浅谈高校数字图书馆负载均衡解决方案

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摘要:由于目前现有网络的各个核心部分随着业务量的提高,访问量和数据流量的快速增长,其处理能力和计算强度也相应地增大,使得单一的服务器设备根本无法承担。在此情况下,如果扔掉现有设备去做大量的硬件升级,这样将造成现有资源的浪费,而且如果再面临下一次业务量的提升时,这又将导致再一次硬件升级的高额成本投入,甚至性能再卓越的设备也不能满足当前业务量增长的需求。

关键词:负载均衡;应用;图书馆;安全

中图分类号:TP3-05C289文献标识码:A 文章编号:1673-0992(2010)06A-0063-01

一、环境需求

随着计算机技术的发展,基于网络环境的学习已成为一种新的学习理念和学习环境,并改变了高校园区内师生的学习生活。但随着访问量的激增,如何构建面向全校的图文信息资源中心共享平台,以确保平台在运行过程中的稳定性和高服务品质是需要解决的关键问题。尤其是当大规模并发访问时所带来的网络中各个核心部分业务量上升,访问量和数据流量增长,相应的处理能力和计算强度也迅速增大,从而引起核心网络设备过载,网络瓶颈和网络拥塞等问题。在这种情况下,单纯追求高性能硬件来解决问题,无疑会造成高额的成本投入;而且,性能再优秀的设备也无法应对当前和今后快速增长的业务量的需求。因此, 研究负载均衡技术在网络教学环境中的实际应用,成为解决上述问题的重要手段。

二、项目概况

该职业技术学院是省教育部认可的直属学院,在校师生超过13000人。学院面向教育网络化信息化,建立了一套完善的现代数字图书馆体系。系统整合了学院自动化图书查询体系,中国期刊网数据库,维普期刊,超星图书,书生图书,CNKI等多个子系统。系统所有服务器都同时运行着W eb 应用、APP 应用和数据库服务; 而资源利用率、服务器配置等的差异也造成了服务器负载的差异。例如,中国期刊网服务器和超星电子图书服务器负载过高,不能提供高性能的应用服务,而书生电子图书服务器负载一般。而且由于各种应用不同,杂乱而没有规划,造成系统负荷居高不下,但用户并发量却上不去。例如附书光盘下载流量具有突发性,可以考虑采用最少连接数算法来提供服务;图书馆书目检索流量稳定,占用服务器资源少,可考虑采用轮询算法;学术期刊服务器采用优先权算法,拥有全文数据的服务器优先权高等。而这些,在之前的部署之中都是没有考虑到的。

三、客户需求

提供全面的多种应用的服务器负载均衡实际方案。通过HA方式保证系统的7x24小时服务,提供基于应用的健康检查机制。保证整体系统的稳定,高可靠性。应用服务器群包含多个Web服务器、APP服务器和FTP服务器等;数据库服务器群由各种数据库服务器,如SQL Sever、TRS Server、MySql、KBASE和Sybase等组成,需要将Web应用、App应用与数据库服务在物理上分开,提升信息平台的整体性能;合理规划应用协议进行分流,增强带宽使用,提高同时接入的用户并发量。建议的方案必须最小限度的影响现有系统,并且在将来有很好的扩展性。

四、负载均衡方案

负载均衡技术方案中对多服务器的设计结构有对称结构、非对称结构之分。负载平衡系统的设计必须保证当发生服务中断情况下保证对用户的可用性。我们的关键是找到一种能够满足目前和未来应用需要的解决方案,保护当前和未来的投资。下面将介绍几种常用的均衡技术。

1.基于NAT的负载均衡技术,网络地址转换是Internet网关的一个重要功能,它能将内部地址和外部地址进行转换,以使具备内部地址的计算机能访问外部网络。同样外部网络访问网关拥有的某一外部地址时,地址转换网关能将其转发到该地址映射的内部地址的计算机上。网络地址转换的另一功能是可以“屏蔽”内部IP地址,在IP地址较少的情况下非常有用。对数字图书馆网来说,IP地址相当富余。因此,我们的重点在于:通过重新修改地址转换程序,使得地址转换网关能将请求均匀转换为内部的多个服务器的内部地址,此后外部网络中的计算机就各自与自己转换得到的内部服务器进行通信,从而达到负载均衡的能力。

2.基于第四层交换的负载均衡技术,当前,先进的局域网交换机开始支持第四层交换技术,就是按照IP地址和TCP端口进行虚拟连接的交换,可以在硬件MAC层(Layer2)和Layer3上实现负载平衡,直接将数据包发送到目的计算机的相应端口中。可以通过进一步增强它的功能,利用交换机就能将来自外部的初始连接请求,分别与内部的多个地址相联系,此后就能对这些已经建立的虚拟连接进行交换。因此一些具备第四层交换能力的局域网交换机,就能作为一个硬件负载均衡器,完成Web服务器的负载均衡。由于第四层交换基于硬件芯片,因此其性能非常优秀,尤其是对于网络传输的速度,交换的速度远远超过普通的数据包转发。这种结构也有不少局限性。例如,需要在应用层(Layer4)处理的每个数据包都必须被打开进行检查,以决定它们的目的端口。完成这种工作必须使用交换机上的中央处理器,因而降低了交换机的性能,不能充分发挥交换机带来的高网络带宽的优点。再者,由于它是使用硬件实现的,因此也比较不灵活,仅仅能够处理几种最标准的应用协议的负载均衡,如HTTP 。最后,交换机解决方案常常缺少SSL会话、ID跟踪、用户验证和应用安全检查等功能。

3.循环复用DNS负载均衡技术,循环DNS(Round-robin DNS)技术是负载平衡最常用的方法之一。最早的负载均衡技术是通过DNS服务中的随机名字解析来实现的。在DNS服务器中,可以为多个不同的地址配置同一个名字,这个数据被发送给其他名字服务器,而最终查询这个名字的客户机将在解析这个名字时随机使用其中一个地址。因此,对于同一个名字,不同的客户机会得到不同的地址,因此不同的客户访问的也就是不同地址的Web服务器,从而达到负载均衡的目的。

通过采用以上负载均衡技术后,图书馆各服务器得到充分利用、资源互补。为学生提供了更加快捷、丰富的网络图书资源,使学生的业余生活更加精彩。

参考文献:

[1]蔡淑波 负载平衡技术在企业网中的应用《国外油田工程》2004年9期.

[2]刘坚强 分析校园网服务器负载均衡方案《中国教育网络》2009年4期

[3]王翠华 试论服务器在图书馆的应用《科技情报开发与经济》2010年 第7期