利用流量负载均衡与带宽控制优化企业Internet网络
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摘要：本文主要论述了流量负载均衡技术以及带宽控制技术在企业Internet网络中的应用，通过对负载均衡、QOS、动态选路技术的原理描述及分析来确定实施方案，并根据使用多条ISP线路时可能出现的特殊情况，指出了在特殊情况下这些技术应用的不足和局限性，以及目前可行的替代方案。
关键词：企业网络；流量负载均衡；带宽控制；优化
中图分类号：TP393.07 文献标识码：A 文章编号：1007-9599 （2012） 16-0000-02
随着企业开始更多地使用互联网来交付其关键业务应用，只保持一条到公共网络的连接链路则意味着频繁的单点故障和脆弱的网络安全性。这对公司所有的对外运作都将产生影响，诸如电子邮件，MSN文字传递，VOIP语音闸道，视频会议交流等。为此，常见的应对方法就是同时接入多条internet线路，对企业中重要的网络应用进行分离，以防止出现所有应用同时中断的情况。但是这样的方案虽然保障了网络的持续性，并不能提升访问速度，而且线路的带宽得不到充分利用，造成了一定资源浪费。另一方面，这样并不能解决应用的单点故障，可能出现一条线路中断了，把应用切换到其他线路的时间比修复这条线路的时间还要长。因此，在接入多条宽带线路的情况下，如何能够充分发挥国际互联网接入线路功效，保证企业应用的稳定性，提高企业员工访问国际互联网的速度，是需要我们进一步思考的。
1 原理及实现
一般来说，对于企业网络中对Internet的要求主要是保障访问效率、避免单点故障、按照协议及应用进行流量管理。对于访问效率的保障，主要有两个方面，一是要保证关键应用的带宽，二是要智能分配来访流量的传输路径。对于这两点，现在比较流行的网络负载均衡设备均可以实现。负载均衡设备的工作原理主要是依赖QOS技术和动态选路技术。对于按照协议及应用进行流量管理，可以使用上网行为管理设备来实现。
1.1 QOS技术
QoS（Quality of Service）服务质量，是一种改善网络服务的安全机制，一般用于解决网络延迟和阻塞等问题。这种技术可以用于任何结构的网络中，包括以太网、无线网络以及帧中继网络等。QoS提供了一种在网络中决定拥塞流量优先级的方法。最常见的QoS应用环境就是企业网络中的IP电话服务。例如一个使用以太网环境的企业中，在一般情况下，如果只是进行普通的内部网络访问以及Internet访问时，像Web应用、E-mail应用等，并不需要QoS的存在。但是，如果企业需要建立类似于IP电话系统的应用时，QoS就会变得很重要。QoS的主要功能是保证重要的应用能够得到一定程度的带宽保障。在这个例子中，IP电话的通话质量要想得到保障，就必须保证其有足够的带宽可以使用，当网络过载或拥塞时，QoS能确保IP电话等重要业务量不受影响，保证其上的包传输不会延迟过大或干脆被丢弃，同时也能保证网络的高效运行。网络资源总是有限的，只要存在抢夺网络资源的情况，就会出现服务质量的要求。当然，服务质量并不是万能的，因为不管怎样进行带宽保障，总的带宽大小是不会发生改变的，在保证某种业务服务质量的同时，就可能会损害其它业务的服务质量。因此，在使用QoS时，网络管理者需要根据自己企业的业务特点来合理的进行网络资源的划分，从而使网络资源能够得到最大程度的高效利用。
1.2 动态选路技术
动态路径选择（Adaptive Routing），通常用在数据网络中，是指一个网络选择一个新的通信路径来获取大流量或电路故障。这个调整是为了允许尽可能多的路由器保持有效（就是说，使目的文件能够收到），适应改变。一些路由协议被用于这个目的：RIP、OSPF、IS-IS、IGRP/EIGRP等等。
动态路径选择可以利用网络节点在源和目的地之间开辟一条路径，并且可以随时更换所经过的网络节点。在计算机网络中，动态路径选择算法被用来确保即使出现一个或者多个节点不可到达的情况下，数据包依然能够顺利的完成从一个节点到另一个节点的移动。最普遍的使用动态路径选择的例子就是Internet，数据在不同的节点、服务器间不停的传输。Internet是一个动态的网络，拥有特殊的路径选择算法。这意味着如果出现两个城市间的数台服务器之间不可通讯的情况，该算法总能够发现一条其他的路径从其他的服务器来进行传输，从而保证通讯不受部分服务器中断的影响。
不过，这里所需要的动态选路与一般数据网络中选路算法有所区别，其功能不仅要根据线路负载和带宽来进行普通意义上的动态选路，同时需要加入ISP的因素在里面。现在很多企业都会同时使用多条Internet线路，对于Internet的需求也比较多样化，比如用于内部员工上网使用的和用于为外界提供服务的。对于为外界提供服务的需求，该算法需要通过判断对方所使用的线路来确定所访问的流量应该从哪一个ISP的线路进来，例如从电信来的流量当然要选择电信的线路，从联通来的流量则选择联通线路，由此来保证应用访问的高效率。对于内部员工上网的需求，则与刚才相反，需要通过判断目的站点来选择效率更高的线路进行访问。当然在这些选择过程中，还必须结合线路的带宽与负载情况进行综合考虑，以保证网络资源利用率的最大化。
1.3 链路负载均衡
为了保障业务的持续运行，一般大型企业都会有多条Internet线路，由不同的ISP提供。由此来保障在任何时间都至少有一条或一条以上的Internet线路在工作。当这种情况下，如果主线路没有故障，备份链路是空闲的，即备份链路没有得到充分利用。链路负载均衡技术的出现，使得企业能够聚合所有这些链接的带宽并合理分配所有可用链路上的流量。
需要注意的一点是，所有的链路都应该是可以单独承载连接到互联网的流量的。其目的是为了消除单点故障所带来的风险。当其中的一条甚至几条链路出现故障时，链路负载均衡设备可以将所有流量从故障链路转移到另一条正常的链路。
链路负载均衡设备一般被放置在企业网络的边界，连接Internet和企业网络。这样链路负载均衡设备可以使用所有可能的网络资源。当一个新的请求被登记时，链接负载均衡器通过链路监控自动选择负载较轻的链路进行通讯。链路负载均衡设备可以自动检查链路的健康状况。通过有一定间隔的发包测试来判断链路的健康状况，对于响应时间过长的链路，降低其上的流量，对于无响应的链路，发出报警信息，提醒管理员检查链路状况。
1.4 避免单点故障
根据上面的讨论，我们避免了链路的单点故障，但这还不够，我们还需要考虑如何避免设备的单点故障。一般设备的单点故障可以采用备机方式来实现，也就是采用双机备份的方式。这种工作方式类似于热备份路由器协议（HSRP）。在正常情况下，所有流量都经由主机，由其进行动态选路、服务质量保障和线路负载均衡等工作，备机处于闲置等待状态。当主机发生故障时，所有的流量都被自动切换到备机中，从而保证网络不会中断或者中断时间极短。因此，采用热备份是提高网络可靠性的必然选择。在一个主机完全不能工作的情况下，它的全部功能便被系统中的备机完全接管，直至出现问题的设备恢复正常。同时，如果网络架构允许，还是使得主机和备机进行设备负载均衡，平分流量和连接数，提高系统性能，降低系统延时。
2 存在问题
由于流量负载均衡设备通常不带DNS选路功能，需要架设DNS服务器或者使用Internet DNS进行域名解析。在多个不同ISP的Internet线路同时存在的情况下，如果所访问的站点或者应用只有一条ISP的Internet线路，则流量负载均衡设备可以根据DNS解析的目的地址以及目前的负载和带宽来自动选择为其较为空闲的线路。如果所访问的站点或者应用也有多条不同ISP的Internet线路，这种情况下，由于DNS服务器解析回来的地址不固定，流量负载均衡设备无法根据对端返回的地址来自动切换来自动实现不同ISP线路的选路。如果不考虑这一情况，全部由设备进行动态选路，就有可能出现在选路时出现错误，这样可能导致在带宽足够的情况下，仍然访问速度缓慢。针对这一状况，可以采取手动进行带宽分配或者使用服务器来解决。
[作者简介]刘蔚然（1978-），男，安徽宿州人，本科，中石化上海工程有限公司，工程师，研究方向：网络管理。