Windows 2003 NLB 理解

NLB算法的特点：

• 在NLB群集中，每台服务器都会有一个属于自己的静态IP地址，同时NLB群集中的所有服务器还有一个共同的IP地址—NLB群集地址；
• 当客户向NLB群集（NLB的虚拟IP地址）发起请求时，其实客户的请求数据包是发送到所有的NLB节点（即：NLB算法需要NLB群集中的所有主机都能看到发往群集的每一个数据包。），然后运行在NLB节点上的NLB服务根据同样的NLB算法来确定是否应该由自己进行处理，如果不是则丢弃客户的请求数据包，如果是则进行处理。 
• 网络负载平衡使得单个子网上的所有群集主机可以同时检测群集 IP 地址的传入网络通信。在每个群集主机上，网络负载平衡驱动程序充当群集适配器驱动程序和 TCP/IP 堆栈间的过滤器，以便在主机间分配通信。

要确保上面算法的特点，单播（Unicast ），多播（Multicast）实现NLB就会有以下的特点：

 

NLB中的单播（Unicast）

      在单播模式下，NLB重新对每个NLB节点中启用NLB的网络适配器分配MAC地址（此MAC地址称为群集MAC地址），并且所有的NLB节点均使用相同的MAC地址（均使用群集MAC地址），同时NLB修改所有发送的数据包中的源MAC地址，确保使交换机不能将此群集MAC地址绑定在某个端口上。

      工作在单播模式下的NLB可以在所有网络环境下正常运行，但是由于它的工作特性，具有以下两个限制：

• 由于NLB所使用的群集MAC地址没有绑定在某个具体的交换机端口上，所以所有的NLB通讯均通过在交换机的所有端口上广播进行，而不管此端口是否连接了NLB节点，这造成了额外的网络流量负担；
• 由于所有的NLB节点具有相同的MAC地址，NLB节点之间不能通过自己原有的专用IP地址进行通讯。

     单播模式的优点也很明显：它可以无缝地与大多数路由器和交换机协同工作。

     如下图所示：

 

单播的其他注意项：

• 在Windows server 2003 SP1中，微软修改了NLB单播模式的驱动，从而支持阵列成员通过自己原有的专用IP地址进行通讯，详细信息请参见KB898867，Unicast NLB nodes cannot communicate over an NLB-enabled network adaptor in Windows Server 2003。
• 若我们在NLB创建时选择单播的模式，在“群集IP配置”中的“网络地址”是以“02 - BF”开头，后面紧跟IP地址的十六进制表示，该网络地址与实际主机的MAC地址相同，后续加入的主机也将修改为此MAC地址。

参考：

单播模式下的单个网络适配器 
http://technet.microsoft.com/zh-cn/library/cc757150.aspx 
单播模式下的多个网络适配器 
http://technet.microsoft.com/zh-cn/library/cc786134.aspx

 

NLB中的多播（Multicast）

      在多播模式下，NLB不会修改NLB节点启用NLB的网络适配器的MAC地址，而是为它再分配一个二层多播MAC地址专用于NLB的通讯（此MAC地址称为群集MAC地址），这样NLB节点之间可以通过自己原有的专用IP地址进行通讯。

      但是在多播模式中，NLB节点发送的针对群集IP地址MAC地址ARP（Address Resolution Protocol，地址解析协议）请求的ARP回复会将群集IP地址映射到多播MAC地址，而许多路由器或者交换机（包括CISCO的产品）会拒绝这一行为。当出现这种情况时，你必须在路由器和交换机上手动添加静态映射，将群集IP地址映射到群集的多播MAC地址。

        这种模式的优点是可以通过在交换机的“内容可寻址存储器”(CAM) 表中创建静态项，从而使得入站流量仅到达群集中的主机。

      还有一个缺点就是很多路由器不会自动将单播 IP 地址（群集的虚拟 IP 地址）与多播 MAC 地址关联起来。如果进行静态配置的话，一些路由器可以存在这种关联。若我们在NLB创建时选择多播的模式，在“群集IP配置”中的“网络地址”是以“03 -BF”开头，后面紧跟IP地址的十六进制表示。

      如下图所示：

 

IGMP Multicast（IGMP多播）

      NLB算法需要NLB群集中的所有主机都能看到发往群集的每一个数据包。NLB不允许交换机将群集的MAC地址关联到交换机的某个特定端口，从而实现了这个目的。但是，这种做法也会带来不想要的副作用，就是发往NLB群集的所有数据包会在交换机上的所有端口上造成数据“洪水”。这不仅非常麻烦，而且必将会造成网络资源的浪费。

      为了解决这个问题，一个被称作IGMP支持的新特性被引入到了Windows Server 2003之中。该特性有助于将数据“洪水”限制到交换机上与NLB计算机相连接的端口上。通过这种方式，非NLB的计算机不会看到发往NLB群集的数据，而与此同时，所有的NLB计算机都可以看到发往群集的数据，因此满足了NBL算法的要求。但是，应该指出的是：IGMP支持只有在NLB被配置多播（multicast）模式时才能启用。

      在选择多播模式时，后面还有个复选项“IGMP Multicast（IGMP多播）”，若复选此项，就像多播操作模式一样，NLB 保留原厂 MAC 地址不变，但是向网络适配器中增加了一个 IGMP 多播地址。此外，NLB 主机会发出这个组的 IGMP 加入消息。如果交换机探测到这些消息，它可以使用所需的多播地址来填充自己的 CAM 表，这样入站流量就不会扩散到 VLAN 上的所有端口。这是这种群集模式的主要优点。缺点是有一些交换机不支持 IGMP 探测。除此之外，路由器仍然支持单播 IP 地址到多播 MAC 地址的转换。在IGMP多播模式下，将采用“01 – 00 - 5E”开头的MAC地址。在多播的模式下，实体主机之间可以互相通信。

如下图所示：

 

NLB对路由器的要求

当群集已配置为在多播模式下工作时，如果网络负载平衡客户端正在通过路由器访问一个群集，请确保路由器满足以下要求：

• 接受地址解析协议 (ARP) 应答，此应答在 ARP 结构的有效负载部分有一个媒体访问控制 (MAC) 地址，但正如以太网报头所确定的，它看上去像来自具有另一个 MAC 地址的站点。
• 接受单播 IP 地址的 ARP 应答，此应答在其 ARP 结构的有效负载部分有一个多播 MAC 地址。

单播模式对路由器没有要求。

NLB 支持有限形式的会话粘滞：

•	单一关联。启用“单一”关联时，不会使用客户端的端口号，映射算法使用客户端的完整 IP 地址来确定负载分布。其结果是，所有来自相同源 IP 地址的请求都会映射到群集中的相同主机。由于不存在超时值（这是基于调度程序的实现的典型特点），这种情况会一直保持下去，直到群集成员关系更改。
•	C 类关联。在“单一”关联中，没有使用客户端端口号来计算负载分布。启用“C 类”关联时，映射算法是以客户端 IP 地址的“C 端口”（上面的 24 位）作为依据来分配负载的。在“单一”关联中，如果群集成员关系更改的话，会话可能不会保留。
•	TCP 会话。NLB 在 TCP 连接的有效期内保留 TCP 会话的粘性。但是，来自相同客户端的多个 TCP 连接可能会由相同的群集成员来处理，也可能不由相同成员处理。
•	IPSec 会话和 VPN 会话。在 Windows Server 2003 上，NLB 具有针对 IPSec 会话和 VPN 会话的专门支持。即使群集成员关系更改，NLB 也会保留这些会话。

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