Tài liệu Công nghệ cân bằng tải server

  • Số trang: 50 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 269 |
  • Lượt tải: 0
hoanggiang80

Đã đăng 20010 tài liệu

Mô tả:

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 ƠN Lời 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 2008 Dương Ngọc Thắng DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT SLB Server load blancing Cân bằng tải máy chủ NLB Network load blancing Cân bằng tải mạng DNS Domain Name System Hệ thống tên miền DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: Một mô hình liên kết các máy tính trong mạng..............................................8 Hình 1.2: Hình ảnh một mạng LAN.............................................................................11 Hình 1.3: Hình ảnh một mạng WAN...........................................................................12 Hình 1.4: Hình ảnh một mạng MAN............................................................................12 Hình 1.5: Hình ảnh một mạng SAN.............................................................................13 Hình 1.6: Hình ảnh một mạng VPN.............................................................................14 Hình 1.7: Mô hình 7 tầng OSI......................................................................................16 Hình 2.1: Kịch bản Active – Standby..........................................................................23 Hình 2.2: Hoạt động của kịch bản Active - Standby....................................................24 Hình 2.3: Kịch bản Active-Active................................................................................25 Hình 2.4: Hoạt động của kịch bản Active-Active........................................................25 Hình 2.5: Hoạt động của VRRP...................................................................................26 Hình 2.6 Mô tả Colocation...........................................................................................29 Hình 2.7: Hệ thống SLB đơn giản................................................................................31 Hình 2.8: Hành trình của một gói dữ liệu.....................................................................33 MỞ ĐẦU Công 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 MẠNG Sự 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 mạng Với 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 tính Kiến 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 mạng Topo 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 passing Broadcast 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 mạng Việc 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. Hình 1.2: Hình ảnh một mạng LAN 1.3.2. Mạng diện rộng (Wide Area Networks - WAN) Mạng WAN là mạng được thiết lập để liên kết các máy tính của hai hay nhiều khu vực khác nhau như giữa các thành phố hay các tỉnh. Các Wan được thiết kế để phục vụ các mục đích sau: • Hoạt động qua các vùng tách biệt về mặt địa lý. • Cho phép người sử dụng có khả năng truyền thông tin thơì gian thực với người khác. • Cung cấp các kết nối liên tục đến các vùng tài nguyên. • Một số công nghệ WAN phổ biến là: • Modem • ISDN • DSL • Frame Relay. • Các đường truyền chuẩn Bắc Mỹ và Châu Âu T1, E1, T3, E3. • Mạng quang đồng bộ SONET. Hình 1.3: Hình ảnh một mạng WAN 1.3.3. Mạng đô thị (MAN) MAN là mạng được thiết lập giữa hai hay nhiều LAN toạ lạc trong cùng một vùng địa lý, một vùng nội thị hay ngoại ô. Một mạng MAN cũng có thể được tạo bằng công nghệ cầu không dây (wireless bridge) với các tín hiệu vô tuyến lan truyền qua các vùng có cộng đồng người sử dụng. Hình 1.4: Hình ảnh một mạng MAN 1.3.4. Mạng lưu trữ (SAN) SAN là mạng chất lượng cao, cấp riêng được dùng để di chuyển dữ liệu qua lại giữa các server và các tài ngyên lưu giữ. Bởi nó là mạng cấp riêng tách biệt nên tránh được bất kì sự xung đột nào giữa clien và server. Công nghệ SAN cho phép thực hiện các cuộc nối tốc độ cao giữa các server với các thiết bị lưu trữ. Hình 1.5: Hình ảnh một mạng SAN 1.3.5 Mạng riêng ảo (VPN) VPN là mạng riêng được kiến tạo bên trong một hạ tầng mạng công cộng như internet. Sử dụng VPN, mọi người có thể làm việc tại nhà qua mạng (telecommuter) có thể truy xuất vào mạng của công ty qua internet bằng cách xây dựng một đường hầm bí mật (secure tunnel) giữa máy tính của họ và một VPN router đặt tại văn phòng công ty. Hình 1.6: Hình ảnh một mạng VPN Sự phân biệt trên chỉ có tính chất ước lệ, các phân biệt trên càng trở nên khó xác định với việc phát triển của khoa học và kỹ thuật cũng như các phương tiện truyền dẫn. Tuy nhiên với sự phân biệt trên phương diện địa lý đã đưa tới việc phân biệt trong nhiều đặc tính khác nhau của hai loại mạng trên, việc nghiên cứu các phân biệt đó cho ta hiểu rõ hơn về các loại mạng. 1.4. Mô hình OSI Sự phát triển các mạng thời kỳ đầu không được tổ chức và diễn ra theo nhiều cách. Những năm đầu thập niên 80 đã chứng kiến sự gia tăng mạnh mẽ về số lượng và kích thước của các mạng. Khi các công ty bắt đầu nhận thức được ưu điểm của việc sử dụng công nghệ mạng, các mạng được thêm vào và mở rộng nhanh chóng. Do sự phát triển quá nhanh khiến các công ty gặp phải những khó khăn, cũng giống như con người bất đồng ngôn ngữ khi tiếp xúc với người khác ngôn ngữ, các mạng của các công ty và các hãng cũng gặp phải tình trạng tương tự do những đặc tả và những quy định khác nhau trong việc thiết kế hệ thống mạng của mình. Để giải quyết vấn đề bất tương thích mạng, tổ chức tiêu chuẩn hóa quốc tế (ISO) đã nghiên cứu các mô hình mạng thiết lập như DECnet, SNA và TCP/IP để tìm ra một số luật định có thể áp dụng một cách tổng quát cho tất cả các mạng. Sử dụng nghiên cứu này ISO đã đưa ra một mô hình mạng, qua đó giúp các nhà cung cấp thiết bị mạng tạo ra các mạng có thể tương thích tốt với các mạng khác. Mô hình tham chiếu các hệ thống mở OSI đã được công bố vào năm 1984, và là mô hình có tính chất mô tả được tạo ra bởi ISO. Nó cung cấp cho các nhà sản xuất một tập các tiêu chuẩn đảm bảo khả năng tương thích và khả năng liên kết hoạt động tốt hơn giữa các công nghệ mạng khác nhau được giới thiệu bởi các công ty trên khắp thế giới. Môt hình tham chiếu OSI đã trở thành mô hình chính thức cho hoạt động truyền thông mạng. Mặc dù tồn tại một số mô hình khác nhưng hầu hết các nhà chế tạo đều đựa vào mô hình OSI để chế tạo các 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 (Application layer): tầng ứng dụng quy định giao diện giữa người sử dụng và môi trường OSI, nó cung cấp các phương tiện cho người sử dụng truy cập vả sử dụng các dịch vụ của mô hình OSI. Tầng trình bày (Presentation layer): tầng trình bày chuyển đổi các thông tin từ cú pháp người sử dụng sang cú pháp để truyền dữ liệu, ngoài ra nó có thể nén dữ liệu truyền và mã hóa chúng trước khi truyền đễ bảo mật. Tầng giao dịch (Session layer): tầng giao dịch quy định một giao diện ứng dụng cho tầng vận chuyển sử dụng. Nó xác lập ánh xa giữa các tên đặt địa chỉ, tạo ra các tiếp xúc ban đầu giữa các máy tính khác nhau trên cơ sở các giao dịch truyền thông. Nó đặt tên nhất quán cho mọi thành phần muốn đối thoại riêng với nhau. Các tầng từ 5 tới 7 thực hiện chức năng cân bằng tải qua việc sử dụng URL hoặc các thông tin trong gới dữ liệu như cookie. DNS round robin là một ứng dụng điển hình. Tầng giao vận (Transport layer): tầng vận chuyển xác định địa chỉ trên mạng, cách thức chuyển giao gói tin trên cơ sở trực tiếp giữa hai đầu mút (end-to-end). Để bảo đảm được việc truyền ổn định trên mạng tầng vận chuyển thường đánh số các gói tin và đảm bảo chúng chuyển theo thứ tự. SLB sử dụng các thông tin về cổng và địa chỉ để thực hiện các chức năng cân bằng tải. Hình 1.7: Mô hình 7 tầng OSI Tầng mạng (Network layer): tầng mạng có nhiệm vụ xác định việc chuyển hướng, vạch đường các gói tin trong mạng, các gói tin này có thể phải đi qua nhiều chặng trước khi đến được đích cuối cùng. Thường chức năng cân bảng tải cũng được thực hiện trên các router tại lớp mạng. Tầng liên kết dữ liệu (Data link layer): tầng liên kết dữ liệu có nhiệm vụ xác định cơ chế truy nhập thông tin trên mạng, các dạng thức chung trong các gói tin, đóng các gói tin...Tại lớp liên kết dữ liệu các thiết bị như switch thường được nối với nhau bởi nhiều đường, và cũng thực hiện các chức năng phân phối tải theo các thuật toán đã được cài đặt sẵn trong thiết bị Tầng vật lý (Phisical layer): tầng vật lý cung cấp phương thức truy cập vào đường truyền vật lý để truyền các dòng Bit không cấu trúc, ngoài ra nó cung cấp các chuẩn về điện, dây cáp, đầu nối, kỹ thuật nối mạch điện, điện áp, tốc độ cáp truyền dẫn, giao diện nối kết và các mức nối kết..Chức năng cân bằng tải ở lớp vật lý thường đề cập đến việc kết nối các thiết bị qua các cáp vật 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 tính có thể ví như hệ thần kinh điều khiển hoạt động của toàn doanh nghiệp. Sự ngừng hoạt động của mạng máy tính hay sự hoạt động kém hiệu quả của mạng máy tính trong những cơ quan này có thể làm tê liệt các hoạt động chính của đơn vị, và thiệt hại khó có thể lường trước được. Chúng ta đều biết các máy chủ là trái tim của của mạng máy tính, nếu máy chủ mạng hỏng, hoạt động của hệ thống sẽ bị ngưng trệ. Điều đáng tiếc là dù các hãng sản xuất đã cố gắng làm mọi cách để nâng cao chất lượng của thiết bị, nhưng những hỏng hóc đối với các thiết bị mạng nói chung và các máy chủ nói riêng là điều không thể tránh khỏi. Do vậy, vấn đề đặt ra là cần có một giải pháp để đảm bảo cho hệ thống vẫn hoạt động tốt ngay cả khi có sự cố xảy ra đối với máy chủ 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 Point, Sun Microsystems... với rất 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 ra sự đứt quãng dịch vụ. Sau những phát triển, từ các thuật toán cân bằng tải tĩnh như Round Robin, Weighted Round Robin đến các thuật toán cân bằng tải động như Least Connection, Weighted Least Connection, Optimized Weighted Round Robin và Optimized Weighted Least Connection, kỹ thuật cân bằng tải hiện nay nhờ sự kết hợp các thuật toán trên ngày càng trở nên hoàn thiện mặc dù nhược điểm vốn có như tạo điểm lỗi đơn và vấn đề nút cổ chai do sử dụng bộ điều phối tập trung (centralized dispatcher) vẫn còn. Ngoài khả nǎng áp dụng với Web server, kỹ thuật này còn có thể áp dụng với các hệ server ứng dụng khác. SLB không chỉ làm nhiệm vụ phân phối tải cho các server mà còn còn cung cấp cơ chế đảm bảo hệ thống server luôn khả dụng trước các client. SLB không có yêu cầu đặc biệt gì về phần cứng, bất cứ máy tính nào hợp chuẩn đều có thể được sử dụng làm server. Chi phí triển khai nhờ đó giảm đáng kể. Kiến trúc phần mềm phân tán của SLB cho phép cung cấp hiệu nǎng và tính khả dụng của kỹ thuật này ở mức cao nhất. 2.1.1.So sánh hệ thống cân bằng tải và hệ thống thông thường Kịch bản A Kịch bản B Tính sẵn sàng cao Có Không Tính mở rộng Có Không Ứng dụng Xử lý đa nhiệm Xử lý nhanh đơn nhiệm Ưu điểm của cân bằng tải • Tính mở rộng: thêm hoặc bỏ bớt server một cách dễ dàng • Tính sẵn sàng cao do hệ thống dùng nhiều Server Vì vậy hệ thống có tính dự phòng. • Tính quản lý: Theo dõi và quản lý tập trung hệ thống Server, 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 • Nhà cung cấp dịch vụ ISP • Trung tâm xử lý dữ liệu • Chính phủ • Phòng 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, IBM, HP... hầu hết đều cung cấp khả năng này, một số hãng phần mềm khác như Veritas(Symantec) cũng cung cấp giải pháp theo hướng này. Các giải pháp thuộc nhóm này có ưu điểm là quen thuộc với những nhà quản trị chuyên nghiệp, có thể chia sẻ được nhiều tài nguyên trong hệ thống, theo dõi được trạng thái của các máy chủ trong nhóm để chia tải hợp lý. Tuy nhiên, do sử dụng phần mềm trên server, tính phức tạp cao nên khả năng mở rộng của giải pháp này bị hạn chế, phức tạp khi triển khai cũng như khắc phục khi xảy ra sự cố, có rào cản về tính tương thích, khó có được những tính năng tăng tốc và bảo mật cho ứng dụng. 2.2.2. Chia tải nhờ proxy Nhóm này thường tận dụng khả năng chia tải sẵn có trên phần mềm proxy như ISA Proxy của Microsoft hay Squid phần mềm mã nguồn mở cài trên máy phổ dụng. Proxy này sẽ thực hiện nhiệm vụ chia tải trên các server sao cho hợp lý. Giải pháp này vì hoạt động ở mức ứng dụng nên có khả năng caching (là công nghệ lưu trữ cục bộ dữ liệu được truy cập với tần suất cao) và khả năng firewall ở tầng ứng dụng. Vì sử dụng máy phổ dụng nên giải pháp này có ưu điểm là chi phí thấp, khả năng mở rộng tốt vì cài đặt trên một máy độc lập, dễ quản trị. Tuy nhiên, cũng vì chỉ hoạt động ở mức ứng dụng nên hiệu năng không cao, vì sử dụng máy phổ dụng nên không được tối ưu, dễ tồn tại nhiều lỗi hệ thống, vì cài đặt trên một máy độc lập nên việc theo dõi trạng thái của các máy chủ gặp khó khăn. Nhược điểm lớn nhất của các giải pháp dòng này thường có tính ổn định kém, hiệu năng thấp, dễ mắc lỗi. Đây là điều không thể chấp nhận được đối với các hệ thống đòi hỏi tính sẵn sàng cao như ngân hàng, tài chính. 2.2.3. Chia tải nhờ thiết bị chia kết nối Nhóm này thường sử dụng các mođun cắm thêm trên các thiết bị chuyên dụng như Bộ định tuyến (Router) hay hay bộ chuyển mạch (Switch) để chia tải theo luồng, thường hoạt động từ layer 4 trở xuống. Vì sử dụng thiết bị chuyên dụng nên có hiệu năng cao, tính ổn định cao, khả năng mở rộng tốt hơn nhưng khó phát triển được tính năng bảo mật phức tạp như giải pháp proxy, thường thuật toán chia tải rất đơn giản như DNS round-robin (đây là thuật toán chia tải phổ biến nhất và đơn giản, tuy nhiên cứng nhắc và hiệu quả thấp. Với thuật toán này các yêu cầu về IP của một tên miền ứng với nhiều server sẽ được biên dịch thành địa chỉ IP của các server đó theo thứ tự quay vòng. Nhóm này có khả năng chia tải động kém, không theo dõi được trạng thái của máy chủ, xử lý kết nối ở mức ứng dụng rất kém, dễ gây lỗi ứng dụng và giá thành cao. Cách thức này cũng hoàn toàn không phù hợp đối với các hệ thống yêu cầu tính chuẩn xác của các hoạt động giao dịch như tài chính, ngân hàng. Như vậy, giải pháp có khả năng theo dõi trạng thái ứng dụng tốt thì mở rộng, tăng tốc, bảo mật kém(GP dùng phần mềm). Giải pháp mở rộng, tăng tốc, bảo mật tốt, thì theo dõi trạng thái ứng dụng kém, không ổn định, hiệu năng thấp(GP sử dụng proxy), giải pháp hiệu năng cao, ổn định, mở rộng tốt thì kém thông minh, dễ gây lỗi ứng dụng, tăng tốc kém(GP chia tải nhờ thiết bị chia kết nối). Trong khi đó, tất cả các yêu cầu về hiệu năng cao, ổn định, mở rộng tốt, tăng tốc tốt và bảo mật là rất quan trọng đối với các hoạt động của ngân hàng, chứng khoán và các nhà cung cấp dịch vụ.
- Xem thêm -