基于NAT負(fù)載均衡技術(shù)的研究和改進(jìn).pdf

1、隨著無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信技術(shù)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)逐漸變成了互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的一個(gè)推動(dòng)力，成為了互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)上的又一展現(xiàn)形式，使互聯(lián)網(wǎng)更加普及，并以移動(dòng)應(yīng)用固有的隨身性、開(kāi)放性、可身份識(shí)別等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，為傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)類(lèi)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(shí)，移動(dòng)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(dòng)端設(shè)備的網(wǎng)頁(yè)瀏覽、文件下載、位置服務(wù)、在線(xiàn)游戲、移動(dòng)辦公和在線(xiàn)支付等業(yè)務(wù)，促進(jìn)了移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的深入發(fā)展。不過(guò)隨著業(yè)務(wù)的不斷發(fā)展和擴(kuò)

2、大，服務(wù)器端的并發(fā)處理也會(huì)逐漸增多，然而由于服務(wù)器端硬件架構(gòu)設(shè)計(jì)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(wèn)題，需要設(shè)計(jì)一個(gè)高可用的負(fù)載均衡體系架構(gòu)，在服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)和存儲(chǔ)系統(tǒng)甚至是客戶(hù)端應(yīng)用四方面來(lái)部署。針對(duì)傳統(tǒng)負(fù)載均衡系統(tǒng)中易出現(xiàn)單臺(tái)服務(wù)器故障的問(wèn)題，本文在負(fù)載均衡系統(tǒng)中的各模塊設(shè)計(jì)了備用服務(wù)器的策略來(lái)保證整個(gè)系統(tǒng)的高可用，同時(shí)在負(fù)載均衡層優(yōu)化了傳統(tǒng)的基于

3、NAT的負(fù)載均衡架構(gòu)，使得服務(wù)器端對(duì)于帶寬的利用有所增加。
　　本文的研究工作主要有以下幾點(diǎn)：
　　(1)優(yōu)化了NAT負(fù)載均衡的架構(gòu)。設(shè)計(jì)一臺(tái)調(diào)度服務(wù)器，多臺(tái)實(shí)際服務(wù)器。實(shí)際服務(wù)器擁有一個(gè)和調(diào)度服務(wù)器ip地址相同的ip別名，也就是說(shuō)實(shí)際服務(wù)器有兩個(gè)ip，一個(gè)真實(shí)的ip地址，另一個(gè)和調(diào)度服務(wù)器的ip相同。實(shí)際服務(wù)器還需要做一個(gè)配置，使它們忽略所有的針對(duì)公網(wǎng)ip的arp廣播，所以當(dāng)系統(tǒng)arp廣播詢(xún)問(wèn)哪個(gè)mac地址擁有公用ip時(shí)，

4、只有負(fù)載均衡調(diào)度器會(huì)響應(yīng)，客戶(hù)端的請(qǐng)求不會(huì)直接到達(dá)實(shí)際服務(wù)器。
　　(2)改進(jìn)了傳統(tǒng)MySQL一對(duì)多的同步復(fù)制架構(gòu)。針對(duì)傳統(tǒng)MySQL同步復(fù)制只有單臺(tái)主節(jié)點(diǎn)無(wú)法解決單點(diǎn)災(zāi)難的問(wèn)題，增加一臺(tái)備用節(jié)點(diǎn)，當(dāng)系統(tǒng)將數(shù)據(jù)寫(xiě)入主節(jié)點(diǎn)服務(wù)器的磁盤(pán)文件后，同時(shí)數(shù)據(jù)還將會(huì)被發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)中另一臺(tái)服務(wù)器上，以相同的形式寫(xiě)入這臺(tái)服務(wù)器的磁盤(pán)文件。主節(jié)點(diǎn)與備用節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)可以保證實(shí)時(shí)同步，當(dāng)本地系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，遠(yuǎn)程主機(jī)上還會(huì)保留有一份相同的數(shù)據(jù)，可以繼續(xù)使用，

5、同時(shí)將主節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)同步復(fù)制一份到多臺(tái)其他服務(wù)器，用來(lái)給實(shí)際服務(wù)器群中的服務(wù)器讀取數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)層面的讀寫(xiě)分離。
　　(3)解決傳統(tǒng)分布式文件系統(tǒng)出現(xiàn)單點(diǎn)故障的問(wèn)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(lái)在每次切換時(shí)恢復(fù)日志，但是一旦發(fā)生浮動(dòng)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(diǎn)的日志目錄單獨(dú)存放在一塊磁盤(pán)上，并部署兩個(gè)相同的調(diào)度環(huán)境，將一個(gè)同樣容量磁盤(pán)和

6、對(duì)應(yīng)的主控機(jī)日志存儲(chǔ)設(shè)備設(shè)為同步。
　　(4)本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了服務(wù)器端負(fù)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(duì)服務(wù)器端圖片的讀取進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，對(duì)比基于NAT和本文負(fù)載均衡系統(tǒng)對(duì)于寬帶利用的數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明本文設(shè)計(jì)的負(fù)載均衡系統(tǒng)在輸出帶寬的擴(kuò)展性上明顯優(yōu)于基本NAT的負(fù)載均衡系統(tǒng)。同時(shí)還模擬了負(fù)載均衡層的故障實(shí)驗(yàn)來(lái)檢測(cè)是否會(huì)對(duì)客戶(hù)端的使用產(chǎn)生影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明客戶(hù)端和服務(wù)器端的交互并未受到任何影響。
　　(5)在客戶(hù)端

7、設(shè)計(jì)了一種請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)的方案，本文的應(yīng)用場(chǎng)景在客戶(hù)端設(shè)置了一個(gè)超時(shí)時(shí)間，如果客戶(hù)端在這段時(shí)間之內(nèi)還是無(wú)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(cuò)誤代碼，就會(huì)再一次發(fā)送請(qǐng)求到其他域名所在的服務(wù)器。如果涉及到整個(gè)服務(wù)器端負(fù)載均衡系統(tǒng)出現(xiàn)癱瘓或者類(lèi)似國(guó)內(nèi)域名備案出現(xiàn)問(wèn)題，可以使用此方法來(lái)臨時(shí)避免故障。
　　研究結(jié)果表明，本文設(shè)計(jì)的負(fù)載均衡架構(gòu)一方面可以在原有NAT負(fù)載均衡體系中優(yōu)化帶寬的供給，不僅使得客戶(hù)端得到更快的響應(yīng)，另一方面，服務(wù)器