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    從AlphaGo世紀之戰談如何選擇負載均衡設備

    編輯: 點擊次數:正在讀取 更新時間:2017-04-19

    AlphaGo世紀之戰談如何選擇負載均衡設備

    作為為一場比賽,“阿法狗”對弈李世石已經結束。作為一次人工智能秀,這個熱潮才剛剛襲來。

    http://img.wezhan.cn/content/sitefiles/36125/images/6388858_image001.jpeg

    我們在為谷歌人工智能技術為之嘆服“4:1”

    這是在與前世界圍棋第一人、韓國九段名將李世石的對弈中,谷歌人工智能“阿法狗”(AlphaGo)機器最終取得的戰績。

    但很多人不知道,AlpaGo的勝利和分布式計算集群系統的成熟息息相關,這是之前,谷歌在《Nature》雜志上就發布了不同版本的AlphaGo對弈的結果:

    http://img.wezhan.cn/content/sitefiles/36125/images/6388859_image002.png

    不同版本的AlphaGo對弈的結果

    在分布式版AlphaGo和對弈單機版AlphaGo的對弈過程中,分布式版的勝率達到了77%,由此看來:多機系統比單機的性能高出很多,而且依賴于優秀的分布式系統,我們可以讓計算能力Scale-out擴展無極限。

    其實隨著云計算與大數據的爆發式增長,分布式計算越來越受到大家的關注,而傳統業務不進行軟件改造就想獲得分布式的好處,服務器負載均衡技術是最早受到行業用戶的關注的智能化數據交換技術,通過各種新技術集成到一起集中交付給用戶,負載均衡設備也被一些廠家稱之為應用交付設備,并且越來越多的技術集成支持傳統業務和云計算、大數據業務,形成應用交付中心方案和云應用交付平臺方案,并保障數據中心更加通暢可靠的運行。

    不過,負載均衡作為一種集硬件設備和解決方案于一體的系統型產品,并不像服務器或是PC那樣可通過配置參數來辨別。在一大堆廠商負載均衡設備參數中,究竟選擇哪家的產品才適合?

    云負載均衡(應用交付)的專業公司鸕鶿科技技術總監羅總介紹,向大家介紹

    負載均衡產品的幾大類別和如何選擇專業的負載均衡硬件以及未來對應負載均衡技術在歐美的趨勢。

    負載均衡的分類

    首先,我們介紹一下負載均設備基本分類的兩種類型

    1、 鏈路負載均衡設備

    2、 服務器負載均衡,又被叫做應用交付設備,有些廠家稱之為智能交換機,

    服務器負載均衡根據數據包處理能力又可以分為

    a、 四層負載均衡

    b、 七層負載均衡

    根據用戶需要負載本地服務器還是負載多區域數據機房又分為

    a、本地服務器負載均衡(Server Load Balance)

    b、全局負載均衡(Global Server Load Balance )

    根據產品形態又分為

    a、 負載均衡硬件設備

    b、 負載均衡容器服務器

    c、 云負載均衡(虛擬化版)

    那么這么多產品都叫負載均衡,如何區分并選擇我們需要的產品呢?

    鏈路負載均衡的選擇

    在選擇負載均衡產品之前,首先要明確這個產品的主要應用范圍是鏈路負載還是服務器負載。這兩種場景的網絡應用模式差異很大,將直接影響選型的參數。

    在鏈路負載中,負載均衡的選型更多地接近于普通的網絡設備。一般情況下,網絡顯示出流量大,但新建并不高。

    因此,在鏈路負載場景中,吞吐量是最重要的指標。實際選擇中,用戶可以根據網絡出口帶寬、實際峰值流量、還有在線最大的并發用戶數(會話數)來計算。

    在鏈路部署中,負載均衡通過根據IP地址、協議類型做轉發,主要工作在四層模式,因此用戶可以根據四層吞吐量來選擇合適的產品型號。如果設備既使用作為鏈路負載均衡功能又開啟應用負載均衡的話,對應的換算就比較困難,其實對應的鏈路負載均衡本身設備的因為只涉及四層網絡數,同時更多傾向于常規的防火墻防護,使用嵌入式(非X86)構建的硬件會更加穩定和專業,使用專業的硬件鏈路負載均衡,可以避免了一次買過高性能設備的資金浪費,有效地保護了自己的投資。

    需要注意的是,廠商標稱吞吐量的方式并不相同,有些標注的是HTTP有效吞吐,有些則標稱的是UDP吞吐。標稱UDP吞吐的值會更高一些,但無法真實反映產品實際處理能力。所以,如果要通過UDP吞吐來選擇產品,建議將所需要的值雙倍、甚至三倍來計算最終需要的設備吞吐值。

    在鏈路負載,對應是傳統交換機廠家的強項,各個廠家一般都會以背板帶寬作為鏈路負載均衡的性能標準。

    因為使用的是嵌入式網路硬件(成本低、功耗小、穩定性高),同樣的性能參數,只需要付出傳統服務器負載均衡1/10-1/50的成本(企業級產品的性價比超高,行業級產品對應冗余電源等行業要求成本增加,但依然有著優越的性價比).在處理四層數據能力上,性價比和穩定性遠遠超過X86構架,而且對應的應用負載均衡在歐美會越來越軟件化(變成虛擬機納入云平臺,這個我們在后面的章節說明),而鏈路負載均衡會越來越硬件化(邊界的設備,硬件形態才是最好的)。為什么鏈路負載和服務器負載需要分開采購,總結起來有幾個原因

    1、 成本的巨大差距:鏈路負載和服務器負載成本差距巨大,如果按照鏈路負載參數選擇服務器負載會大大浪費資金

    2、 硬件軟件方向分化:鏈路負載往往強調邊界能力,專業的用戶會傾向選擇更加穩定的和專業的硬件,而對應成本意識強的客戶會選擇現有的路由器和防火墻的功能模塊就能實現鏈路負載的要求,服務器負載均衡未來會向云數據中心集中,虛擬化是服務器負載均衡必然的趨勢,這也是國外很數據中心云化后的業界趨勢。

    3、 各自穩定性要求:邊界設備的穩定性更加重要,服務器負載更多側重于七層數據,鏈路負載只是處理四層的數據,如果因為服務器負載的負荷過大,影響到鏈路負載為邊界設備穩定性偏弱導致網絡癱瘓,甚至業務中斷往往得不償失。

    4、 專業化分工要求:客戶選擇服務器負載均衡和鏈路負載均衡的位置以及需求往往差別很大,隨著業務需求提升,用戶會不光會把服務器負載均衡和鏈路負載均衡區分開,而且會把web服務器的負載、中間件應用層服務器的負載、數據庫服務器的負載分開,各自使用單獨的負載均衡,這個時候絕大部分的負載均衡考慮是對應用本身的優化,鏈路負載功能都不再需要。

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    應用服務器負載均衡的選擇

    如果說鏈路負載均衡主要了解吞吐和并發以及對應硬件構架和性價比后,服務器負載則需要考慮得更多,它首先需要的是用戶數、數據吞吐能力和全面的功能。

    對于服務器應用來說,其典型特點是,高新建、高并發、低流量。一個應用,可以在短短幾分鐘時間內,新建連接峰值達到6000個,并發超過12萬,但峰值流量卻只有不到300Mbps。

    所以在服務器負載的選擇中,首先要看負載產品的新建連接數。該指標就像一個瓶子的瓶口:瓶口越大,服務器所能處理的用戶數就越高。

    同時帶寬吞吐能力,因為涉及到綜合能力的考量也是性能中很重要的參數。

    不過,會很多工程師說,“我不知道應用場景里每秒新建連接數有多少???根本拿不到這個數據。”這是事實,很多時候,對業務的新建連接數,只有通過專業設備才能統計出來,很多用戶是不知道當前業務的新建連接數量的。

    這該怎么辦呢?其實,這是可以推算出來的。

    需要設備性能=并發用戶數*每個業務會話數*業務總數*1.5+未來用戶數*每個業務會話數*業務總數

    例如,雖然不知道新建連接數,但用戶數是可以了解的。比如:某業務的用戶數有2000人,根據業務性質估算出大概同時會有500人在線,再估計一下每個用戶訪問業務發起的連接數為20個(可以通過抓包查看)一共10個類似的業務系統(一般一個人不會同時登陸所以對應參數設置為3),那最終該系統的負載設備新建連接選型就應該是:

    (500*20)*3*1.5 +1500*20*3=45K-135K

    也就是說,首先要選擇一個新建數不低于45K/S的負載設備(對應如果是七層性能需要在要求性能乘以2的樣子)。在這個基礎上,考慮下吞吐帶寬。

    比如以下系列產品

    LCA系列企業版

    產品型號

    LCA118

    LCA418

    LCA1018

    吞吐量(Gbps)

    1

    4

    10

    千兆以太網端口數

    4

    2

    4

    10 GB 光纖端口(SFP+)

    2

    TLS (SSL) TPS

    (2K 密鑰)

    200

    1500

    10,000

    TLS (SSL) TPS

    (1K 密鑰)

    1,000

    3000

    17,000

    并發連接數(Mpps)

    4

    6

    26

    Web 應用防火墻(WAF)

    支持

    支持

    SSO統一身份驗證

    支持

    支持

    支持

    全局負載

    支持

    支持

    支持

    SDN 支持

    支持

    支持

    TCP單邊加速

    支持

    支持

    支持

    內容緩沖加速

    支持

    支持

    支持

    設備外觀

    1U

    1U

    2U

    冗余熱插拔電源

    不支持

    不支持

    支持

    需要注意的是:服務器負載要考慮負載設備上開啟的業務,例如純四層業務就只需要考慮四層新建,如果開啟七層業務就要考慮七層新建。

    補充一下

    四層負載均衡和七層負載均衡的區別:

    四層負載均衡:是通過報文中的目標地址和端口,再加上負載均衡設備設置的服務器選擇方式,決定最終選擇的內部服務器與請求客戶端建立TCP連接,然后發送Client請求的數據。

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    由上圖可知:在四層負載設備中,把client發送的報文目標地址(原來是負載均衡設備的IP地址),根據均衡設備設置的選擇web服務器的規則選擇對應的web服務器IP地址,這樣client就可以直接跟此服務器建立TCP連接并發送數據。

    七層負載均衡也稱內容交換,也就是主要通過報文中的真正有意義的應用層內容,再加上負載均衡設備設置的服務器選擇方式,決定最終選擇的服務器。

    由上圖可知,其實七層負載均衡起了一個代理服務器的作用,我們知道建立一次TCP連接要三次握手;而client要訪問webserver要先與七層負載設備進行三次握手后建立TCP連接,把要訪問的報文信息發送給七層負載均衡;然后七層負載均衡再根據設置的均衡規則選擇特定的webserver,然后通過三次握手與此臺webserver建立TCP連接,然后webserver把需要的數據發送給七層負載均衡設備,負載均衡設備再把數據發送給client;所以,七層負載均衡設備起到了代理服務器的作用。

    七層的負責均衡設備的優點:

    使整個網絡更“智能化”,能把對圖片類的請求轉發到圖片服務器,對文字的請求轉發到文字服務器,銷售用戶的訪問自動轉發到交付銷售服務器,財務用戶的訪問自動轉發到財務服務器,所以七層負載均衡很多廠家又叫做智能交換機,在智能的基礎上又會有很多深層應用交付能力,比如單邊TCP加速、緩沖加速、SSL加速、SDN擴展支持、SSO統一認證支持等等。如果開啟對應的HTTP的緩存、壓縮,也會帶來的性能損耗。還有SSL卸載,如果有相應的業務開啟時,SSL新建、SSL吞吐的參數(1K和2k的密鑰加密強度也有區別)也要一并考慮。所以這個時候最終帶寬性能就決定了設備中高低端的區別。

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    在功能上選擇一個好應用負載產品會有以下幾點重要的功能性需要關注

    (1) 七層負載算法需要識別源IP地址、HTTP包頭、HTTP包頭+源IP地址、服務器Cookie、服務器Cookie+源IP地址、活動Cookie、活動Cookie+源IP地址、Cookie的散列、Cookie+源IP地址的散列、URL的散列、HTTP Post的包頭、HTTP查詢字符串的散列、自定義HTTP包頭等信息,算法計算程度更豐富

    (2) 七層負載對Microsoft Exchange、Microsoft Lync、Microsoft ADFS、Microsoft RDS Templates、VMware Horizon View、VMware Horizon Workspace等專業廠家會有天然的支持和建議配置,免去傳統企業用戶使用負載均衡優化的煩惱

    (3) 七層負載的安全性同樣至關重要,因為目前負載均衡已經成為網絡的核心組件,成為服務器業務連續性、完整性、可靠性的保護神。七層負載均衡的安全性需要從兩個方面體現:一是系統本身的安全性,軟件系統應采用自主研發,無系統漏洞和后門;二是可以提供必要的網絡安全防護,減少服務器被直接攻擊的威脅,這樣可以減少服務器區設備串聯堆疊帶來的單點故障。專業的負載可以支持IPS,IPS防御庫可在線更新;有效防止DDOS 、SYN Flood攻擊,支持WAF(網絡應用防火墻)等使網站更安全。

    (4) 對業務優化的幫助,單邊TCP加速、緩沖加速、SSL加速、SDN擴展支持、SSO統一認證支持等等功能對業務的優化和加速是商業版負載均衡能力很重要的考量,如果這些能力不夠成熟還完善,用戶往往寧愿選擇免費的開源負載均衡來解決一時之需。

    http://img.wezhan.cn/content/sitefiles/36125/images/6388866_image009.png

    像上面互聯網金融平臺,在沒有出現安全漏洞和合規性問題前,他們也是使用開源的pache在業務能力上也基本滿足要求,但隨著用戶訪問原來越多,信息安全問題越來越突出,考慮向傳統金融企業合規性的學習,在邊界他們使用SSL加速/卸載能力加強加密強度,以提高訪問的安全級別,同時降低邊界web服務器的負荷,用單邊TCP加速和緩沖加速等能力提高客戶的訪問體驗。IPS和WAF的能力對保護他們網站應用的安全性幫助也很大,同時未來考慮到數據災備的方案時候,全局負載的能力以及SDN、VPN的能力又能幫助他們更智能的兼顧應用交付全面性的問題。

    商業化負載均衡十多年的產品沉淀和服務能力以及對新技術的敏感力能夠很好的幫助傳統企業用上最好最專業的IT產品,達到事半功倍的效果。

    而專業的商業負載均衡虛擬化能力的成熟性,替換掉原有的開源虛擬化的負載均衡也是一蹴而就的簡單事情。

    (5) 網絡的穩定性主要通過設備關鍵部件的冗余設計,以及雙機、集群部署方式實現要很重要。

    (6) 對X86平臺的優化能力,由于七層對CPU的負載要求更高,這就需要更高性能的產品。雖然目前硬件平臺已經發展到多核,國內傳統負載均衡廠商在多核平臺的應用開發上存在著較大差距,嚴重制約負載均衡設備多核之間計算能力的協調分配和使用,即使是負載均衡的老大F5目前也是剛從嵌入式平臺轉移到X86平臺(剛才我們說了鏈路負載嵌入式平臺的好處,但為什么遷移的X86平臺,其實主要是為了云計算服務),能否在X86平臺上優化好,對七層負載均衡尤其重要。

    (7) 對云計算的支持,在海外隨著業務并發數不斷提升,用戶關鍵業務的高可用性越來越重要,企業對服務器集群后如何更加有效的使用,應用負載均衡(國外鏈路負載的工作因為沒有國內南北互聯、多重內外網等問題,相對來說都是交給專業的鏈路負載均衡能力的邊界設備來支持)已經變成企業核心業務系統必不可少的組件。虛擬化的負載均衡變成每個應用的標配。出了傳統的硬件設備提供外、是否提供各種虛擬化版本支持和優化(尤其是通用如vmware聯動版本的支持等)、公有云版本、容器模式(傳統服務器變成專業負載均衡服務器)的支持,也是有遠見的用戶必須要考慮的。

    (8)全局負載的能力對應用負載均衡也至關重要

    如果說本地服務器負載均衡是把多臺服務器通過一臺負載均衡交付出去變成“一臺服務器”,那么全局就是幫助用戶通過多重技術實際的幫助用戶把多個機房交付出去變成“一個機房”,全局負載均衡提供多個數據中心的業務系統的高可用性和容災,同時適合于私有云和公有云的業務系統遷移切換,全局負載的好壞決定了本地服務器集群的擴展性(如何智能又安全的擴展到私有云、異地(災備)機房、公有(災備)云)某些不專業的廠家只是具備簡單的智能DNS功能就號稱自己有全局負載的能力,其實專業的全局負載還有一下需要關注的能力:

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    a、 全局負載均衡內嵌哪些算法包括:輪詢,權重輪詢,固定權重,業務系統的負荷,根據用戶訪問位置的經緯度,根據用戶訪問位置離數據中心的就近性.

    b、 是否可以根據數據中心站點是否為公有站點和私有站點設定訪問策略.

    c、 是否支持自定義站點不可用時的恢復模式:即手動恢復或自動恢復.

    d、 全局負載均衡是否支持會話保持

    e、 是否支持和DNS的無縫集成,實現自動尋址

    f、  是否內置IP(IPv6和IPv4)的位置數據庫,并定時更新,

    g、 是否支持外置部署方式:即將設備部署在數據中心外,統一提供高可用性和容災.

    h、 是否支持自定義地區,自定義IP地址和地區的映射. 實現異地多數據機房的統一

    i、   是否支持集群部署,在每個數據中心均部署設備提供全局負載均衡,對外作為一臺邏輯的設備.

    j、   是否集群部署模式下,支持設備之間的配置自動同步,支持設備的統一內核升級管理.

    這些能力都決定最后是否可以把多個平臺和機房更加智能的交付成”一個機房“甚至“一臺服務器”。

    (9)本地化的用戶需要本地化的服務能力

    因為國外產品分工非常細致,所以有些產品在本地化能力方面不夠,比如本地化大數據審計的能力,本地地址庫更新的能力,單點登錄的能力、應用虛擬化整合的能力、多設備集中管理和升級的能力,這些個性化的本地化能力也是用戶選擇專業廠家的重要因素。

    (10)    廠家對負載均衡的使用專業度以及對整體方案(云演近、云應用交付中心、災備、SDN擴展支持等)的理解力也是用戶選擇的關鍵。為什么傳統金融和行業用戶,因為合規等需求而大量采購商業化負載均衡硬件和軟件,而不選擇開源方案,就站在這個專業角度和專業服務方面考慮的。
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    綜上所述,如果真正了解了負載均衡產品性能參數的含義,做負載均衡產品選型其實并不難,但綜合考慮企業的合規、高要求的需求后,選擇一個合適的安全且功能強大的商業化產品,選擇一個有遠見和專業度高的廠家尤其是重要。

     

    Luccitech鸕鶿科技介紹

    公司注冊資金1000萬,十余年的專業交付和安全產品經驗,國內首家云應用交付產品解決方案提供商,擁有一批國內外最早參與云計算整體解決方案的專家。公司總部和研發基地位于深圳,在廣州和深圳分別設立營銷中心和服務中心,同時在南寧、南昌等地設有辦事處。公司核心員工來自微軟、IBM、聯想、中國電信、電信研究院等一線行業IT服務公司。鸕鶿科技致力于通過云應用交付平臺為整體解決方案,為行業企業客戶提供有前瞻性、云演進性的專家級行業應用交付服務,迄今已為中國多家行業信息化領軍企業提供整體交付方案和服務,以幫助中國企業提供全球化IT支持方案的領軍企業為目標的專業公司。

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