太一星晨解析七层负载均衡关键技术

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负载均衡,英文名称为LoadBalance,其意思就是将负载(工作任务)进行平衡,分摊到多个操作单元上进行执行(例如Web服务器、FTP服务器等),实现多个服务器共同完成工作任务的目标。负载均衡建立在现有网络结构之上,它提升了服务器的性能、提高了带宽利用率,增强了网络的灵活性和可靠性。经过十年的发展,负载均衡已经成为网络应用的重要设备,甚至成为大型网络应用的核心设备,与基础路由、交换设备市场并驾齐驱。

十年间,负载均衡的前沿技术层出不穷,令用户眼花缭乱。经常在技术网站、文档中出现的“四层负载均衡”、“七层负载均衡”字眼有什么含义?有什么区别?对客户网络有哪些不同的优化?带着这样的疑问,今天我们就来仔细研究一番。

四层负载均衡像银行自助排号机 七层负载均衡像银行大堂经理

首先,我们来了解一下什么是四层负载均衡、什么是七层负载均衡。四层负载均衡指的是负载均衡设备通过报文中的目标IP地址和端口负载均衡算法,选择到达目的的内部服务器;七层负载均衡,也被称为“内容交换”,指的是负载均衡设备通过报文中的应用层信息(URL、HTTP头部等信息)和负载均衡算法,选择到达目的的内部服务器。二者的区别可以举个例子形象的说明:四层负载均衡就像银行的自助排号机,每一个达到银行的客户根据排号机的顺序,选择对应的窗口接受服务;而七层负载均衡像银行大堂经理,先确认客户需要办理的业务,再安排排号。这样办理理财、存取款等业务的客户,会根据银行内部资源得到统一协调处理,加快客户业务办理流程。

七层应用负载的好处是使得整个网络更“智能化”!例如,在网站的运行中,用户可以通过七层的方式,将图片类的请求通过缓存技术传输到特定的图片服务器,将对文字类的请求通过压缩技术传输到特定的文字服务器。当然这只是七层应用的一个小案例,从技术原理上,这种方式可以对客户端的请求和服务器的响应进行任意方式的修改,极大提升了应用系统在网络层的灵活性。很多在后台(例如Nginx或者Apache)上部署的功能可以前移到负载均衡设备上(例如客户请求中的Header重写,服务器响应中的关键字过滤或者内容插入等)。

另外一个常常被提到功能就是安全性。在网络中常见的SYN Flood攻击中,黑客会控制众多客户端(肉鸡),使用虚假IP地址对同一目标发动SYN攻击,通常这种攻击会大量发送SYN报文,耗尽服务器上的相关资源,以达到Denial of Service(DoS)的目的。从技术原理上也可以看出,四层模式下这些SYN攻击都会被转发到后端的服务器上;而在七层模式下这些SYN攻击自然在负载均衡设备上就截止,不会影响后台服务器的正常运营。另外负载均衡设备可以在七层层面设定多种策略,过滤SQL Injection等应用层面的特定攻击手段,进一步提高系统整体安全。

国内负载均衡技术缺少根本性突破 “浑水摸鱼”伪七层负载均衡或将逐步减少

聊到这里,大家应该都明白四层负载均衡和七层负载均衡的区别了。七层负载均衡技术对产品的性能、算法、高可靠性和安全性有着更高的要求。而导致这种技术的差异性,更多的体现在厂商对负载均衡专有平台的开发上,具体可以概括为以下四点,不满足这四点的产品都不能称为七层负载均衡:

第一、七层负载的应用以HTTP协议为主,四层负载的应用以TCP为主,通过测试仪可以看出,七层负载的吞吐性能要比四层负载的吞吐性能低。七层吞吐性能严重考验着负载均衡厂商们,如果不解决这个核心问题,负载均衡设备就会成为网络的瓶颈,严重影响网络的稳定性。

第二、七层负载算法需要识别URL、Cookie和HTTP head等信息,算法计算程度更丰富,对CPU的负载要求更高,这就需要更高性能的产品。虽然目前硬件平台已经发展到多核,但是国内厂商在多核平台的应用开发上存在着较大差距,严重制约负载均衡设备多核之间计算能力的协调分配和使用。

第三、七层负载的可靠性体现在两个方面:一方面是保证服务器访问的完整性和连续性,这主要体现在七层负载均衡的会话保持技术,通过HTTP Cookie、HTTP SessionID、HTTP ServerID、HTTP 自定义头域和SSL SessionID等方式实现。另一方面是保证网络的稳定性,网络的稳定性主要通过设备关键部件的冗余设计,以及双机、集群部署方式实现。

第四、七层负载的安全性同样至关重要,因为目前负载均衡已经成为网络的核心组件,成为服务器业务连续性、完整性、可靠性的保护神。七层负载均衡的安全性需要从两个方面体现:一是系统本身的安全性,软件系统应采用自主研发,无系统漏洞和后门;二是可以提供必要的网络安全防护,减少服务器被直接攻击的威胁,这样可以减少服务器区设备串联堆叠带来的单点故障。

从以上几点可以看出,七层负载均衡有着严格的定义,优势也非常明显。但是,从市场份额来看,七层负载均衡设备还是以国外厂商占据主导地位,国内能够进行自主研发的只有太一星晨等少数的几家厂商。而且,国内负载均衡厂商应用场景以链路负载为主,难以进入占据负载均衡市场70%份额、主导负载均衡技术发展的服务器负载均衡市场,更缺乏在大型数据中心及大型门户网站使用案例。

究其原因,还是国内负载均衡技术长期没有根本性的突破,无法达到服务器负载的核心需求,要占领市场,就需要解决七层负载均衡在网络吞吐、性能、可靠性、安全性等问题。为此,太一星晨依托优秀的开发团队,结合了多核路由器、安全攻防检测技术的丰富积累,致力于深入研究七层负载均衡技术,并推出了相应的产品。

用户可以发现,在目前国内的负载均衡市场,中国本土厂商已经渐渐的追赶上来,太一星晨等企业研发的负载均衡产品也以高性能、高稳定、高安全性表现出了强大的竞争力,并获得了市场的充分认可。可以预计,在中国未来的负载均衡市场上,混淆七层负载均衡概念、企图“浑水摸鱼”的现象会越来越少,本土厂商的市场竞争能力会得到更大提高。


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