗi, RRDNS sẽ vẫn tiếp tục gửi tải cho server đó cho đến khi người quản trị mạng phát hiện ra lỗi và tách server này ra khỏi danh sách địa chỉ DNS Điều này sẽ gây ra sự đứt quãng dịch vụ Sau những phát triển, từ các thuật. .. lưu giá trị cookie, và bộ cân bằng tải chỉ cần đặt vào đó giá trị cần thiết Trong phương pháp ghi đè cookie, được mô tả như hình 1.5 ở dưới, ứng dụng sẽ chèn vào gói tin trả về một cookie server= XXX Tất cả những gì bộ cân bằng tải phải làm là tìm kiếm đoạn server= XXX này và thay “XXX” bằng giá trị ID của server, chẳng hạn như server= 001 13 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 1.5 Bộ cân bằng tải ghi đè một cookie Ưu... hiệu nǎng và tính khả dụng của kỹ thuật này ở mức cao nhất Kịch bản A Kịch bản B Tính sẵn sàng cao Có Không Tính mở rộng Có Không Ứng dụng Xử lý đa nhiệm Xử lý nhanh đơn nhiệm 2.1.3 So sánh hệ thống cân bằng tải server và hệ thống thông thường Hình 2.1 So sánh hệ thống cân bằng tải server và hệ thống thông thường Ưu điểm của cân bằng tải: - Tính mở rộng: thêm hoặc bỏ bớt server một cách dễ dàng - Tính... Ưu điểm của phương pháp này là tránh cho bộ cân bằng tải làm việc quá mức và tránh cho gói tin bị chia nhỏ Bên cạnh đó nó cũng khắc phục được nhược điểm của phương pháp cookie-read Nó là phương pháp tốt nhất trong 3 phương pháp đã được đề cập ở trên và thường được chọn để dùng trong các bộ cân bằng tải 1.2.5 Cân bằng tải sử dụng phần cứng Bộ cân bằng tải bằng phần cứng sẽ thể hiện một địa chỉ IP ảo... sẽ gây ra sự đứt quãng dịch vụ Sau những phát triển, từ các thuật toán cân bằng tải tĩnh như Round Robin, Weighted Round Robin đến các thuật toán cân bằng tải động như Least Connection, Weighted Least Connection, Optimized Weighted Round Robin và Optimized Weighted Least Connection, kỹ thuật cân bằng tải hiện nay nhờ sự kết hợp các thuật toán trên ngày càng trở nên hoàn thiện mặc dù nhược điểm vốn có... là gì Khi 1 server được thêm mới hoặc xóa bỏ, hoặc khi file cấu hình của bộ cân bằng tải bị thay đổi, người quản trị hệ thống sẽ không cần phải lo lắng về việc cập nhập file cấu hình cho server Nhược điểm của phương pháp này là có thể gây ra quá tải ở bộ cân bằng tải Chúng ta có thể thấy rõ số lượng công việc mà bộ cân bằng tải phải làm khi chèn 1 cookie trong hình 1.4 Vì cần phải chèn dữ liệu nên gói... Hoạt động của hệ thống cân bằng tải File Server Mô hình SLB đơn giản được mô tả như ở hình dưới đây Hình 2.7: Hệ thống SLB đơn giản SLB mở rộng hiệu nǎng của các server ứng dụng, như File server, Web server chẳng hạn, nhờ phân phối các yêu cầu của client cho các server trong nhóm (cluster) Các server (hay còn gọi là host) đều nhận gói IP đến, nhưng gói chỉ được xử lý bởi một server nhất định Các host... định ra mức tải mà nó sẽ xử lý hoặc tải có thể phân phối một cách đồng đều giữa các host Nhờ sử dụng việc phân phối tải này, mỗi server sẽ lựa chọn và xử lý một phần tải của host Tải do các client gửi đến được phân phối sao cho mỗi server nhận được số lượng các yêu cầu theo đúng phần tải đã định của nó Sự cân bằng tải này có thể điều chỉnh động khi các host tham gia vào hoặc rời khỏi nhóm Các server trong . hệ thống qua sự cân bằng tải giữa các nút hay các máy chủ. Với lý do trên, em đã lựa chọn đề tài: Tìm hiểu kỹ thuật cân bằng tải File Server . Đây là. khai cân bằng tải trên File Server 2008 vào một hệ thống mạng nội bộ. CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÂN BẰNG TẢI 1.1. Giới thiệu cân bằng tải 1.1.1. Khái niệm cân