TCP毗邻复用(TCP Connection Reuse)

TCP毗邻复用(TCP Connection Reuse)

路由器的这十一大功能,你都要知道

前言

1:负载平衡手艺简介
2:谈谈HTTP优化和加速特征带来的益处

TCP毗邻复用(TCP Connection Reuse)

 

负载平衡手艺简介

现代企业信息化应用越来越多的接纳B/S应用架构来承载企业的要害营业,因此,确保这些义务的可靠运行就变得日益主要。随着越来越多的企业实行数据集中,应用的扩展性、平安性和可靠性也越来越受到企业的重视。

  负载平衡手艺通过设置虚拟服务器IP(VIP),将后端多台真实服务器的应用资源虚拟成一台高性能的应用服务器,通过负载平衡算法,将大量来自客户端的应用请求分配到后端的服务器举行处置。负载平衡装备连续的对服务器上的应用状态举行检查,并自动对无效的应用服务器举行隔离,实现了一个简朴、扩展性强、可靠性高的应用解决方案。解决了单台服务器处置性能不足,扩展性不够,可靠性较低的问题。

  近年来,随着Web2.0和B/S手艺的迅猛生长,HTTP应用逐渐成为当今的主流应用,而负载平衡手艺也有了很大的生长。从传统的基于四层端口号举行简朴的应用请求转发,到现在基于七层内容举行请求的转发和处置。尤其是在HTTP协议的优化和加速方面,一些手艺逐渐生长成熟,如:TCP毗邻复用、内容缓存、TCP缓冲、HTTP压缩、SSL加速等。这些手艺的应用有助于进一步改善用户接见响应时间、节约广域网链路带宽和服务器资源。

 HTTP优化和加速特征带来的益处  

TCP毗邻复用(TCP Connection Reuse)
  TCP毗邻复用手艺通过将前端多个客户的HTTP请求复用到后端与服务器确立的一个TCP毗邻上。这种手艺能够大大减小服务器的性能负载,削减与服务器之间新建TCP毗邻所带来的延时,并最大限度的降低客户端对后端服务器的并发毗邻数请求,削减服务器的资源占用。

  一样平常情形下,客户端在发送HTTP请求之前需要先与服务器举行TCP三次握手,确立TCP毗邻,然后发送HTTP请求。服务器收到HTTP请求后举行处置,并将处置的效果发送回客户端,然后客户端和服务器相互发送FIN并在收到FIN的ACK确认后关闭毗邻。在这种方式下,一个简朴的HTTP请求需要十几个TCP数据包才气处置完成。

  接纳TCP毗邻复用手艺后,客户端(如:ClientA)与负载平衡装备之间举行三次握手并发送HTTP请求。负载平衡装备收到请求后,会检测服务器是否存在空闲的长毗邻,若是不存在,服务器将确立一个新毗邻。当HTTP请求响应完成后,客户端则与负载平衡装备协商关闭毗邻,而负载平衡则保持与服务器之间的这个毗邻。当有其它客户端(如:ClientB)需要发送HTTP请求时,负载平衡装备会直接向与服务器之间保持的这个空闲毗邻发送HTTP请求,制止了由于新建TCP毗邻造成的延时和服务器资源破费。

TCP毗邻复用(TCP Connection Reuse)

图例 1 TCP毗邻复用(TCP Connection Reuse)

在HTTP 1.0中,客户端的每一个HTTP请求都必须通过自力的TCP毗邻举行处置,而在HTTP 1.1中,对这种方式举行了改善。客户端可以在一个TCP毗邻中发送多个HTTP请求,这种手艺叫做HTTP复用(HTTP Multiplexing)。它与TCP毗邻复用最基本的区别在于,TCP毗邻复用是将多个客户端的HTTP请求复 用到一个服务器端TCP毗邻上,而HTTP复用则是一个客户端的多个HTTP请求通过一个TCP毗邻举行处置。前者是负载平衡装备的怪异功效;而后者是HTTP 1.1协议所支持的新功效,现在被大多数浏览器所支持。

  有些用户喜欢接纳毗邻复用率来评判一个负载平衡装备的TCP毗邻复用手艺的利害。一样平常来说,TCP毗邻复用率是指一段时间内负载平衡装备乐成处置的客户端HTTP请求总数与这段时间负载平衡与服务器之间确立的TCP毗邻总数的比值。然则, TCP毗邻复用率和应用的特点、服务器设置、盘算周期以及请求的发送模式等也有很大的关系,差别的应用环境下盘算出来的TCP毗邻复用率会有很大的差异。实在,毗邻复用效率的要害在于负载平衡装备是否能够实时释放已经空闲的服务器端毗邻。有些厂商接纳发送HTTP响应后守候一定时间,若是这段时间内无数据传输即释放该毗邻。而守候时间往往是秒级的,对于数据往返时间的毫秒级,其复用效果显著不会很好。最为有用的毗邻复用手艺是在负载平衡装备给客户端发送HTTP响应之后,收到客户端确认ACK数据包即释放该毗邻。这种方式制止了任何分外的守候时间,理论上没有更高效的复用方式。

内容缓存(RAM Caching)
  内容缓存手艺将应用服务器中的一些经常被用户接见的热门内容缓存在负载平衡装备的内存中。当客户端接见这些内容时,负载平衡装备截获客户端请求,从缓存中读取客户端需要的内容并将这些内容直接返回给客户端。由于是直接从内存中读取,这种手艺能够提高网络用户的接见速率,并大大减轻后端服务器的负载情形。

  内容缓存的事情原理异常简朴,我们将通过下图用户接见logo.gif的实例来注释内容缓存的事情历程:

  1、当有客户端提议对logo.gif的第一个请求时,负载平衡首先会检查内陆缓存中是否存在该工具。若是不存在这个工具,负载平衡会将这个HTTP请求转发给后端的服务器;

  2、服务器收到对logo.gif的HTTP请求后,将图片内容回应给负载平衡装备;

  3、负载平衡装备将logo.gif工具缓存在内容缓存中,并将其发送给客户端;

  4、后续的其它客户端提议对logo.gif的接见请求时,若是负载平衡检测到内容缓存中已经存在该工具,并确认该工具并未失效的话,负载平衡直接将该工具返回给客户端,而无需服务器再次发送该工具。

TCP毗邻复用(TCP Connection Reuse)

图例 2 内容缓存(RAM Caching)

  内容缓存手艺接纳了HTTP协议中的一些尺度缓存处置手艺,将本应保存在客户端内陆浏览器缓存中的内容共享给其他用户。因此,对于客户端来说,内容缓存手艺是完全透明的。最常见的工具包罗:gif/jpg图片,静态的css/js/html等文本文件等。

TCP缓冲(TCP Buffer)
  TCP缓冲是为领会决后端服务器网速与客户的前端网络速率不匹配而造成的服务器资源虚耗的问题。由于服务器与负载平衡装备之间的网络带宽速率高,时延小,通过将服务器端的请求缓冲在负载平衡装备的缓冲区中,防止由于客户端缓慢的网络链路和较高的时延造成服务器端毗邻壅闭问题。

  通过接纳TCP缓冲手艺,可以提高服务器端响应时间和处置效率,削减由于通讯链路问题给服务器造成的毗邻肩负。另外,由负载平衡装备来处置网络壅闭造成的数据包重传,使每个客户端的流量获得最佳的控制。

 

TCP毗邻复用(TCP Connection Reuse)

图例 3 TCP缓冲(TCP Buffer)

  如上图所示,客户端与负载平衡之间接纳的链路具有较高的时延和较低的带宽,而负载平衡与服务器之间接纳时延较低和高带宽的局域网毗邻。

  1、负载平衡收到客户端发来的HTTP请求并将其转发给后端的服务器举行处置;

  2、服务器对请求举行处置后,将响应的内容依次返回负载平衡装备,负载平衡装备收到响应的数据包后,会将数据包依次缓存在缓冲区中,服务器的响应速率将依据负载平衡和服务器之间的链路质量;

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  3、当负载平衡上缓存了第一个响应的数据包后,负载平衡将响应的数据包按顺序返回给客户端,此时,响应的速率将依赖于负载平衡与客户端之间的链路质量;

  4、当响应内容数据包依次传送给客户端并收到客户端的ACK确认请求后,负载平衡将缓冲区资源释放出来为其它TCP毗邻使用。

  TCP缓冲手艺是L7应用负载平衡的焦点,它将服务器与客户端之间的TCP毗邻分成两个自力的TCP毗邻,并划分举行处置,以顺应双方差别的网络环境。此外,通过TCP缓冲手艺,将客户端的HTTP请求完整的吸收下来并举行剖析,还可以提供一些高级负载平衡的应用功效,如:URL-Hashing,URL交流(URL-Switching),基于Cookie或会话的毗邻保持(Cookie/Session Persistence)等等。

HTTP压缩(HTTP Compression)
  HTTP协议在v 1.1中新增了压缩功效,若是客户端浏览器和服务器都支持压缩功效的话,通过客户端和服务器举行协商,对客户端的响应请求举行压缩处置。大幅节约内容传输时所需要的带宽,并加速客户端的响应速率。然则,压缩算法自己需要破费大量的CPU资源,因此,负载平衡装备通过对HTTP压缩功效举行支持,减轻Web服务器的资源破费,提高其处置效率。另外,由于负载平衡一样平常都接纳硬件的方式举行压缩,因此,压缩的效率更高。此外,对于一些不支持HTTP压缩功效的老版本的Web服务器,通过启用负载平衡上的压缩功效,可以实现对系统的优化和加速。

TCP毗邻复用(TCP Connection Reuse)

图例 4 HTTP压缩(HTTP Compression)

  如上图所示,在负载平衡上实现HTTP压缩功效的流程如下:

  1、客户端与负载平衡确立TCP毗邻后,发送HTTP请求(如Get请求),客户端会将自身浏览器所支持的功效和设置情形发送给负载平衡,如:是否支持压缩、支持的压缩算法、是否支持Keep-alive(毗邻保持)、毗邻保持的时间等;

  2、负载平衡在收到HTTP请求后,会将其中的有关压缩的符号删除,然后将请求转发给服务器举行处置;

  3、服务器将响应的内容转发给负载平衡;

  4、负载平衡收到响应的内容后,遵照与客户端之间协商的压缩算法对响应的内容举行压缩,然后将压缩后的内容发送回客户端;

  5、客户端收到响应的内容后,由浏览器对网页内容举行解压缩并举行浏览。

  由于HTTP压缩接纳的是HTTP v1.1协议中支持的尺度压缩算法,因此,现在主流的浏览器(如:Internet Explorer,Firefox,Opera,Netscape等)均默认支持HTTP v1.1中的压缩功效。对于用户来说,无需修改浏览器设置也不需要安装任何插件。接纳负载平衡来取代服务器做压缩,能够大幅节约服务器的资源,可以使服务器专注于应用的处置,从而提高营业处置量。另外,纵然服务器不支持HTTP压缩,通过负载平衡也能实现压缩功效。

  压缩能力的巨细取决于被压缩工具的性子。一样平常来说,HTTP压缩算法对于文本格式的内容有较好的压缩效率;而对于gif等图片格式的内容,由于自己已经举行过压缩处置,压缩效率并不高。以是,需要负载平衡支持选择性压缩,即可以凭据工具的类型举行选择性压缩。

SSL加速器(SSL Acceleration)
  一样平常情形下,HTTP接纳明文的方式在网络上传输,有可能被非法窃听,尤其是用于认证的口令信息等。为了制止泛起这样的平安问题,一样平常接纳SSL协议(即:HTTPS)对HTTP协议举行加密,以保证整个传输历程的平安性。在SSL通讯中,首先接纳非对称密钥手艺交流认证信息,并交流服务器和浏览器之间用于加密数据的会话密钥,然后行使该密钥对通讯历程中的信息举行加密和解密。

  SSL是需要破费大量CPU资源的一种平安手艺。现在,大多数负载平衡装备均接纳SSL加速芯片举行SSL信息的处置。这种方式比传统的接纳服务器的SSL加密方式提供更高的SSL处置性能,从而节约大量的服务器资源,使服务器能够专注于营业请求的处置。另外,接纳集中的SSL处置,还能够简化对证书的治理,削减一样平常治理的事情量。

TCP毗邻复用(TCP Connection Reuse)

  图例 5 SSL加速

  SSL的处置流程如下:

  1、客户端提议HTTPS毗邻请求,协商传输的加密算法,确认双方身份,并交流会话密钥。

  2、负载平衡收到客户端加密的HTTPS请求后,对请求的信息举行解密,然后通过HTTP的方式发送给后端的服务器。

  3、服务器将请求的处置效果返回给负载平衡装备。

  4、负载平衡装备行使会话密钥对请求的效果举行加密,然后将效果返回给客户端。

  5、客户端接纳会话密钥对返回效果举行解密,并显示在浏览器上。

  在负载平衡装备中实现SSL加速功效,只需要在负载平衡装备上导入SSL证书和密钥即可。当客户端提议对虚拟服务器的HTTPS请求时,负载平衡装备自动和客户端举行SSL协议的协商并交流会话密钥。客户端发送的请求以及负载平衡返回的响应均接纳会话密钥举行加密,而负载平衡装备与后端服务器之间则接纳HTTP的方式举行请求的发送和处置。

在现实环境中应用负载平衡产物需要注重的问题
  负载平衡装备提供的这些HTTP优化和加速功效,能够大大的降低客户端的响应时间,降低带宽行使率,并且能降低服务器端负载情形,节约服务器资源。然则,现在主流的负载平衡产物在同时开启多个HTTP优化和加速功效时,装备的处置性能会大大降低。只管各个厂家均宣称自己的装备有较高的性能处置指标,并通过第三方的测评机构宣布一些产物性能测试数据,然则,这些数据一样平常都是在一些稀奇设置的实验环境下测试出来的,只能作为差别厂商产物之间性能对比的依据,而不能作为用户现实应用环境的选型依据。

  此外,大多数厂商都接纳基本硬件平台上加装功效卡或购置许可证的方式提供这些HTTP的优化和加速功效。若是用户想在应用加速的整体解决方案中接纳这些功效,需要破费更多的采购成本。对于用户来说,这些高级特征和功效犹如水中之月,可望而不可及。因此,在选购负载平衡产物的时刻,一定要领会自己的应用事实需要接纳哪些功效特征,而实现这些特征又需要哪些分外的用度。

  A10 Networks的AX系列高级流量治理器接纳现在主流的高性能多核CPU举行设计开发,通过连系四层流量处置ASIC和自主研发的ACOS系统,提供无比的性能优势,尤其是在开启多个优化和加速特征后,仍能保持较高的处置性能。2008年1月,在Tolly Group的测试中,单台AX装备实现了每秒百万的买卖处置量,是停止现在唯一实现每秒百万级买卖处置量的负载平衡装备。AX以其卓越的性能为客户提供最佳性价比,并提供最大的每瓦特征能,知足当今绿色盘算对节能的要求。此外,AX产物接纳all-in-one的销售模式,在单台硬件装备中提供所有的高级功效特征,如:内容缓存,HTTP压缩,SSL加速,IPv6,GSLB等。这些功效已经内置在AX的ACOS系统之中,不需要用户破费任何分外的用度。AX这种新的销售模式可以为用户带来伟大的利益,节约用户投资成本。

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