负载均衡研究及其在高校网络出口管理中的应用

【 摘 要 】 本文主要研究流量负载均衡技术和带宽管理技术，并讨论它们在高校网络出口管理中的应用。通过对Proxy Server负载均衡、QoS、VRRP等原理的描述及分析，本文提出了高校网络出口优化管理方法，并提供了实施负载均衡技术的可行性方案。

【 关键词 】 负载均衡；Proxy Server；VRRP；带宽管理；网络出口优化

【 中图分类号 】 TP393 【 文献标识码 】 A

1 引言

随着网络技术的发展，高校的信息化建设与应用取得了很大的发展，校园网已经成为高校教学、管理和科研的有力支撑。如何保障网络的安全和高效运行，网络出口管理的显得优为重要。网络出口是内部网络与Internet之间的桥梁，如果出口故障，内部网络将成为信息孤岛，不能进行信息的传输；如果出口慢了，将造成网络的堵塞，甚至影响教学、科研和办公业务等。在保证保障出口的安全、高效、稳定方面，通过多年的研究与实践，提出了基于服务器负载均衡和VRRP的负载均衡技术的结合应用，从而以较低成本消除网络瓶颈，避免了单机拥塞或单机故障造成的不良影响，便于扩展，保证服务需要，提高网络的灵活性和可靠性。

2 技术原理

负载均衡是将负载（工作任务）进行平衡、分摊到多个操作单元上进行执行，从而共同完成工作任务。它提供了一种廉价又有效的方法扩展网络设备带宽、增加吞吐量、加强网络数据处理能力、提高网络的灵活性和可用性。

2.1 基于服务器的负载均衡

基于服务器的负载均衡是利用负载均衡和服务器的高速缓存技术结合在一起，可以较好实现负载均衡策略，将负载可以非常均衡的分给服务器，不会出现负载集中到某个服务器的偶然现象，可以显著提升网页的访问速度。服务器具有强大的缓冲功能，存储空间较大，可将更新的数据不断地储存到服务器的Cache中，大大地提高了响应速度和浏览效率，具有很高的安全性。

2.2 VRRP负载均衡

VRRP（Virtual Router Redundancy Protocol，虚拟路由器冗余协议）是一种容错协议，VRRP 将局域网的一组路由器（包括一个Master 即活动路由器和若干个Backup 即备份路由器）组织成一个虚拟路由器，如果备份组内的Master 路由器故障，Backup 路由器将会通过选举策略选出一个新的Master 路由器，继续向网络内的主机提供路由服务。从而实现网络内的主机不间断地与外部网络进行通信。为了保障业务的持续运行，一般高校都会有多条ISP提供线路，由此来保障在任何时间都至少有一条或一条以上的Internet线路在工作，有效避免单一链路发生故障后网络中断的问题，而无需修改动态路由协议、路由发现协议等配置信息。

3 网络出口拓朴结构设计

针对高等学校网络应用繁多、流量巨大、上网行为复杂的特点，把校园网的出口设计为二大类：一类是Http Proxy出口；另一类是NAT出口。由于高校用户量高度集中，网页并发访问数据量大，我们充分利用Proxy Server中缓存，设计了服务器负载均衡，客户请求平均分配到服务器阵列，提高访问速率。另一出口应用了VRRP容错协议，保证网络出口的高效与稳定。设计网络拓朴结构如图1所示。

4 负载均衡的技术实现

4.1 服务器的负载均衡设计

首先，要建立服务器群。目前，校园内共有在校师生20000多人，高峰期上网计算机超过10000台。为此，配置了5台Proxy Server，并将他们组成服务器群，每台服务器分配唯一的IP地址。其次，在负载均衡设备上设置一个虚拟IP地址（又称群集IP地址）访问群集，服务器集群可以为特定的应用（比如CGI、流媒体、Cookie服务等等）进行调整，而且负载均衡产品会处理并分发所有的请求到保持连接的客户端，如使用SSL Web购物等。再次，还要配置对服务器健康检查，检查服务器是否还在运行，它还要检查服务器的性能状态。也就是说，如果一台服务器负载过重，发进来的请求就会被转发到其他机器上以保证负载在所有能够获得的资源里均衡分配。

4.2 运行状态监视

图2是我校运行效果图，健康状态正常，每台服务器之间的活动会话相对均衡。

4.3 测试

运用流量监控与管理，可以防止有限带宽资源被少数用户或者非关键应用不合理地长期抢占，同时又能够保持各种网络应用的可用性，实现网络资源的公平分配，构建和谐的网络资源使用环境。

5 结束语

随着计算机网络的进一步普及以及移动通信技术的迅速发展，人们对网络服务质量要求也越来越高，构建稳定的网络出口环境中具有重要的意义。结合学校发展和网络的现状，负载均衡技术在我校网络出口应用研究，对提高网络出口处理能力问题得到了有效解决，网络系统运行平稳可靠，数据传输速率得到提升，各业务系统应用效果良好。

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作者简介：

刘志雄（1975-），男，广东广州人，硕士，实验师；研究方向为计算机网络技术。