Linux服務(wù)器下多網(wǎng)卡負(fù)載均衡的研究與實(shí)現(xiàn)

1、Linux辦事器下多網(wǎng)卡負(fù)載平衡的研究與實(shí)現(xiàn)摘要負(fù)載平衡技能的利用可以或許在不合錯(cuò)誤網(wǎng)絡(luò)中種種裝備舉行龐大改革的條件下進(jìn)步種種辦事的質(zhì)量，是辦理當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)迅猛增長(zhǎng)和晉級(jí)硬件方法之間抵牾的一個(gè)有用措施，本文簡(jiǎn)樸形貌了關(guān)于負(fù)載平衡方面的研究近況，重點(diǎn)先容了現(xiàn)今linuxbnding技能及其基于bnding技能的幾種負(fù)載平衡的算法，并對(duì)此舉行了扼要的闡發(fā)與研究，提出了其不敷之處，針對(duì)這些不敷提出了一種多網(wǎng)卡環(huán)境下基于傳輸協(xié)議的發(fā)送方面的算法，并對(duì)此舉行了簡(jiǎn)樸的實(shí)現(xiàn)，末了對(duì)此舉行了測(cè)試，測(cè)試效果表白該要領(lǐng)的可用性。關(guān)鍵詞linuxbnding；傳輸協(xié)議；負(fù)載平衡；高可用性；現(xiàn)今險(xiǎn)些各行各業(yè)內(nèi)部都創(chuàng)立

2、了本身的辦事器，由于辦事器的特別職位，它的可靠性、可用性及其I/速率就顯得非常的緊張，保持辦事器的高可用性和寧?kù)o性是企業(yè)級(jí)IT環(huán)境的緊張指標(biāo)，此中最緊張的一點(diǎn)是辦事器網(wǎng)絡(luò)毗連的高可用性，為實(shí)現(xiàn)這些要求，如今辦事器多數(shù)接納多網(wǎng)卡設(shè)置，體系多數(shù)接納如今非常盛行的linux作為辦事器事情的環(huán)境。如今帶寬已經(jīng)不是辦事質(zhì)量進(jìn)步的瓶頸了，相對(duì)的網(wǎng)絡(luò)裝備和辦事器的處置懲罰本領(lǐng)就徐徐成為新的瓶頸。為進(jìn)步辦事器的網(wǎng)絡(luò)毗連的可用性和可靠性，如今Sun公司的Trunking技能、3公司的DynaiAess技能、is公司的Etherhannel技能等等都在研究將辦事器的多個(gè)網(wǎng)卡接口綁定在一起的鏈路聚攏技能,鏈路聚攏技

3、能將多個(gè)鏈路假造成一個(gè)邏輯鏈路進(jìn)而提供了一種廉價(jià)、有用的要領(lǐng)擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)裝備和辦事器的帶寬，進(jìn)步網(wǎng)絡(luò)的機(jī)動(dòng)性與可用性。21負(fù)載平衡技能負(fù)載平衡技能的重要頭腦就是怎樣按照某種算法將網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)流量均勻分派到差異的辦事器和網(wǎng)絡(luò)裝備上去，以減輕單臺(tái)辦事器和網(wǎng)絡(luò)裝備的包袱，從而進(jìn)步整個(gè)體系的服從。負(fù)載平衡既可以由有負(fù)載平衡成效的硬件實(shí)現(xiàn)，也可以通過(guò)一些專用的軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，負(fù)載平衡是一種計(jì)謀，它能讓多臺(tái)辦事器或多條鏈路配合包袱一些沉重的盤算大概I/使命，從而以較低的本錢消除網(wǎng)絡(luò)瓶頸，進(jìn)步網(wǎng)絡(luò)的機(jī)動(dòng)性和可靠性。22高可用技能實(shí)現(xiàn)負(fù)載平衡起首是基于網(wǎng)絡(luò)的高可用性提出來(lái)的，高可用技能是容錯(cuò)技能的一個(gè)分支。實(shí)現(xiàn)體系的高

4、可用性最簡(jiǎn)樸的一個(gè)措施就是冗余。完備的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載平衡和高可用性網(wǎng)絡(luò)技能有兩個(gè)方面組成，一是多辦事器的綁定和負(fù)載平衡，二是一個(gè)辦事器內(nèi)部的多網(wǎng)卡綁定的負(fù)載平衡，這里重要討論一個(gè)辦事器內(nèi)部的多網(wǎng)卡綁按時(shí)的負(fù)載平衡。31Linux的bnding技能Linux的bnding技能是網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)步伐之上、數(shù)據(jù)鏈路層之下實(shí)現(xiàn)的一個(gè)假造層，通過(guò)這種技能，辦事器接在互換機(jī)上的多塊網(wǎng)卡不但被綁定為一個(gè)IP，A地點(diǎn)也被設(shè)定為同一個(gè)，進(jìn)而組成一個(gè)假造的網(wǎng)卡，事情站向辦事器哀求數(shù)據(jù)，辦事器上的網(wǎng)卡接到哀求后，網(wǎng)卡按照某種算法智能決定由誰(shuí)來(lái)處置懲罰數(shù)據(jù)的傳輸。Bnding技能可以進(jìn)步主機(jī)的網(wǎng)絡(luò)吞吐量和可用性。32Linux的幾

5、種發(fā)送平衡算法如今Linux的發(fā)送算法最重要的有三種：輪轉(zhuǎn)算法Rund-Rbin、備份算法Ative-Bakup、A地點(diǎn)異或算法A-XR。下面臨如今這三種重要算法舉行簡(jiǎn)樸闡發(fā)。321輪轉(zhuǎn)算法該算法是基于公正原那么舉行的，它為每個(gè)將要被發(fā)送的數(shù)據(jù)包選擇發(fā)送接口，算法的重要頭腦是起首第一個(gè)數(shù)據(jù)包由一個(gè)接口發(fā)送，另一個(gè)數(shù)據(jù)包那么由別的一個(gè)接口發(fā)送，下面依次舉行循環(huán)選擇。通過(guò)闡發(fā)我們可以看出這種算法比力比力簡(jiǎn)樸，在發(fā)送數(shù)據(jù)方面也比力公正，能包管網(wǎng)卡發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)間的負(fù)載平衡，資源利用率很高。但是我們知道假設(shè)一個(gè)毗連大概會(huì)話的數(shù)據(jù)包從差異的接口發(fā)出的話，半途再顛末差異的鏈路，在客戶端很有大概會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)包無(wú)序

6、到達(dá)的題目，而無(wú)序到達(dá)的數(shù)據(jù)包必要重新要求被發(fā)送，如許網(wǎng)絡(luò)的吞吐量就會(huì)落落。322備份算法該算法將多個(gè)網(wǎng)卡接口中的一個(gè)接口設(shè)定為運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，其他的接口處于備用狀態(tài)。當(dāng)運(yùn)動(dòng)接口大概運(yùn)動(dòng)鏈路出現(xiàn)阻礙時(shí)，啟動(dòng)備用鏈路，由此可見此算法的長(zhǎng)處是可以提供高網(wǎng)絡(luò)毗連的可用性，但是它的資源利用率較低，只有一個(gè)接口處于事情狀態(tài)，在有N個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口的環(huán)境下，資源利用率為1/N。323A地點(diǎn)異或算法該算法的重要頭腦是：由辦事器的A地點(diǎn)和客戶端的A地點(diǎn)配合決定每個(gè)數(shù)據(jù)包的發(fā)送端標(biāo)語(yǔ)，由源A地點(diǎn)和目的A地點(diǎn)舉行異或盤算，并將異或效果對(duì)接口數(shù)求余盤算。由于發(fā)送到同一個(gè)客戶端的數(shù)據(jù)流顛末同一個(gè)鏈路，因此數(shù)據(jù)包可以或許有序到達(dá)客

7、戶端。此算法在只有一個(gè)客戶機(jī)拜候辦事器大概辦事器和客戶機(jī)不在同一子網(wǎng)的環(huán)境下，由算法頭腦得知這種環(huán)境下負(fù)載不會(huì)平衡，在只有一個(gè)客戶機(jī)拜候辦事器的時(shí)間，資源的利用率也是1/N(N為接口數(shù))。通常在一個(gè)大的局域網(wǎng)內(nèi)，每每存在多個(gè)子網(wǎng)。其拓?fù)洳季秩缦滤荆簣D1局域網(wǎng)拓?fù)鋱D上面我們對(duì)Linux中的幾種實(shí)現(xiàn)多網(wǎng)卡發(fā)送負(fù)載平衡算法舉行了闡發(fā)，針對(duì)這些算法的不敷，這里提出別的一種發(fā)送負(fù)載平衡算法。41算法形貌實(shí)現(xiàn)我們知道網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議有TP和UDP兩種，此中UDP是一種無(wú)毗連、不成靠的傳輸協(xié)議。TP是一種提供面向毗連的、可靠的字節(jié)省辦事，譬如一個(gè)客戶機(jī)和一個(gè)辦事器在互互相換數(shù)據(jù)前要?jiǎng)?chuàng)立一個(gè)毗連。一個(gè)TP毗連大

8、概一個(gè)UDP會(huì)話的布局大抵如下：sure，dst，saddr，daddr此中sure為源端標(biāo)語(yǔ)，dst為目的端標(biāo)語(yǔ)，saddr為源ip地點(diǎn)，daddr為目的ip地點(diǎn)?；趥鬏攨f(xié)議的發(fā)送算法的重要頭腦是:由目的主機(jī)號(hào)、目的主機(jī)地點(diǎn)子網(wǎng)的子網(wǎng)號(hào)及該會(huì)話的TP或UDP的目的端標(biāo)語(yǔ)配合決定某個(gè)數(shù)據(jù)包的發(fā)送接標(biāo)語(yǔ)，此算法和A地點(diǎn)的異或算法有點(diǎn)雷同，由于它也是一種異或盤算。下面我們約定：1hst為要發(fā)送數(shù)據(jù)包的目的主機(jī)號(hào)。2subnet為目的主機(jī)的子網(wǎng)的子網(wǎng)號(hào)。3prt為UDP或TP毗連的目的端標(biāo)語(yǔ)。4slave_nt為綁定的接口數(shù)。不失一樣平常性，這里先思量slave_nt為4的環(huán)境，在這種環(huán)境下由上述

9、幾個(gè)條件異或并舉行求余盤算來(lái)配合確定發(fā)送的接標(biāo)語(yǔ)，即舉行下面的運(yùn)算：(hstsubnetprt)(0 x03)%slave_nt式上式大概的效果大概為0、1、2、3。即該算法這種環(huán)境下最多可以綁定4個(gè)網(wǎng)卡接口。該算法最大程度大將差異毗連的數(shù)據(jù)包從差異的接口發(fā)送，下面分幾種環(huán)境討論：1對(duì)付同一個(gè)客戶機(jī)的兩個(gè)TP毗連，發(fā)送的接標(biāo)語(yǔ)只與要毗連的目的端標(biāo)語(yǔ)有關(guān)。我們假設(shè)毗連1和毗連2的目的端標(biāo)語(yǔ)別離為prt1,prt2,當(dāng)prt1(二進(jìn)制)和prt2(二進(jìn)制)的末了兩位差異時(shí),上個(gè)算法的盤算效果不相稱,兩個(gè)毗連的數(shù)據(jù)流從差異的接口發(fā)送出去.2對(duì)付同一個(gè)子網(wǎng)的差異客戶機(jī)的兩個(gè)TP毗連來(lái)說(shuō),上述算程序子中

10、的subnet雷同,假設(shè)毗連的目的端標(biāo)語(yǔ)prt雷同。但是主機(jī)號(hào)差異。設(shè)目的主機(jī)號(hào)別離為hst1和hst2,當(dāng)hst1和hst2都是用二進(jìn)制表現(xiàn)的末了兩位不雷同時(shí)，算法公式的盤算效果不相稱，兩個(gè)毗連的數(shù)據(jù)流從差異的接口發(fā)送出去。3對(duì)付差異子網(wǎng)的兩個(gè)TP毗連來(lái)說(shuō)，假定主機(jī)號(hào)和毗連的目的號(hào)prt號(hào)都雷同，子網(wǎng)號(hào)差異。設(shè)毗連1和毗連2地點(diǎn)的子網(wǎng)號(hào)別離為subnet1和subnet2,當(dāng)兩者的末了兩位不雷同時(shí)，算法公式的盤算效果不相稱，此時(shí)兩個(gè)毗連的數(shù)據(jù)流從差異的接口發(fā)送出去。下面思量有N個(gè)網(wǎng)卡接口的環(huán)境，在某個(gè)時(shí)間段內(nèi)從第i個(gè)接口發(fā)送的毗連數(shù)為(i=1,2,.N),第i個(gè)接口發(fā)送的第j個(gè)毗連的數(shù)據(jù)流為

11、,那么第i個(gè)網(wǎng)卡接口的負(fù)載是：當(dāng)式。當(dāng)式創(chuàng)立時(shí)，每個(gè)接口的負(fù)載絕對(duì)平衡，由于式可以或許將毗連只管分派到差異的接口，以是一樣平常環(huán)境下=,即每個(gè)接口的毗連數(shù)相稱，但是每個(gè)毗連的數(shù)據(jù)流量不必然相稱，也就是說(shuō)式不必然創(chuàng)立，按照統(tǒng)計(jì)原理，當(dāng)客戶機(jī)和辦事器的毗連數(shù)充足大而且時(shí)間充足長(zhǎng)時(shí)，式是創(chuàng)立的。從上面臨基于傳輸協(xié)議的負(fù)載平衡算法闡發(fā)來(lái)看，該算法不但在網(wǎng)絡(luò)層而且傳輸層都實(shí)現(xiàn)了各個(gè)接口的負(fù)載平衡，且包管了數(shù)據(jù)有序到達(dá)客戶端題目，同時(shí)資源的利用率也很高。測(cè)試硬件設(shè)置環(huán)境：一臺(tái)辦事器PU:PIV2.8G；內(nèi)存：512；兩塊支持II狀態(tài)字存放器的百兆網(wǎng)卡，每個(gè)有一個(gè)接口；一臺(tái)客戶機(jī)設(shè)置和辦事器一樣；兩臺(tái)(一臺(tái)

12、也可)24口千兆互換機(jī)。測(cè)試軟件為netpipe,利用此軟件可以測(cè)試TP協(xié)議性能，用它依次來(lái)對(duì)輪轉(zhuǎn)算法、A地點(diǎn)異或算法以及基于傳輸協(xié)議的發(fā)送算法的網(wǎng)絡(luò)延時(shí)和吞吐率。這里辦事器用來(lái)發(fā)送數(shù)據(jù)，客戶機(jī)用來(lái)吸收數(shù)據(jù)。辦事器發(fā)送方實(shí)行：客戶機(jī)擔(dān)當(dāng)方實(shí)行：NPtprs測(cè)試效果測(cè)試效果為均勻值如表一所示。從測(cè)試效果可以得出結(jié)論：由于輪轉(zhuǎn)算法簡(jiǎn)樸，盤算量小，網(wǎng)絡(luò)耽誤也相對(duì)小，而基于傳輸協(xié)議的發(fā)送算法盤算量相對(duì)較多，網(wǎng)絡(luò)延時(shí)也比力大。由于這里是雙機(jī)對(duì)測(cè)，即只有一個(gè)客戶端，一個(gè)辦事器端，全部A地點(diǎn)異或算法每次盤算的效果也就唯一，只有一個(gè)接口被利用，吞吐率最校相對(duì)來(lái)說(shuō)，基于傳輸協(xié)議的發(fā)送算法吞吐率要大一些。表一測(cè)試

13、效果上面測(cè)試必要說(shuō)明的是：測(cè)試中辦事器僅設(shè)置了兩塊網(wǎng)卡，而且只有一臺(tái)客戶機(jī)拜候辦事器，當(dāng)網(wǎng)卡接口和客戶機(jī)增長(zhǎng)時(shí)，此文先容的基于傳輸協(xié)議的發(fā)送算法的上風(fēng)將會(huì)很顯著。在一個(gè)比力大的局域網(wǎng)中多個(gè)客戶機(jī)和辦事器創(chuàng)立毗連對(duì)話時(shí)，接納輪轉(zhuǎn)算法的同一個(gè)毗連的數(shù)據(jù)包顛末差異的鏈路傳送，無(wú)序到達(dá)客戶端的概率就會(huì)增長(zhǎng)，重發(fā)的次數(shù)也增長(zhǎng)，辦事器吞吐率會(huì)低落。而基于傳輸協(xié)議的發(fā)送算規(guī)那么不存在如許的題目，此種環(huán)境下，辦事器的吞吐率相對(duì)增長(zhǎng)。Linux的bnding技能將多個(gè)網(wǎng)卡接口綁定在一起，利用多個(gè)接口發(fā)送數(shù)據(jù)，算法上實(shí)現(xiàn)了負(fù)載平衡和阻礙遷徙與擔(dān)當(dāng)。它是一種不合錯(cuò)誤稱得負(fù)載平衡技能，如今只是研究了發(fā)送算法，擔(dān)當(dāng)算法另有待于進(jìn)一步的研究，如今的鏈路技能都是將網(wǎng)卡接口綁定在一起來(lái)進(jìn)步辦事器的網(wǎng)絡(luò)性能，但是種種實(shí)現(xiàn)算法包羅基于傳輸協(xié)議的發(fā)送算法并沒有思量接口的速率，這一點(diǎn)有需要進(jìn)一步革新。1Ast-effetiveApprahtIprveServerPerfraneandFaultTlerane.itpapers.zdnet./hitep