Omówienie równoważenia obciążenia sieciowego

Funkcja równoważenia obciążenia sieciowego w systemie Windows Server 2008 R2 zwiększa dostępność i skalowalność serwerowych aplikacji internetowych, w tym aplikacji sieci Web, serwerów FTP, zapór, serwerów proxy, serwerów wirtualnych sieci prywatnych (VPN) i innych serwerów o newralgicznym znaczeniu. Jeden komputer z systemem Windows Server 2008 R2 zapewnia ograniczony poziom niezawodności i skalowalnej wydajności serwera. Dzięki połączeniu zasobów dwóch lub większej liczby komputerów z systemami operacyjnymi należącymi do rodziny systemów operacyjnych Windows Server 2008 R2 w jeden klaster wirtualny funkcja równoważenia obciążenia sieciowego może jednak zapewnić niezawodność i wydajność, których potrzebują serwery sieci Web i inne serwery o newralgicznym znaczeniu.

Klaster równoważenia obciążenia sieciowego z czteroma hostami

Na powyższym diagramie przedstawiono dwa połączone klastry równoważenia obciążenia sieciowego. Pierwszy klaster składa się z dwóch hostów, a drugi - z czterech. Jest to przykład przedstawiający, jak można korzystać z funkcji równoważenia obciążenia sieciowego.

Na każdym hoście jest uruchomiona oddzielna kopia odpowiednich aplikacji serwerów (takich jak aplikacje sieci Web, serwery FTP i serwery Telnet). Funkcja równoważenia obciążenia sieciowego rozdziela przychodzące żądania klientów na hosty w klastrze. Obciążenie, które ma być obsługiwane przez każdy host, można odpowiednio skonfigurować. Można też dynamicznie dodawać hosty do klastra w celu zapewnienia obsługi zwiększonego obciążenia. Ponadto funkcja równoważenia obciążenia sieciowego może kierować cały ruch do jednego wyznaczonego hosta, nazywanego hostem domyślnym.

Dzięki funkcji równoważenia obciążenia sieciowego wszystkie komputery w klastrze mogą być adresowane za pomocą takiego samego zestawu adresów IP klastra. Ponadto funkcja ta obsługuje zestaw unikatowych dedykowanych adresów IP dla każdego hosta. Gdy dochodzi do awarii hosta lub gdy przechodzi on do trybu offline, obciążenie dla aplikacji z równoważeniem obciążenia jest automatycznie rozdzielane na komputery, które nadal działają. Gdy komputer ulegnie awarii lub nieoczekiwanie przejedzie do trybu offline, aktywne połączenia do tego serwera zostaną utracone. Jeśli host ma jednak zostać wyłączony celowo, można użyć polecenia drainstop, które spowoduje obsłużenie wszystkich aktywnych połączeń przed przejściem komputera do trybu offline. W każdym z tych przypadków, gdy komputer działający w trybie offline jest gotowy, może w sposób niewidoczny dla użytkowników przyłączyć się ponownie do klastra i odzyskać swój udział w obciążeniu, dzięki czemu inne komputery w klastrze będą mogły obsługiwać mniej ruchu.

Hosty w klastrze równoważenia obciążenia sieciowego wymieniają komunikaty pulsu, aby utrzymać spójne dane o członkostwie klastra. Domyślnie, jeśli hostowi nie uda się wysłać komunikatu pulsu w ciągu pięciu sekund, przyjmuje się, że host ma defekt. Gdy host ma defekt, pozostałe hosty w klastrze są poddawane procesowi zbieżności i wykonują następujące czynności:

Ustalają, które hosty są nadal aktywnymi elementami członkowskimi klastra.
Wybierają host o najwyższym priorytecie jako nowy host domyślny.
Zapewniają, że wszystkie nowe żądania klientów będą obsługiwane przez sprawne hosty.

Podczas procesu zbieżności sprawne hosty szukają jednolitych sygnałów pulsu. Jeśli host, który przestał wysyłać sygnały pulsu, zacznie je jednolicie wysyłać, przyłączy się ponownie do klastra w trakcie procesu zbieżności. Gdy nowy host próbuje przyłączyć się do klastra, wysyła komunikaty pulsu, które także wyzwalają proces zbieżności. Po uzgodnieniu bieżącego członkostwa klastra przez jego wszystkie hosty obciążenie klientów zostanie ponownie rozdzielone na pozostałe hosty i proces zbieżności zostanie zakończony.

Proces zbieżności zwykle trwa tylko kilka sekund, dlatego przerwa w obsługiwaniu klientów przez klaster jest minimalna. Podczas procesu zbieżności hosty, które są nadal aktywne, kontynuują obsługiwanie żądań klientów, nie wpływając na istniejące połączenia. Proces zbieżności kończy się, gdy wszystkie hosty raportują spójny widok członkostwa klastra oraz mapę dystrybucyjną dla kilku okresów impulsowych.

Co nowego w funkcji równoważenia obciążenia sieciowego?

Funkcja równoważenia obciążenia sieciowego w systemie Windows Server 2008 R2 zawiera następujące ulepszenia:

Rozszerzona koligacja. Opcja Rozszerzona koligacja zachowuje koligację klienta, gdy konfiguracja klastra równoważenia obciążenia sieciowego zostaje zmieniona. Opcja ta również pozwala klientom zachować koligację z hostem klastra, nawet jeśli nie istnieją żadne aktywne połączenia z klienta do hosta.
Środowisko Windows PowerShell dla klastrów równoważenia obciążenia sieciowego. Windows PowerShell to nowa powłoka wiersza polecenia i język skryptowy. Środowisko Windows PowerShell przyspiesza automatyzację zadań administrowania systemem. Środowiska Windows PowerShell można używać do zarządzania klastrami równoważenia obciążenia sieciowego. Aby uzyskać więcej informacji na temat korzystania ze środowiska Windows PowerShell dla klastrów równoważenia obciążenia sieciowego, zobacz https://go.microsoft.com/fwlink/?LinkId=140180 (strona może zostać wyświetlona w języku angielskim).
Obsługa uaktualnień stopniowych. Funkcja równoważenia obciążenia sieciowego obsługuje uaktualnienia równoległe z systemu Windows Server 2003 do systemu Windows Server 2008 R2 i z systemu Windows Server 2008 do systemu Windows Server 2008 R2. Aby uzyskać informacje na temat wdrażania równoważenia obciążenia sieciowego, w tym informacje o uaktualnieniach stopniowych, zobacz https://go.microsoft.com/fwlink/?LinkId=87253 (strona może zostać wyświetlona w języku angielskim).

Konfigurowanie równoważenia obciążenia sieciowego

Funkcja równoważenia obciążenia sieciowego działa jako sterownik sieci systemu Windows. Jej operacje są niewidoczne dla stosu sieciowego TCP/IP.

Na powyższym diagramie przedstawiono zależność między funkcją równoważenia obciążenia sieciowego a innymi składnikami oprogramowania w typowej konfiguracji hosta równoważenia obciążenia sieciowego.

Funkcje w równoważeniu obciążenia sieciowego

Równoważenie obciążenia sieciowego oferuje następujące funkcje:

Skalowalność

Skalowalność to miara możliwości rozbudowy komputera, usługi lub aplikacji stosownie do rosnących wymagań w zakresie wydajności. W przypadku klastrów równoważenia obciążenia sieciowego skalowalność określa możliwość stopniowego dodawania jednego lub kilku systemów do istniejącego klastra, gdy całkowite obciążenie przekracza możliwości klastra. W celu zapewnienia skalowalności funkcja równoważenia obciążenia sieciowego:

równoważy obciążenie żądaniami w ramach klastra równoważenia obciążenia sieciowego dla poszczególnych usług TCP/IP;
obsługuje do 32 komputerów w jednym klastrze;
równoważy obciążenie wielu serwerów żądaniami (od tego samego klienta lub od kilku klientów) na wielu hostach w klastrze;
obsługuje możliwość dodawania hostów do klastra równoważenia obciążenia sieciowego wraz ze wzrostem obciążenia bez wyłączania klastra;
obsługuje możliwość usuwania hostów z klastra wraz ze spadkiem obciążenia;
zapewnia wysoką wydajność i niski narzut dzięki w pełni potokowej implementacji. Przetwarzanie potokowe umożliwia wysyłanie żądań do klastra równoważenia obciążenia sieciowego bez oczekiwania na odpowiedź na wcześniej wysłane żądanie.

Wysoka dostępność

System o wysokiej dostępności niezawodnie zapewnia akceptowalny poziom obsługi z minimalnym czasem przestojów. W celu zapewnienia wysokiej dostępności funkcja równoważenia obciążenia sieciowego posiada wbudowane funkcje, które mogą automatycznie:

wykryć host klastra, na którym wystąpiła awaria lub który przeszedł do trybu offline, oraz przywrócić go;
równoważyć obciążenie sieciowe podczas dodawania i usuwania hostów;
odzyskiwać i ponownie rozdzielać obciążenia w ciągu dziesięciu sekund.

Możliwości zarządzania

Równoważenie obciążenia sieciowego udostępnia poniższe funkcje możliwości zarządzania:

Menedżer równoważenia obciążenia sieciowego umożliwia zarządzanie wieloma klastrami równoważenia obciążenia sieciowego i hostami klastra oraz konfigurowanie ich z jednego komputera.
Za pomocą reguł zarządzania portami można określić zachowanie funkcji równoważenia obciążenia dla jednego portu IP lub grupy portów.
Dla każdej witryny sieci Web można zdefiniować różne reguły portów. Jeśli ten sam zestaw serwerów z równoważeniem obciążenia jest używany dla wielu aplikacji lub witryn sieci Web, reguły portów są oparte na docelowym wirtualnym adresie IP (z użyciem klastrów wirtualnych).
Za pomocą opcjonalnych reguł jednego hosta wszystkie żądania klientów można kierować do jednego hosta. Równoważenie obciążenia sieciowego kieruje żądania klientów do określonego hosta z uruchomionymi określonymi aplikacjami.
Można zablokować niepożądany dostęp sieciowy do określonych portów IP.
Można włączyć obsługę protokołu zarządzania grupami internetowymi (IGMP) na hostach klastra w celu kontrolowania zalewania przełączników (podczas pracy w trybie multiemisji).
Za pomocą poleceń i skryptów powłoki można zdalnie uruchamiać, zatrzymywać i kontrolować akcje funkcji równoważenia obciążenia sieciowego z dowolnego komputera z systemem Windows połączonego z siecią.
Można wyświetlać dziennik zdarzeń systemu Windows w celu sprawdzania zdarzeń równoważenia obciążenia sieciowego. Funkcja równoważenia obciążenia sieciowego rejestruje wszystkie akcje i zmiany w klastrach w dzienniku zdarzeń.

Łatwość użycia

Równoważenie obciążenia sieciowego udostępnia wiele funkcji, dzięki którym jest łatwe w użyciu:

Równoważenie obciążenia sieciowego jest instalowane jako standardowy składnik sterownika sieciowego systemu Windows.
Do włączenia i uruchomienia równoważenia obciążenia sieciowego nie są wymagane żadne zmiany sprzętowe.
Menedżer równoważenia obciążenia sieciowego umożliwia tworzenie nowych klastrów równoważenia obciążenia sieciowego.
Menedżer równoważenia obciążenia sieciowego umożliwia konfigurowanie wielu klastrów i wszystkich hostów klastra oraz zarządzanie tymi klastrami i hostami z jednego komputera zdalnego lub lokalnego.
Równoważenie obciążenia sieciowego pozwala klientom na dostęp do klastra za pomocą jednej logicznej nazwy internetowej i wirtualnego adresu IP nazywanego adresem IP klastra (zachowuje on poszczególne nazwy wszystkich komputerów). Równoważenie obciążenia sieciowego umożliwia stosowanie wielu wirtualnych adresów IP dla serwerów wieloadresowych.

Uwaga

W przypadków klastrów wirtualnych serwery nie muszą być wieloadresowe, aby mogły mieć wiele wirtualnych adresów IP.
Równoważenie obciążenia sieciowego może być związane z wieloma kartami sieciowymi, dzięki czemu można konfigurować wiele niezależnych klastrów na każdym hoście. Obsługa wielu kart sieciowych różni się od klastrów wirtualnych tym, że klastry wirtualne umożliwiają konfigurowanie wielu klastrów na jednej karcie sieciowej.
Nie trzeba modyfikować aplikacji serwerów, aby je można było uruchamiać w klastrze równoważenia obciążenia sieciowego.
Równoważenie obciążenia sieciowego można tak skonfigurować, aby w przypadku defektu hosta klastra, a następnie jego przejścia do trybu online, host był automatycznie dodawany do klastra. Dodany host będzie mógł następnie rozpocząć obsługę nowych żądań serwera od klientów.
Komputery można przełączyć do trybu offline w celu przeprowadzenia profilaktycznej konserwacji, nie zakłócając działania klastra na innych hostach.