龐大網站流量的專屬協調者：伺服器負載平衡設備

讓我們想像，當許多人同時瀏覽一個入口網站時，那感覺就像上萬人同時湧進小巨蛋觀看表演。而為什麼，同時間這麼多人瀏覽，但網站不但沒停擺，而網頁依舊能順暢的瀏覽？其實，不少網站的背後，都採用了伺服器負載平衡設備（Server Loading Balancing，SLB），也稱為ADC（Application Delivery Controller），來將瀏覽流量分散給後端伺服器群組。也因此才能順暢地提供服務給使用者。

而伺服器負載平衡設備，它是使用者與後端伺服器群組間的協調者。透過它，才能將流量順利導向給各伺服器。打個比方，如果你參加一場大型演唱會，那後端伺服器是小巨蛋，而伺服器負載平衡設備則扮演著工作人員。當使用者分別從四處湧入，此時工作人員就會將使用者一個個帶入小巨蛋內，如果入口堵塞，工作人員則會幫忙協調，請使用者從別的入口進入。

而這還只是基本的負載平衡，進階一點的功能，可以識別使用者身分及行為，如果使用者手上持的是搖滾區的票、或者是身心障礙人士，則可從特別的入口進場。而伺服器負載平衡強調的精神，就是將連線的流量負載，平均分配給後方的伺服器群組，來達到負載共享的效果，並提供使用者最快速且不中斷的服務。

大型網站或網路服務，都需要SLB設備來控制流量

由於傳統網站架構，是依賴單一伺服器提供服務。而這樣的架構，當管理者需要對伺服器進行年度維修或更新時，則需要暫停服務，將伺服器下線才能進行維修的動作。有時是伺服器效能不足，當伺服器已經不能滿足流量需求時，可能造成服務停滯甚至中斷。而這些情形，都會造成使用者的不悅。

而導入伺服器負載平衡設備後，可將服務型態從過往的單一伺服器，變成透過多臺伺服器來提供。這樣的好處在於，能將伺服器的流量負載，平均分攤在各伺服器上，達到負載均衡。且群組中如有伺服器停擺，伺服器負載平衡設備也會將連線導向其他伺服器，繼而提供不中斷的網路服務。除了服務不中斷外，它還能提供如下的優點

提供高可用性

在單一伺服器的架構下，管理者要進行維修或更新時，需要將伺服器下線，且提供的網路服務會中斷。但改成伺服器群組架構後，不論是對伺服器執行什麼動作，都不會造成服務中斷。因為群組內的其他伺服器，會幫忙提供服務。

減少IT成本

過往的網站架構，如果伺服器負擔不了流量需求，大多就是採買一臺更高效能的伺服器，來滿足需求。而這樣的作法，不但要花費較多成本購買伺服器，且被汰換下來的伺服器，也可能因此被閒置。

而使用伺服器負載平衡設備，管理者就算採買新伺服器，也無需將舊伺服器汰換掉，只需將新、舊伺服器設為同群組即可繼續一起使用，這樣則不會浪費掉固有的成本。

增加伺服器服務效率

使用SLB設備後，服務是透過伺服器群組提供。而伺服器群組的好處在於，它能不受限於作業系統與硬體平臺，只要提供相同服務均可設為同個群組。而管理者就能在群組內，同時使用Linux或微軟系統的伺服器相互支援特定的服務，並可依照伺服器效能，給予適當的連線負載。

如此一來，不但能避免單一伺服器，因為負載過重而導致當機。還能達到匯整效能，並提升整體服務效率。而當伺服器群組應付不了流量需求時，管理者只需在伺服器群組中，加入新的服務主機即可。

SLB設備不只能平衡流量，還可做安全防護及網頁快取

伺服器負載平衡設備最主要的功能，一個是負載平衡功能，另一個則是健康診斷。早期的伺服器負載平衡設備，因為那時網路服務比較單純，Layer 4的流量平衡已能滿足大多數的網站需求。

但近幾年來，因為Web 2.0與雲端服務的崛起，網路應用服務、部落格、社群網站紛紛出現。而為了因應這些服務的需求，也讓伺服器負載平衡設備的應用有了變化：從單純的Layer 4流量平衡，發展成對Layer 7的流量平衡。

而現在網路的應用功能不斷增加，且越變越複雜，所以過往有限的負載平衡模式，已經不足以應付現在的使用者行為。目前的負載平衡功能，大多都要進一步針對使用者的來源IP、Cookie，甚至是URL這些應用層的資訊，來進行伺服器負載平衡。

健康診斷是伺服器負載平衡設備中第二重要的功能。在以前的單一伺服器架構，如果主機遭受攻擊，或是遇到不明因素當機。管理者大多都是被告知，或是到主機前設定及檢查時，才會發現服務已停擺。

而健康診斷，簡而言之，是指能監控伺服器群組中的各種設備，確認它們的存活狀態。其基本功能是透過Ping，或丟取封包取得回應碼，來確認主機是否在線上。但由於現在的網頁內容，比以前複雜許多，只透過以上的基本功能來確認，仍有許多風險存在。像是網頁內容遭竄改或服務停擺，但主機仍然在線上，以這類的情形而言，任何基本的健康診斷都會判讀為服務正常，但實際上並非如此。

所以跟負載平衡一樣，健康診斷也發展成可以監控應用層，管理者能透過伺服器負載平衡設備上的Layer 7健康診斷功能，或是透過腳本功能自己撰寫程式碼，來監控網路服務。

也因為日趨複雜的網路服務，讓伺服器負載平衡設備不再單純提供負載功能與健康診斷，而是陸續加入了不少減輕伺服器負擔的功能，如下：

SSL連線加速

通常，如果直接對伺服器建立SSL連線，都會大幅降低主機的運算效能。因為主機與使用者建立SSL連線，本身會耗費許多效能在加解密SSL封包上，所以當主機同時進行SSL連線與一般服務，會降低服務效率。

所以在伺服器負載平衡設備上，出現了軟、硬體的SSL加速功能，透過該功能，能將SSL加解密的工作，給伺服器負載平衡設備處理，而在後端的實體伺服器，只需執行解密後的任務即可，可大大降低伺服器負擔。

而在未來，1024位元的SSL金鑰，將全面改換成2048位元。而改成2048位元的SSL金鑰，衝擊到底有多大？

廠商F5表示，SSL連線轉變成2048位元後，將使伺服器的處理效能平均下降5倍。所以在未來，伺服器負載平衡設備上，SSL加速功能將是不可或缺的功能之一。

可防禦DDoS與SYN Flood攻擊

因為伺服器負載平衡設備，是位於伺服器群組前，所以任何網路存取，包括網路攻擊，都可能會先後湧到伺服器負載平衡設備上。就算設備前方有防火牆，但當防火牆抵擋不住攻擊而癱瘓時，接著依舊會導向伺服器負載平衡設備上。

所以當設備遇到DDoS或SYN Flood攻擊，而沒有基本的防禦能力時，很容易造成設備癱瘓且停擺。也因為這樣，現在大多伺服器負載平衡設備，都具有DDoS與SYN防禦功能。

RAM Cache與HTTP壓縮

在網路行為中，最常進行的就是內容存取，譬如一般網站首頁的內容不外乎文字、圖片及Flash動畫。雖然這些檔案小，但零碎的內容大量傳送時，對伺服器也是不小的負擔。

而在伺服器負載平衡設備上，有一個因應的RAM Cache功能，它能設定被存取的檔案類型、大小及存活時間，而經常被存取的內容，就會被存放在設備上。而使用者存取時，伺服器負載平衡設備就可代替後端主機，將較常使用的內容傳送出去。

另一個SLB設備常見的加速功能是HTTP壓縮，它是將HTTP的文字內容，透過軟硬體的方式，將文字壓縮後，在傳輸上也能減輕頻寬與伺服器的負載壓力。而以上2種功能，都能大幅降低，設備後端服務主機的負載壓力。

虛擬化功能

虛擬化功能在這邊指兩項功能，一項是將伺服器負載平衡設備虛擬化，將效能提供給更多人使用；另一項則是支援VMware，可對VM做到伺服器負載平衡及健康診斷。

而設備的虛擬化，有分區功能與直接虛擬化兩種。差異在於，分區功能是在SLB設備固有的作業系統上，切割成數個分區，雖然能提供給更多人使用。但實際上，這些人是共用同一個作業系統，所以當作業系統發生問題時，所有使用者都會受影響。

直接虛擬化，則是在伺服器負載平衡設備上，直接安裝ESX/ESXi平臺，並在上面安裝多個SLB設備本身的作業系統。這樣的好處是，能真正達到虛擬化效果，讓設備的各作業系統皆獨立，且互不影響。

最後一種虛擬化功能，則是支援VMware，它支援VM主機的負載平衡與健康診斷。各家做法皆不相同，有的廠商是在vCenter上安裝套件，與伺服器負載平衡設備連結，對VM主機做負載平衡；有的則是透過廠商提供的可程式化功能，管理者需自行撰寫程式，透過該程式執行負載平衡。

硬體與電源備援，提供SLB設備高可靠度

雖然使用伺服器負載平衡設備，可以將流量平均分配給後端的伺服器群組。但同時，它也存在風險，因為服務的對外IP是設在伺服器負載平衡設備上，而對內則又是不同的網段，如果設備因為故障、跳電等因素停擺，那會造成後方的伺服器群組不能提供服務。

既然伺服器負載平衡設備停擺時，造成這麼深的影響，當然也有其備援方案。像市面上的伺服器負載平衡設備，幾乎都會提供硬體和電源備援。

硬體備援分作Active-Standby和Active-Active兩種，管理者可選擇其中一種方式，做伺服器負載平衡設備的硬體備援。電源備援方面，通常都是提供兩個可熱拔插的獨立電源，管理者可分別接上不同來源的電源，以防跳電或電源不穩造成設備停擺。

支援VM主機負載平衡及 設備虛擬化將是趨勢

管理者在採買時，尤其是貴重的設備，通常都會考慮採買數年後的環境變化，該設備是否可持續使用。而在未來，SSL連線與IPv6協定，都將是需要參考的重點。

而我們根據這次測試的設備，發現幾乎參與測試的設備，都具有SSL加速功能，也有支援IPv6協定。但SSL加速功能，各家販售的方式皆不同，有的免費提供，有的則需要購買授權才可使用。

除了上述兩者外，我們還發現到虛擬化這股風潮，也漸漸影響到了伺服器負載平衡設備。而虛擬化功能，在伺服器負載平衡設備上，簡單分作兩種，一種是將設備虛擬化，它能讓多個使用者同時使用伺服器負載平衡設備；另一種是支援伺服器虛擬化，它可以對VM主機做到負載平衡功能。

比較伺服器負載平衡設備導入前後架構

5款伺服器負載平衡設備總評

在負載平衡及健康診斷方面，皆強調對Layer 7的處理與解析。而在這次測試中，也發現廠商漸漸對設備虛擬化有所投入

此次採購特輯，總共測試了A10、Array、Brocade、F5及Radware共5家的產品。除了報導各產品的功能外，我們也整理了規格表。

在這次測試的產品中，含括了一般網站等級及電信業等級的設備，在售價方面，這次是我們歷年來製作採購特輯的過程中，單品平均價格最高的一次，以售價最低的設備而言，也幾乎逼近200萬元。

而這些設備的Layer 7吞吐量，從1Gbps到35Gbps都有。並且，各家產品提供效能的方式也有所差異。以機架式設備來說，像A10、Array和F5的設備，提供的效能為固定的，而Brocade和Radware，則可以依照需求，購買授權將效能開啟。而Brocade和F5亦有提供機箱式設備，該設備的效能，就是以安裝的硬體模組數量來計算。

兩者的差異在於，如企業未來的效能需求變大、超出負荷，效能固定的設備，只能重新採買。而可依照需求的設備，其擴充彈性較好，可再替設備增加效能。但假設設備所能提供的最大效能，也已不能滿足需求時，那一樣要採買新設備。

各家廠商皆偏重於Layer 7的負載平衡功能

在負載平衡方面，我們發現這次參與的廠商，全都有Layer 4到Layer 7層級的負載平衡功能。而各家在基本的演算法方面，差異皆不大，幾乎都有提供輪詢、最低連線數、權重等演算法。不過Array的設備最特別，它提供了多達22種平衡演算法，為此次測試設備中，演算法數量最多的設備。

除了平衡演算法外，各家的負載平衡重點，幾乎都放在Layer 7上。而這層級的負載平衡，分為可程式化功能和內建功能等2種。基本上，內建功能5家SLB設備都有，可透過URL、Cookie、Header等Layer 7的資訊，來做到負載平衡。而可程式化功能，5家設備中，只有A10和F5提供，管理者可透過該功能，撰寫程式碼對應用服務，進行更徹底的負載平衡。

而健康診斷功能，亦是伺服器負載平衡設備的重點功能之一。這次測試的設備，全都支援Layer 3到Layer 7層的健康診斷。較特殊的是F5的健康診斷功能，它提供37種監控範本給管理者自訂，從基本的FTP、HTTP，到微軟、甲骨文的資料庫系統平臺都有，管理者可快速對應用系統設置健康診斷。

幾乎皆具備SSL加速、HTTP壓縮及RAM Cache功能

SSL加速、HTTP壓縮及RAM Cache這三項加值功能，是伺服器負載平衡設備中，可以大幅減輕後端伺服器群組壓力的加值功能。而這三項，幾乎成為SLB設備的基本功能。不過這5家廠商中，只有Brocade是提供SSL加速，而無HTTP壓縮和RAM Cache功能。

各家對加值功能的計價方式也不同，像A10、Alteon和F5是免購買授權即可使用上述功能，不過Alteon和F5只提供SSL加速和HTTP壓縮的預設效能，A10則是效能全開。而Brocade、Array則需要購買授權，才可開啟SSL加速功能，不過Array的HTTP壓縮，不需購買硬體也可使用。

越來越多廠商投注設備虛擬化，未來將可分享更多人使用

在這次測試中，我們發現SLB廠商越來越注重虛擬化環境，幾乎有過半的廠商，都有支援虛擬化功能。而在伺服器負載平衡設備上的虛擬化功能，分作支援伺服器虛擬化、設備虛擬化兩類。

在支援虛擬主機這方面，A10、Brocade及F5設備皆支援。但是，A10與F5需使用可程式化功能，來連接設備與vCenter，才能靈活地動態增減VM。不過在實作上，可程式化功能的入門門檻較高，管理者需有撰寫程式的經驗，才會較易上手。

而Brocade的支援虛擬主機功能，則是需將廠商提供的套件，安裝在vCenter上，並進行一些簡單的設定後，即完成對VM的負載平衡。與前2家廠商相較下，Brocade提供的功能親易近人許多。

而設備虛擬化，則又有分區功能與直接虛擬化2種。提供分區功能的有A10、F5及Radware，它們共用相同的作業系統，基本上不能進行效能的切割，需共用。不過Radware的分區功能較特殊，它能配置效能給各分區。

直接虛擬化功能為A10獨有，它可在AX設備上安裝ESX/ESXi平臺，並將SLB設備的作業系統，分別安裝在平臺上。而安裝每個作業系統時，就跟在VM裡安裝一樣，管理者可以針對作業系統配置處理器、記憶體及硬碟空間。這樣的作法，可直接將伺服器負載平衡系統虛擬化成多個，並將設備轉為虛擬化平臺的主機，讓各系統皆獨立，且並存在設備上。

伺服器負載平衡設備的虛擬化功能支援類型

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