多系统协同的网络负载均衡方法研究

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1、多系统协同的网络负载均衡方法研究　　摘要：校园网有多个出口时，均衡使用各出口带宽是高校网络信息部门关注的问题，而由于网络的互联互通，高校在采用均衡线路方法的同时往往会降低用户上网体验。针对这种情况，作者提出多系统协同的网络负载均衡方法，通过分析校园网体系结构、用户群体分布以及网络流量构成，调整核心设备配置、规划策略路由实现目的地址选址和应用选址相结合的链路负载均衡，并设计基于用户行为的DNS资源调度算法引导HTTP流量，解决负载均衡下带来的网络抖动问题，通过具体高校校园网环境测试，实验结果表明，原流量低的出口线路得到了有效提升，整体线路得到均衡，并拥有良好的用户体验。　

2、　关键词：网络负载均衡；应用协议识别；用户行为分析；流量控制；DNS　　中图分类号：TP393.1文献标志码：A文章编号：1673-8454（2016）04-0085-05　　随着无线校园网的迅速普及，师生员工对网络的依赖性越来越高，对高速、稳定的网络需求越发迫切，为了解决校内外带宽瓶颈问题，高校也逐渐将校园网主干线路升级到万兆，并接入不同运营商的线路来实现网络出口的扩容。9　　在实际应用中，多网络出口高校的各条线路流量并不能达到预期中的效果，往往流量集中于一条线路，造成过载，而其余线路处于空闲状态，使用网络负载均衡设备虽然可以解决过载与空闲的问题[1-7]，让线路看上

3、去均衡，但很容易失去多出口线路带来的最大优势，发往归属于某运营商的数据包受负载均衡影响，需要从其他运营商的线路出去，经过绕行，才能到达目的地，用户的上网体验感会明显下降。　　本文提出了一种基于多系统协同的网络负载均衡方法，在解决线路负载均衡的同时，保障网络质量不受影响。　　一、问题描述与分析　　多出口是高校普遍采用的网络策略，此策略具备优点的同时，集中性的问题也较多，在绝大多数高校校园网中比较普遍。现以某高校为例进行典型性分析。某高校目前校园网有电信（1G）、联通（100M+200M）、教育网（1G）、移动（1G）以及长城宽带（1G，只提供视频镜像服务）出口，总可用带宽

4、为4.3G，校园网采用扁平化三层架构部署[8-9]，有线用户使用PPPOE拨号认证，无线用户使用802.1x准入认证和Portal准出认证。　　这是一个典型且复杂的多出口网络，涵盖了大多数的高校出口模型。从网管系统中获取到各线路的负载情况，如表1所示，优质带宽的快速消耗导致校园网不仅在晚高峰期近乎无法使用，白天工作时间也不断出现网页打开缓慢的问题。　　显而易见，电信、联通线路已经满负载在运行，而其他线路，在不同的时间段，流量都较小且变化小，做出的贡献值也偏低。　　为了缓解校园网目前所遇到的问题，高校会采用智能流控设备对流量进行控制，保障Web应用流量，限制单用户并发数和

5、带宽，策略实施后，线路负载如表2所示。9　　从数据上看，电信、联通线路负载得到了明显的降低，其他线路未见明显变化，虽然在一定程度改善了网络拥堵情况，在高峰期能保障网页的正常浏览，但仍有大量线路资源处于空闲状态。　　对于校园网用户，体验网络的质量可以从两个角度分析：①上网、游戏、视频流畅不卡，即带宽有保障，链路稳定；②下载速度快，即能充分享受带宽，当这两个需求叠加在一起时，对带宽有限的校园网而言，形成矛盾关系。分析并总结各个运营商提供的线路以及目前状态，如表3所示。　　从表3中可见，大量的带宽并没有被有效利用起来，进一步检查校内权威DNS的配置信息，当前校内DNS配置为向

6、教育网递归，这是高校一般的配置，而教育网返回的域名对应的地址以属于联通、电信居多，从而也得出降低拥塞线路需要解决DNS递归解析问题[11-13]。　　从流控设备中取得应用排名信息，如表4所示，可以发现P2P流量在网络流量中占比最大，结合表1数据，正是这部分流量消耗了优质线路的宝贵带宽，造成用户不仅上网不稳定，而且下载缓慢，互相争抢有限的优质带宽，恶性循环越发严重。　　表4也表明，稳妥的处理好P2P下载流量，才能恢复网络的畅通，是负载均衡实现的先要条件，基于以上分析，本文提出了基于多系统协同的负载均衡方法。　　二、多系统协同的负载均衡方法　　通过上述分析研究，并考虑到现有

7、核心架构，通过三种途径共同作用来实现网络负载均衡，并解决负载均衡中遇到的网络抖动问题。　　1.校园网核心重新部署9　　核心链路升级改造是为了给负载均衡的实现提供必要的硬件支撑。　　改造后的核心拓扑如图1所示，部署方案如下：　　（1）部署2台万兆防火墙并作为出口路由设备，防火墙以主备模式部署，在最前端配置一台交换机，划分VLAN，将各出口线路一分为二，分别接到防火墙，解决网络出口稳定性问题。　　（2）核心设备之间的链路由千兆捆绑升级到万兆互联，解决物理层次的瓶颈以及因捆绑而造成的设备部分功能受限问题。　　2.系统协同配置方法　　在负载均衡方