Đang tải... (xem toàn văn)
Công nghệ cân bằng tải server
LỜI CẢM ƠN 3 DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT . 4 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 5 MỞ ĐẦU . 6 CHƯƠNG 1: CẤU TRÚC MẠNG . 7 1.1. Định nghĩa mạng máy tính . 7 1.2. Kiến trúc mạng máy tính . 8 1.2.1. Topo mạng . 8 1.2.2. Giao thức mạng . 9 1.3. Phân loại mạng máy tính . 10 1.3.1 Mạng cục bộ (Local Area Networks - LAN) . 10 1.3.2. Mạng diện rộng (Wide Area Networks - WAN) . 11 1.3.3. Mạng đô thị (MAN) 12 1.3.4. Mạng lưu trữ (SAN) . 13 1.3.5 Mạng riêng ảo (VPN) . 13 1.4. Mô hình OSI 14 1.5. Mô hình OSI với hệ thống cân bằng tải 15 CHƯƠNG 2: 17 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CÂN BẰNG TẢI SERVER . 17 2.1 Tại sao phải xây dựng hệ thống cân bằng tải? 17 2.1.1.So sánh hệ thống cân bằng tải và hệ thống thông thường 18 2.2.Các giải pháp chia tải trên thế giới 19 2.2.2. Chia tải nhờ proxy 20 2.2.3. Chia tải nhờ thiết bị chia kết nối . 20 2.3. Các thành phần của SLB . 21 2.3.1. Chức năng của các thành phần trong SLB . 21 1 2.3.3. Hoạt động của hệ thống cân bằng tải server 30 2.3.4. Kiến trúc hệ thống cân bằng tải . 31 2.3.5 Phân phối lưu lượng trong SLB . 33 2.3.6. Thuật toán cân bằng tải . 38 2.3.7. Quá trình hội tụ của SLB 39 2.3.7. Hiệu suất của SLB . 40 CHƯƠNG 3: . 42 TRIỂN KHAI VÀ ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG 42 SERVER LOAD BALANCING . 42 3.1. Giải pháp SLB dựa trên luân chuyển vòng DNS 42 3.2. Đánh giá SLB dựa trên luân chuyển vòng DNS . 44 3.2.1. Ưu điểm của phương pháp luân chuyển vòng DNS 44 3.2.2. Nhược điểm của phương pháp này 44 3.3. Demo giải pháp SLB dựa trên DNS round robin . 46 Cân bằng tải máy chủ web . 46 KẾT LUẬN 49 Tài liệu tham khảo 50 2 LỜI CẢM ƠNLời đầu tiên, em muốn gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới PGS.TS Nguyễn Kim Giao người đã trực tiếp hướng dẫn và có những lời góp ý, cùng nhiều tài liệu bổ ích để luận văn này được hoàn thành. Em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo khoa điện tử viễn thông đã tạo điều kiện học tập và nghiên cứu trong những năm học tập vừa qua. Xin chân thành cảm ơn các bạn bè đồng nghiệp, các bạn học cùng lớp đã có những lời động viên quý báu trong suốt thời gian thực hiện luận văn này.Lời cuối, em muốn gửi lời biết ơn sâu sắc tới gia đình em. Gia đình luôn là nguồn động viên tinh thần và cổ vũ lớn lao, là động lực giúp em thành công trong học tập, công việc và cuộc sống. Hà nội, tháng 05 năm 2008Dương Ngọc Thắng DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮTSLB Server load blancing Cân bằng tải máy chủNLB Network load blancing Cân bằng tải mạngDNS Domain Name System Hệ thống tên miền DANH MỤC CÁC HÌNH VẼHình 1.1: Một mô hình liên kết các máy tính trong mạng .8Hình 1.2: Hình ảnh một mạng LAN 11Hình 1.3: Hình ảnh một mạng WAN 12Hình 1.4: Hình ảnh một mạng MAN .12Hình 1.5: Hình ảnh một mạng SAN 13Hình 1.6: Hình ảnh một mạng VPN 14Hình 1.7: Mô hình 7 tầng OSI .16Hình 2.1: Kịch bản Active – Standby 23Hình 2.2: Hoạt động của kịch bản Active - Standby 24Hình 2.3: Kịch bản Active-Active .25Hình 2.4: Hoạt động của kịch bản Active-Active 25Hình 2.5: Hoạt động của VRRP 26Hình 2.6 Mô tả Colocation 29Hình 2.7: Hệ thống SLB đơn giản .31Hình 2.8: Hành trình của một gói dữ liệu 33 MỞ ĐẦUCông 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, các ứng dụng truyền media…. Các ứng dụng này có 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 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 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 nối 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 thông qua sự cân bằng tải giữa các nút hay các máy chủ.Với lý do trên, em đã lựa chọn đề tài luận văn tốt nghiệp là “Công nghệ cân bằng tải server”. Đây là một vấn đề khá quan trọng trong việc thiết kế các hệ thống mạng, các trung tâm tính toán hiệu năng cao và các trung tâm dữ liệu phục vụ cho các ứng dụng lớn.Nội dung nghiên cứu của luận văn này được xây dựng trên cơ sở những kiến thức đã được tiếp thu trong quá trình học tập, nghiên cứu tại trường đại học Công Nghệ, Đại Học Quốc Gia Hà Nội cũng như thời gian làm việc tại phòng phát triển hệ thống công ty máy tính Anh Đức. Với thời gian nghiên cứu hạn hẹp, luận văn không tránh khỏi những sai sót, em xin được sự góp ý chỉ bảo của các quý thầy cô và các bạn. CHƯƠNG 1: CẤU TRÚC MẠNGSự kết hợp của máy tính với các hệ thống truyền thông đặc biệt là các hệ thống viễn thông đã tạo ra một sự chuyển biến có tính cách mạng trong vấn đề khai thác và sử dụng các hệ thống máy tính. Mô hình tập trung dựa trên các máy tính lớn với phương thức khai thác theo lô đã được thay thế bằng mô hình tổ chức mới, trong đó các máy tính đơn lẻ được kết hợp lại để cùng thực hiện một công việc. Một môi trường làm việc đà người dùng sử dụng tài nguyên phân tán đã hình thành và cho phép nâng cao hiệu quả khai thác tài nguyên chung từ những vị trí địa lý khác nhau. Các hệ thống như thế gọi là các mạng máy tính. Trong những năm 70 của thế kỉ 20, khi bắt đầu xuất hiện khái niệm Mạng truyền thông, trong đó các thành phần chính của nó là các nút mạng, được gọi là các bộ chuyển mạch dùng để chuyển thông tin đến đích của nó. Các nút mạng được nối với nhau bằng các đường truyền vật lý còn các máy tính xủ lý thông tin qua trạm Host hoặc các trạm cuối được kết nối trực tiếp vào các nút mạng để khi cần thì sẵn sàng trao đổi thông tin qua mạng. 1.1. Định nghĩa mạng máy tính Mạng máy tính là một tập hợp các máy tính được nối với nhau bởi đường truyền theo một cấu trúc nào đó và thông qua đó các máy tính trao đổi thông tin qua lại cho nhau.Đường truyền là hệ thống các thiết bị truyền dẫn có dây hay không dây dùng để chuyển các tín hiệu điện tử từ máy tính này đến máy tính khác. Các tín hiệu điện tử đó biểu thị các giá trị dữ liệu dưới dạng các xung nhị phân (on - off). Tất cả các tín hiệu được truyền giữa các máy tính đều thuộc một dạng sóng điện từ. Tùy theo tần số của sóng điện từ có thể dùng các đường truyền vật lý khác nhau để truyền các tín hiệu. Ở đây đường truyền được kết nối có thể là dây cáp đồng trục, cáp xoắn, cáp quang, dây điện thoại, sóng vô tuyến .Các đường truyền dữ liệu tạo nên cấu trúc của mạng. Hai khái niệm đường truyền và cấu trúc là những đặc trưng cơ bản của mạng máy tính. Hình 1.1: Một mô hình liên kết các máy tính trong mạngVới sự trao đổi qua lại giữa máy tính này với máy tính khác đã phân biệt mạng máy tính với các hệ thống thu phát một chiều như truyền hình, phát thông tin từ vệ tinh xuống các trạm thu thụ động . vì tại đây chỉ có thông tin một chiều từ nơi phát đến nơi thu mà không quan tâm đến có bao nhiêu nơi thu, có thu tốt hay không.Đặc trưng cơ bản của đường truyền vật lý là băng thông. Băng thông của một đường chuyền chính là độ đo phạm vi tần số mà nó có thể đáp ứng được. Tốc độ truyền dữ liệu trên đường truyền còn được gọi là thông lượng của đường truyền - thường được tính bằng số lượng bit được truyền đi trong một giây (Bps).1.2. Kiến trúc mạng máy tínhKiến trúc mạng máy tính thể hiện cách nối các máy tính với nhau ra sao và tập hợp các quy ước mà tất cả các thực thể tham gia truyền thông trên mạng phải tuân theo để đảm bảo cho mạng hoạt động tốt. Sự sắp xếp vật lý đặc trưng của các thành phần mạng được gọi là hình trạng (topology) mạng. Còn tập hợp các quy tắc, qui ước truyền thông gọi là giao thức mạng.1.2.1. Topo mạngTopo mạng xác định cấu trúc của mạng. Có hai kiểu topo mạng là topo vật lý và topo luận lý.Topo vật lý: xác định các thành phần của mạng được nối thực tế với nhau như thế nào. Có các dạng topo vật lý được dùng phổ biến như.• Bus: dùng một trục cáp đơn được kết cuối ở cả hai đầu. Tất cả các host được kết nối trực tiếp vào trục này. • Ring: kết nối host này đến host kế tiếp và cứ thế cho đến host cuối lại kết nối với host đầu. Từ đó tạo nên vòng tròn cáp vật lý.• Star: Kết nối tất cả các host đến một điểm trung tâm.• Start mở rộng: liên kết các star riêng lại với nhau bằng cách nối các hub hoặc switch với nhau, dạng này có khả năng mở rộng phạm vi và mức bao phủ của mạng. • Topo phân cấp: tương tự như star mở rộng. Tuy nhiên, thay vì liên kết các hub hay switch với nhau, hệ thống này được liên kết đến một máy tính kiểm soát lưu lượng trên topo.• Mesh: được triển khai nhằn tăng cường mức bảo vệ càng nhiều càng tốt đối với tình huống gián đoạn dịch vụ. Việc sử dụng mesh trong các hệ thống điều khiển được nối thành mạng của một cơ sở hạt nhân là một ví dụ điển hình. Như có thể thấy trên hình dưới, mỗi host có các kết nối riêng đến tất cả các host còn lại. Mặc dù Internet có nhiều đường dẫn đến bất kì một vị trí nào, nhưng nó vẫn không được coi là một topo dạng lưới đầy đủ.Topo luận lý: là cách thức mà host truyền thông xuyên qua môi trường. Có hai loại phổ biến nhất của topo luận lý là broadcast và token passingBroadcast có nghĩa đơn giản là mỗi host truyền số liệu của nó đến tất cả các host trên môi trường mạng. Không có trật tự ưu tiên nào mà các trạm phải tuân theo trong việc sử dụng mạng, mà hoạt động theo phương thức đến trước phục vụ trước. Kiểu hoạt động này hoạt động theo cách của mạng Ethernet.Token passing điều khiển truy nhập mạng bằng cách chuyển một thể điện một cách tuần tự đến các host. Mỗi khi một host nhận được thẻ bài này là lúc nó có thể truyền số liệu lên mạng. Nếu host không có số liệu để truyền nó lập tức chuyển thẻ điện đến host kế tiếp và tiến trình cứ như thế lặp lại. Hai mạng sử dụng token passing là Token Ring và FDDI. Một biến thể khác của Token Ring và FDDI là Arcnet. Arcnet là một token passing trên một topo dạng bus.1.2.2. Giao thức mạngViệc trao đổi thông tin cho dù là đơn giản nhất cũng phải tuân theo những quy tắc nhất định. Ngay cả hai người nói chuyện với nhau muốn cho cuộc nói chuyện có kết quả thì hai người cũng phải ngầm theo một quy tắc nào đó. Việc truyền tín hiệu trên mạng cũng vậy, cần phải có những quy tắc, quy ước về nhiều mặt, từ khuôn dạng của dữ liệu cho tới các thủ tục gửi nhận dữ liệu, kiểm soát hiệu quả và chất lượng truyền tin, xử lý các lỗi và sự cố. Yêu cầu về xử lý và trao đổi thông tin của người sử dụng càng cao thì các quy tắc càng nhiều và phức tạp hơn. Tập hợp tất cả các quy tắc, quy ước đó được gọi là giao thức của mạng.1.3. Phân loại mạng máy tính Do hiện nay mạng máy tính được phát triển khắp nơi với những ứng dụng ngày càng đa dạng cho nên việc phân loại mạng máy tính là một việc rất phức tạp. Người ta có thể chia các mạng máy tính theo khoảng cách địa lý ra làm các loại: Mạng diện rộng,Mạng cục bộ, mạng đô thị, Mạng lưu trữ và Mạng riêng ảo.1.3.1 Mạng cục bộ (Local Area Networks - LAN)Mạng cục bộ là mạng được thiết lập để liên kết các máy tính trong một khu vực như trong một toà nhà, một khu nhà. Mạng LAN bao gồn các thành phần sau:• Máy tính• Các card giao tiếp mạng.• Các thiết bị ngoại vi.• Đường truyền thiết lập mạng.• Các thiết bị mạng.LAN dùng các kĩ thuật máy tính để chia sẻ tập tin và máy in cục bộ một cách hiệu quả và mở ra khả năng truyền thông nội bộ. Một vài công nghệ LAN phổ biến là.• Ethernet.• Token Ring.• FDDI. [...]... bảo dưỡng hệ thống server mà không cần tắt các dịch vụ • Có thể tách các ứng dụng khỏi server • Làm việc được với nhiều hệ điều hành • Hiệu suất cao • Server được nhóm lại thực hiện đa nhiệm vụ tốt hơn • 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” Những tổ chức nào cần có giải pháp cân bằng tải • Các doanh nghiệp... thường tự động kết nối lại và người sử dụng chỉ cảm thấy trễ một vài giây khi nhận được đáp ứng trả lời 2.3.4 Kiến trúc hệ thống cân bằng tải Để tối đa hoá thông lượng và độ khả dụng, công nghệ cân bằng tải sử dụng kiến trúc phần mềm phân tán hoàn toàn, trình điều khiển cân bằng tải được cài đặt và chạy song song trên tất cả các host trong nhóm Trình điều khiển này sắp xếp tất cả các host trong nhóm vào... nhiều tính nǎng phong phú Tuy nhiên, về cơ bản, nguyên 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... lý như cat 5, fiber… CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CÂN BẰNG TẢI SERVER 2.1 Tại sao phải xây dựng hệ thống cân bằng tải? Trong thời đại bùng nổ của công nghệ thông tin hiện nay, mạng máy tính đóng vai trò ngày càng quan trọng hơn trong hoạt động của các doanh nghiệp, tổ chức cũng như các cơ quan nhà nước Thậm chí ở một số đơn vị, chẳng hạn như các công ty hàng không hoặc các ngân hàng lớn, mạng máy... thí nghiệm • Trường đại học, viện nghiên cứu… 2.2.Các giải pháp chia tải trên thế giới Việc chia tải có thể thực hiện bằng nhiều phương cách, hình thức khác nhau, với các công nghệ khác nhau hoặc kết hợp chúng lại: 2.2.1 Chia tải bằng phần mềm cài trên các máy chủ Kết hợp nhiều server một cách chặt chẽ tạo thành một server ảo (virtual server) Các hệ điều hành cho máy chủ thế hệ mới của các hãng Microsoft,... 2.3.3 Hoạt động của hệ thống cân bằng tải server Ở phần trên đã tìm hiểu về các khái niệm và các thành phần cơ bản của hệ thống cân bằng tải server Phần tiếp theo này sẽ trình bày SLB hoạt động như thế nào nhìn trên khía cạnh mạng 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, chẳng hạn như Web server, nhờ phân phối các... thuật cân bằng tải, quá trình xử lý và thời gian đáp ứng client sẽ nhanh hơn nhiều Mỗi host trong nhóm có thể 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 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... mạng Việc lựa chọn một server đơn lẻ có cấu hình cực mạnh để đáp ứng nhu cầu này sẽ kéo theo chi phí đầu tư rất lớn và không giải quyết được các vấn đề đặt ra của các tổ chức Giải pháp hiệu quả được đưa ra là sử dụng một nhóm server cùng thực hiện một chức nǎng dưới sự điều khiển của một công cụ phân phối tải - Giải pháp cân bằng tải Có rất nhiều hãng đưa ra giải pháp cân bằng tải như Cisco, Coyote... sản phẩn của họ 1.5 Mô hình OSI với hệ thống cân bằng tải Khi nói về thiết bị cân bằng tải, các lớp của mô hình OSI thường được đề cập đến OSI đã được phát triển và được coi như một framework cho việc phát triển các giao thức và các ứng dụng Mô hình OSI có một sự tương đồng với các chuẩn của mô hình mạng Internet (Mô hình TCP/IP) cái mà hệ thống cân bằng tải đang được ứng dụng ngày nay Tầng ứng dụng . thông qua sự cân bằng tải giữa các nút hay các máy chủ.Với lý do trên, em đã lựa chọn đề tài luận văn tốt nghiệp là Công nghệ cân bằng tải server . Đây. server cùng thực hiện một chức nǎng dưới sự điều khiển của một công cụ phân phối tải - Giải pháp cân bằng tải. Có rất nhiều hãng đưa ra giải pháp cân bằng
