使用网络地址转换实现多服务器负载均衡(1)

　　本文探讨了分布式网络服务器使用的负载均衡技术及负载分配的策略，并基于网络地址转换在FreeBSD上实现了负载均衡网关，应用于我们的Internet网络服务器上，将负载分给多个服务器分担，以解决Internet服务器面临的大量并发访问造成的CPU或I/O的高负载问题。为了达到最佳的负载均衡效果，负载控制器需要根据各个服务器的当前CPU和I/O状态来分配负载，这就需要动态监视服务器的负载，并应用优化的负载分配策略，达到平均分配负载的目的。

　　关键字：

　　负载均衡，网络地址转换，FreeBSD

　　1. 引言

　　Internet的快速增长使多媒体网络服务器面对的访问数量快速增加，服务器需要具备提供大量并发访问服务的能力，服务器的处理和I/O能力成为了提供服务的瓶颈。由于单台服务器的性能总是有限的，必须采用多服务器和负载均衡技术才能满足大量并发访问的需要。

　　最早的负载均衡技术是通过DNS来实现的，在DNS中为多个地址配置同一个名字，因而查询这个名字的客户机将得到其中一个地址，从而使得不同的客户访问不同的服务器，达到负载均衡的目的[1]。DNS负载均衡是一种简单而有效的方法，但是它不能区分服务器的差异，也不能反映服务器的当前运行状态。

　　反向代理服务器可以将请求转发给内部Web服务器，如果代理服务器能够将请求均匀转发给多台内部服务器，就能达到负载均衡的目的[2]。反向代理方式下能应用优化的负载均衡策略，每次访问最空闲的内部服务器来提供服务。但是随着并发连接数量的增加，代理服务器本身的负载也变得非常大，最后反向代理服务器本身会成为服务的瓶颈。

　　支持负载均衡的地址转换网关中可以将一个外部IP地址映射为多个内部IP地址，对每次TCP连接请求动态使用其中一个内部地址，达到负载均衡的目的[3]。很多硬件厂商将这种技术集成在他们的交换机中，作为他们第四层交换的一种功能来实现，一般采用随机选择、根据服务器的连接数量或者响应时间进行选择的负载均衡策略来分配负载。然而硬件实现的负载控制器灵活性不强，不能支持更优化的负载均衡策略和更复杂的应用协议。

　　除了这三种负载均衡方式之外，有的协议内部支持与负载均衡相关的功能，例如HTTP协议中的重定向能力等，但它依赖于特定协议，因此使用范围有限。根据现有的这些负载均衡技术，我们选择了使用软件方式实现网络地址转换的负载均衡的方式，以弥补硬件负载均衡器的不灵活，并应用优化的均衡策略来实现后端服务器负载分担的最优状态。