基于NAT負載均衡技術(shù)的研究和改進.pdf

1、隨著無線移動通信技術(shù)的不斷進步和發(fā)展，移動互聯(lián)網(wǎng)逐漸變成了互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的一個推動力，成為了互聯(lián)網(wǎng)平臺上的又一展現(xiàn)形式，使互聯(lián)網(wǎng)更加普及，并以移動應(yīng)用固有的隨身性、開放性、可身份識別等獨特優(yōu)勢，為傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)類業(yè)務(wù)提供了新的發(fā)展空間和可持續(xù)發(fā)展的新商業(yè)模式。同時，移動互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展產(chǎn)生了許多的新業(yè)務(wù)應(yīng)用空間，例如移動端設(shè)備的網(wǎng)頁瀏覽、文件下載、位置服務(wù)、在線游戲、移動辦公和在線支付等業(yè)務(wù)，促進了移動互聯(lián)網(wǎng)的深入發(fā)展。不過隨著業(yè)務(wù)的不斷發(fā)展和擴

2、大，服務(wù)器端的并發(fā)處理也會逐漸增多，然而由于服務(wù)器端硬件架構(gòu)設(shè)計的不完善或者有些資源的利用率不高，導(dǎo)致服務(wù)器端提供的服務(wù)響應(yīng)逐漸變慢。
　　為了解決互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中服務(wù)器端性能瓶頸的問題，需要設(shè)計一個高可用的負載均衡體系架構(gòu)，在服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫和存儲系統(tǒng)甚至是客戶端應(yīng)用四方面來部署。針對傳統(tǒng)負載均衡系統(tǒng)中易出現(xiàn)單臺服務(wù)器故障的問題，本文在負載均衡系統(tǒng)中的各模塊設(shè)計了備用服務(wù)器的策略來保證整個系統(tǒng)的高可用，同時在負載均衡層優(yōu)化了傳統(tǒng)的基于

3、NAT的負載均衡架構(gòu)，使得服務(wù)器端對于帶寬的利用有所增加。
　　本文的研究工作主要有以下幾點：
　　(1)優(yōu)化了NAT負載均衡的架構(gòu)。設(shè)計一臺調(diào)度服務(wù)器，多臺實際服務(wù)器。實際服務(wù)器擁有一個和調(diào)度服務(wù)器ip地址相同的ip別名，也就是說實際服務(wù)器有兩個ip，一個真實的ip地址，另一個和調(diào)度服務(wù)器的ip相同。實際服務(wù)器還需要做一個配置，使它們忽略所有的針對公網(wǎng)ip的arp廣播，所以當(dāng)系統(tǒng)arp廣播詢問哪個mac地址擁有公用ip時，

4、只有負載均衡調(diào)度器會響應(yīng)，客戶端的請求不會直接到達實際服務(wù)器。
　　(2)改進了傳統(tǒng)MySQL一對多的同步復(fù)制架構(gòu)。針對傳統(tǒng)MySQL同步復(fù)制只有單臺主節(jié)點無法解決單點災(zāi)難的問題，增加一臺備用節(jié)點，當(dāng)系統(tǒng)將數(shù)據(jù)寫入主節(jié)點服務(wù)器的磁盤文件后，同時數(shù)據(jù)還將會被發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)中另一臺服務(wù)器上，以相同的形式寫入這臺服務(wù)器的磁盤文件。主節(jié)點與備用節(jié)點的數(shù)據(jù)可以保證實時同步，當(dāng)本地系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，遠程主機上還會保留有一份相同的數(shù)據(jù)，可以繼續(xù)使用，

5、同時將主節(jié)點的數(shù)據(jù)實時同步復(fù)制一份到多臺其他服務(wù)器，用來給實際服務(wù)器群中的服務(wù)器讀取數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫層面的讀寫分離。
　　(3)解決傳統(tǒng)分布式文件系統(tǒng)出現(xiàn)單點故障的問題。傳統(tǒng)的高可用方案是依靠官方提供的元日志恢復(fù)工具來在每次切換時恢復(fù)日志，但是一旦發(fā)生浮動IP切換，日志仍然可能在恢復(fù)中丟失少量信息，導(dǎo)致群集中文件損壞。所以本文在分布式文件系統(tǒng)層將主控節(jié)點的日志目錄單獨存放在一塊磁盤上，并部署兩個相同的調(diào)度環(huán)境，將一個同樣容量磁盤和

6、對應(yīng)的主控機日志存儲設(shè)備設(shè)為同步。
　　(4)本文設(shè)計并實現(xiàn)了服務(wù)器端負載均衡架構(gòu)的原型系統(tǒng)，以圖片分享作為應(yīng)用背景，對服務(wù)器端圖片的讀取進行實驗，對比基于NAT和本文負載均衡系統(tǒng)對于寬帶利用的數(shù)據(jù)，實驗結(jié)果表明本文設(shè)計的負載均衡系統(tǒng)在輸出帶寬的擴展性上明顯優(yōu)于基本NAT的負載均衡系統(tǒng)。同時還模擬了負載均衡層的故障實驗來檢測是否會對客戶端的使用產(chǎn)生影響，實驗結(jié)果表明客戶端和服務(wù)器端的交互并未受到任何影響。
　　(5)在客戶端

7、設(shè)計了一種請求轉(zhuǎn)發(fā)的方案，本文的應(yīng)用場景在客戶端設(shè)置了一個超時時間，如果客戶端在這段時間之內(nèi)還是無法獲取到服務(wù)器端的響應(yīng)或得到了服務(wù)器返回的錯誤代碼，就會再一次發(fā)送請求到其他域名所在的服務(wù)器。如果涉及到整個服務(wù)器端負載均衡系統(tǒng)出現(xiàn)癱瘓或者類似國內(nèi)域名備案出現(xiàn)問題，可以使用此方法來臨時避免故障。
　　研究結(jié)果表明，本文設(shè)計的負載均衡架構(gòu)一方面可以在原有NAT負載均衡體系中優(yōu)化帶寬的供給，不僅使得客戶端得到更快的響應(yīng)，另一方面，服務(wù)器