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EQUILIBRAGE DESCHARGES DANS UN
RSEAU, MCANISMES DEREDONDANCE OU FAIL-
OVER
Prsent par Bassirou SOW et El HadjiMalick GUEYE
Sous la Direction de: Monsieur AhmedYOUSSEF
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Plan
1. Introduction
2. Dfinition
3. Principes et objectifs de lEquilibrages des charges
4. Utilisations dans les Tlcommunications
5. Diffrents techniques dEquilibrage des charges
6. La Rpartition des charges
7. Mcanismes de redondance ou Fail-over8. Configuration
9. Conclusion
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Introduction
Ce sujet donne un aperu sur la technologie
dquilibrage de charge et indique comment elle est
utilise pour offrir des services sur le rseau au
moyen des quipements du constructeur Cisco ouautres. Ce dispositif de rpartition de charge permet
dune part damliorer la performance des
applications en utilisant plusieurs serveurs et dautre
part doffrir une solution daccs rapide et fiable aux
services.
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Dfinition
En anglais lquilibrage de charge est traduit comme
suit : LOAD BALANCING (LB).Il est dfini comme
un processus qui distribue le trafic du site entre
plusieurs serveurs en utilisant un dispositif bas sur lerseau. Le processus dquilibrage de charge est
totalement transparent pour l'utilisateur final. Il y a
souvent des dizaines ou mme des centaines de
serveurs oprant derrire une URL unique. Il existeplusieurs types de (LB) tels que: Network LB, Server
LB, etc. Dans la figure ci-dessous, nous voyons la
plus simple reprsentation dun Serveur LB.
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Dfinition5
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Problmatiques, Contexte et Enjeux6
Les ordinateurs composent le systme nerveux de lentreprise. Ilssont indispensables son bon fonctionnement 24 heures sur 24 cardes clients, collaborateurs, commerciaux ont besoin en permanencede se connecter au systme dinformation. Habitus aux services quepeut rendre le systme dinformation interne, les employs ont
besoin dune bonne disponibilit de leur outil de travail. De mme,les clients utilisent rgulirement le portail commerce lectroniquede lentreprise prsent sur la toile. . .
Donc une panne peut causer une perte de productivit considrableet coter beaucoup dargent.
Si le systme informatique est charg de contrler un accs auxbtiments, de vrifier le bon fonctionne- ment de processusindustriels ou tout autre tche critique, la haute disponibilit est iciindispensable pour des questions de scurit.
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Problmatiques, Contexte et Enjeux7
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Principes et Objectifs
La rpartition de charge est une technique utilise pour
distribuer un travail entre plusieurs serveurs. C'est une
forme d'optimisation. Le principe de base consiste
interposer entre les visiteurs dun site et le pool de
ressources un dispositif (le rpartiteur) qui connat l'tat
d'occupation de chaque ressource et qui est capable de
diriger ces visiteurs vers la ressource la moins occupe, ou
la plus facilement accessible. Les ressources peuvent ne
pas avoir la mme capacit satisfaire les besoins du
moment (en vitesse de traitement, en bande passante,
etc.), ce qui influe sur le mode de calcul du rpartiteur.
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Principes et Objectifs
Le concept est un serveur virtuel pour plusieurs serveurs rels.
Le principe est simple, dune part lutilisateur devient client
dun serveur virtuel en contactant ladresse IP virtuelle (VIP)
correspondant un service. Dautre part, sur le Serveur Load
Balancing, le serveur virtuel ayant ladresse VIP est charg deslectionner un serveur rel pour lui transmettre la requte des
clients. Le serveur rel slectionn traite la requte et rpond
aux clients. sont chacun dots dune adresse
IP relle (RIP). Les serveurs rels offrant un service identiquesont regroups dans des ensembles nomms fermes ou farm
ou encore clusters. (Ne pas interprter les notions de rel et de
virtuel dans le sens utilis chez VMWare ou Virtual Box)
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Principes et Objectif
Ici un serveur peut parfaitement tre une machinevirtuelle VMWare. est une entitlogique qui reprsente plusieurs serveurs rels pour untype de service. Le serveur virtuel est accd travers
son adresse IP virtuelle (VIP). Les caractristiques dedistribution du trafic vers les serveurs rels de la fermesont associes au serveur virtuel.
nont connatre que le nom IP du service
quils dsirent contacter, ce nom est traduit en uneadresse VIP par le DNS. Le client ignore la nature et lesadresses des serveurs rels.
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Principes et Objectif
Objectif:
L objectif principal de ce sujet repose sur la haute
disponibilit du systme informatique, Dans ce monde
ou le besoin en qualit et diversit de service est trssollicit, une configuration haute disponibilit est
fortement dpendante du besoin de lentreprise : de la
distribution du travail entre plusieurs machines la
duplication permanente des donnes dans des btimentsgographiquement spars, la solution technologique, la
mise en uvre et le cot sont diffrents.
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Principes et Objectif12
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Utilisation dans les Tlcoms
L'quilibrage de charge peut tre utile dans les applications
avec des liens de communication redondants. Par exemple,
une entreprise peut avoir plusieurs connexions Internet en
assurant l'accs au rseau si l'une des connexions choue.
Nombreuses socits de tlcommunications ont de
multiples voies travers leurs rseaux ou des rseaux
externes. Ils utilisent l'quilibrage de charge sophistiqu pour
transfrer le trafic d'un chemin l'autre pour viter la
congestion du rseau sur n'importe quel lien particulier, etparfois minimiser le cot de transit travers les rseaux
externes ou d'amliorer la fiabilit du rseau .Ceci est trs
utile pour la surveillance des rseaux rapides lorsque le
traitement complexe des donnes peut ne pas tre possible
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http://en.wikipedia.org/wiki/Network_congestionhttp://en.wikipedia.org/wiki/Network_congestionhttp://en.wikipedia.org/wiki/Reliability_(computer_networking)http://en.wikipedia.org/wiki/Reliability_(computer_networking)http://en.wikipedia.org/wiki/Network_congestionhttp://en.wikipedia.org/wiki/Network_congestion -
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Diffrents Techniques dquilibrage
des charges
Il existe diverses faons dont l'quilibrage de charge peut tre
atteint. Les facteurs dcisifs pour choisir un sur l'autre dpend
de l'exigence, les fonctions disponibles, la complexit de la
mise en uvre, et le cot. Par exemple, en utilisant un
quipement d'quilibrage de charge matriel est trs coteuxpar rapport un logiciel de load balancing. Les mthodes
dequilibrage de charge les plus connues sont au nombre de
trois (3), cependant il existe pour chacun deux des avantages
ainsi que des inconvnients : Base sur le DNS (round robin)
Base sur le Matriel (hardware)
Base sur le logiciel (software)
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DNS :
Ceci est galement connu sous le nom round robin DNS. Vous
pouvez injecter plusieurs enregistrements A pour le mme
nom d'hte. Cela cre une distribution alatoire - les demandes
de l'hte recevra la liste dans un ordre alatoire. Autrement
dit, si nous prenons lexemple concret du service
webservice.telecom-reseaux.net (fictif pour le coup), qui doit
donc pointer vers deux adresses IP diffrentes (80.0.0.1 et
80.0.0.2 par exemple). Il suffit alors de crer deux champs Adans la configuration DNS et de les faire pointer vers chacune
de ces adresses. A chaque rsolution DNS du nom
webservice.telecom-reseaux.net, le serveur rpondra donc
alternativement sur chacune des deux adresses IP mentionnesprcdemment.
Diffrents Techniques dquilibrage
des charges15
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Avantages: Trs simples, peu coteux et facile mettre enuvre .
Inconvnients: Le serveur DNS n'a pas toute laconnaissance de la disponibilit des serveurs et continuent
de pointer vers un serveur indisponible. Il ne peutdiffrencier par adresse IP, mais pas par le port duserveur. L'adresse IP peut galement tre mis en cache parles serveurs de noms d'autres et les demandes ne peuventpas tre envoy au serveur d'quilibrage de charge DNS.
Exemple : en modifiant le fichier de configuration du bindsous linux, vous faites entrer les enregistrements A suivantspuis lquilibrage de charge prendra en compte ces adressespour le mme domaine :
Diffrents Techniques dquilibrage
des charges16
http://content.websitegear.com/article/load_balance_dns.htmhttp://content.websitegear.com/article/load_balance_dns.htmhttp://content.websitegear.com/article/load_balance_dns.htmhttp://content.websitegear.com/article/load_balance_dns.htm -
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Hardware :
des quilibreurs de charge matriel peut acheminer paquets TCP / IP vers
des serveurs diffrents dans un cluster. Ces types de rpartiteurs de charge
se trouvent souvent fournir une topologie robuste avec haute disponibilit,
mais vient pour un cot beaucoup plus lev. Pour avantages:le circuit
utilise le niveau de la passerelle rseau pour acheminer le
trafic. Inconvnients: Des cots plus levs par rapport aux versions de
logiciels
Il existe de nombreux fournisseurs commerciaux l'on vend des appareils
pour effectuer l'quilibrage de charge : Cisco Ace Application Control Engine Module
Barracuda Load Balancer
JetNexus Accelerating Load Balancer Extreme
Kemp Loadmaster 2000
Et beaucoup dautres.
Diffrents Techniques dquilibrage
des charges17
http://www.cisco.com/en/US/products/ps6906/http://www.barracudanetworks.com/ns/products/balancer_overview.phphttp://www1.jetnexus.com/accelerating-loadbalancer-extreme.htmlhttp://www.kemptechnologies.com/server-load-balancing.shtmlhttp://www.kemptechnologies.com/server-load-balancing.shtmlhttp://www.kemptechnologies.com/server-load-balancing.shtmlhttp://www.kemptechnologies.com/server-load-balancing.shtmlhttp://www.kemptechnologies.com/server-load-balancing.shtmlhttp://www1.jetnexus.com/accelerating-loadbalancer-extreme.htmlhttp://www1.jetnexus.com/accelerating-loadbalancer-extreme.htmlhttp://www1.jetnexus.com/accelerating-loadbalancer-extreme.htmlhttp://www1.jetnexus.com/accelerating-loadbalancer-extreme.htmlhttp://www1.jetnexus.com/accelerating-loadbalancer-extreme.htmlhttp://www1.jetnexus.com/accelerating-loadbalancer-extreme.htmlhttp://www1.jetnexus.com/accelerating-loadbalancer-extreme.htmlhttp://www1.jetnexus.com/accelerating-loadbalancer-extreme.htmlhttp://www.barracudanetworks.com/ns/products/balancer_overview.phphttp://www.barracudanetworks.com/ns/products/balancer_overview.phphttp://www.barracudanetworks.com/ns/products/balancer_overview.phphttp://www.barracudanetworks.com/ns/products/balancer_overview.phphttp://www.cisco.com/en/US/products/ps6906/ -
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SOFTWARE :
La plupart des quilibreurs de charge courammentutiliss sont de base logiciel, et vient souvent comme uncomposant intgr du serveur web coteux et despackages d'applications de logiciels de serveurs.
Pouravantages: Moins cher que le matriel desquilibreurs de charge. Plus configurable en fonctiondes besoins. Puis il incorporer le routage intelligent bas
sur les paramtres d'entre multiples.
Inconvnients: Ncessit de fournir du matrielsupplmentaire pour isoler l'quilibreur de charge.
Diffrents Techniques dquilibrage
des charges18
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Le Clustering (grappes de serveurs)19
On parle de grappe de serveurs ou de ferme
dordinateurs (computer clusteringen anglais) pour dsigner
des techniques consistant regrouper plusieurs
ordinateursindpendants (appels nuds,nodeen anglais),
afin de fonctionner comme un seul et mme systme.
http://fr.wikipedia.org/wiki/Ordinateurhttp://fr.wikipedia.org/wiki/Ordinateur -
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La Rpartition des charges
Ce sont des clusters employs gnralement dans le
monde des services Internet et du commerce lectro-
nique. Ils permettent de rpartir la charge de travail
entre les diffrentes machines. Cette charge peut trecelle engendre par lexcution dune application ou
par un important trafic rseau. Un tel systme est
souvent mis en place lorsquun nombre important
dutilisateurs demande le mme type de service ausystme. Une requte peut alors tre distribue au
nud du cluster le moins occup un moment
donn.
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La Rpartition des charges
Certains systmes permettent mme de raffecter
dynamiquement, un autre nud, une demande en cours de
traitement.
Souvent, les serveurs dapplications rseaux doivent faire face
de nombreuses connections simultanes. Ceci les empche de
rpondre assez rapidement pour offrir le service attendu par
lutilisateur, le client. Le trafic est alors drout vers un nud
proposant un service quivalent, dans le cluster. Lensemble est
souvent gr par un ordinateur ddi ou par un programmeparticulier prsent sur toutes les machines ; cette gestion est
configurable par ladministrateur. La plupart des solutions
fonctionnent sur un cluster compos de machines prsentes
sur un rseau local mais certaines solutions, moinsperformantes, peuvent emprunter des liaisons distantes.
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Mcanismes de Redondance ou
Fail-over
Le basculement (en anglais, fail-over qui se traduit par
passer outre la panne) est la capacit d'un quipement
basculer automatiquement vers un chemin rseau
alternatif ou en veille.Cette capacit existe pour tout type d'quipements
rseau: du serveur au routeur en passant par les pare-feu
et les commutateurs rseau (switch). Le basculement
intervient gnralement sans action humaine et mmebien souvent sans aucun message d'alerte. Le
basculement est conu pour tre totalement transparent.
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Mcanismes de Redondance ou
Fail-over23
(Point-to-Point Protocol) : Protocole de communication entre deux
quipements utilisant une ligne srie. Cest le protocole utilis, par exemple,
entre un utilisateur et son fournisseur daccs Internet. Dans un contexte
de machines redondantes, il peut tre utile pour mettre en place un
mcanisme de surveillance mutuelle sur un support RS-232.
: Chien de garde logiciel ou matriel du systme qui donne
lalerte si on ne le caresse pas assez souvent ! Typiquement, une panne
matrielle ou logicielle empche de rarmer un compteur qui, arriv
chance, dclenche une action de secours.
(Redundant Array of Independent Disks) : Moyen de stocker des
donnes diffrents endroits sur plusieurs disques durs. Lensemble
apparat au systme sous la forme dun seul priphrique de stockage. Selon
la configuration (RAID-1, RAID-5), la vitesse de lecture, la tolrance aux
pannes, la correction derreurs peut tre amliore.
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Mcanismes de Redondance ou
Fail-over24
(Small Computer System Interface) : Standard dcrivant uneinterface parallle permettant aux ordinateurs de communiquer avecleurs priphriques (de stockage notamment).
: Application permettant un ordinateur de prendre lepouls (heartbeat) dautres machines. Si lune dentre elles ne rpond
pas un message envoy, elle est considre comme dfaillante ; unemesure de secours est alors prise.
: Commutateur de serveurs redondants, Fake permet, unsystme de secours, de prendre ladresse IP dune machine tombeen panne dans le rseau local.
(Network File System) : Application client / serveur permettantdaccder au priphrique de stockage dun ordinateur distant. Lesystme de fichiers ainsi montsur sa machine est vu commenimporte quel disque local.
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Mcanismes de Redondance ou
Fail-over25
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Mcanismes de Redondance ou
Fail-over
La mise en place de plusieurs occurrences dun composant
critique du systme permet de supprimer les pannes fatales.
On emploie souvent le terme de redondance lorsque les
applications critiques et le matriel qui les excute sont
instancis plusieurs fois et prennent le relais les uns des autres(on parle en anglais de Fail-over services : FOS). Le cluster se
rsume alors une ou plusieurs paires de machines,
principales et de secours.
A laide dun systme de communication, chaque ordinateursurveille son ou ses jumeaux par lintermdiaire dun canal
ddi. Il peut se prsenter sous la forme dun lien srie (avec
ou sans protocole PPP ), dun lien Ethernet ou simplement
dune liaison spcialise (watchdog ).
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Mcanismes de Redondance ou
Fail-over
Cette surveillance rapproche est la garantie de vie
dune machine paire (pouls ou heartbeat). Si un
noeud du cluster est amen tomber, son second
prend le relais dans la seconde (ou mme plusrapidement), il sapproprie son identit et se charge
dapporter le service demand par lutilisateur, sans
laisser transparatre la faiblesse passagre du serveur
matre. Il sagit ici de minimiser le temps decommutation. Lordinateur ayant subit la panne est
rinitialis ou rpar pour reprendre, au plus vite, la
surveillance attentive dun jumeau en service.
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Mcanismes de Redondance ou
Fail-over
On peut donc aisment comprendre que le temps de
redmarrage dun serveur doit tre assez court et quune
procdure de rcupration des donnes doit tre excute.
Dans une redondance efficace, le partage des donnes stockes
sur disque (sil y en a) est un point considrer attentivementlors du dveloppement de larchitecture matrielle. Deux
solutions permettent de maintenir lunicit (intgrit) des
donnes tout en permettant de les prserver si un incident
survient : Partage du priphrique de stockage (RAID , bus SCSI
partag pour une solution moindre cot)
Mise en reflet (mirroring) des disques, cest dire copie de
leur contenu intervalles rguliers.
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Mcanismes de Redondance ou
Fail-over29
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Mcanismes de Redondance ou
Fail-over Lexemple concret reprsente une paire de serveurs de mail
(utilisant par exemple ) redondants. Le clientsadresse en temps normal la machine principale.
Si cette dernire tombe en panne, son pouls (heartbeat)cesse et la machine de secours sen aperoit. En effet, leprocessus de la machine de sauvegarde interroge, travers la liaison srie, son processus pair.
Ne rpondant pas, ladresse de la machine principale estattribue par Heartbeat la machine de secours via leprocessus , elle peut ainsi prendre le relais. Lesdonnes sont partages sur un disque NFS 12 montalternativement par lune puis lautre des machines.
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Configurations
SLB fournit deux algorithmes d'quilibrage de charge: Weighted Round Robin et
weighted least connection. On peut spcifier soit l'algorithme de base pour le choix
d'un vrai serveur pour chaque nouvelle demande de connexion qui arrive au niveau
du serveur virtuel.
Le Weighted Round Robin spcifie que le serveur rel utilis pour une nouvelle
connexion au serveur virtuel est choisi parmi le cluster de serveurs dans un
mouvement circulaire. Chaque serveur rel se voit attribuer un poids, n, Qui
reprsente la capacit de grer des connexions, par rapport aux autres serveurs rels
associs au serveur virtuel. Autrement dit, les nouvelles connexions sont affects un serveur rel donn n , letemps avant le prochain serveur rel dans la batterie de
serveurs soit choisi.
Par exemple , supposons une batterie de serveurs comprenant un ServeurA , serveur
rel avec n= 3, ServerB n= 1, et avec ServeurC n= 2. Les 3 premires connexions au
serveur virtuel sont affects ServeurA, la 4e connexion ServerB, et les 5e
connexions et 6e ServerC.
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Cet algorithme spcifie que le prochain serveur d'application choisi partir d'une
batterie de serveurs pour une nouvelle connexion au serveur virtuel est le serveur le
plus petit nombre de connexions actives. Chaque serveur rel se voit attribuer un
poids pour cet algorithme aussi. Lorsque le poids est attribu, le serveur avec le plus
petit nombre de connexions est base sur le nombre de connexions actives surchaque serveur, et sur la capacit relative de chaque serveur. La capacit d'un
serveur donn relle est calcule comme le poids attribu de ce serveur divis par la
somme des poids affects de tous les serveurs rels associs ce serveur virtuel, ou
n1/ (n1+n2+n3...).
Par exemple , supposons une batterie de serveurs comprend ServeurA serveur rel
avec n= 3, ServerB n= 1, et le ServeurC n= 2. ServeurA aurait une capacit calcule
de 3 / (3 + 1 + 2), ou la moiti de toutes les connexions actives sur le serveur virtuel,
le ServeurB, 1/6 de toutes les connexions actives, et ServeurC, 1/3 de toutes les
connexions actives. A tout moment, la prochaine connexion au serveur virtuel serait
attribu au serveur rel, dont le nombre de connexions actives est au dessous de sa
capacit calcule.
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Configurations33
Specifier un Serveur Farm ou cluster (obligatoire)
router(config)# ip slb serverfarm nom_du_server_farm Specifier un algorithme de Load-Balancing (facultatif)
router(config-slb-sfarm)# predictor [roundrobin | leastconns ] Specifier un Bind ID (facultatif)
router(config-slb-sfarm)# bindid [bind-id] Specifier un Serveur rel (obligatoire)
router(config-slb-sfarm)# real ip_serveur_rel Configurer les attributs du Serveur rel (facultatif)
router(config-slb-real)# faildetect numconnsnbre_de_connexions_echouesrouter(config-slb-real)# maxconns nbre_maxi_de_connexionsrouter(config-slb-real)# reassign nbre_de_connexions_sans_reponserouter(config-slb-real)# retry IT_attente_avant_une_tentative_en_second Activer les services de Serveur rel (obligatoire)
router(config-slb-real)#inservice (activation du serveur)
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Configurations34
Specifier un Serveur virtuel (obligatoire)
router(config)#ip slb vserver ip_serveur_virtuel Associer un Serveur virtuel avec un Serveur Farm (obligatoire)
router(config-slb-vserver)#serverfarm nom_du_serverfarm Configurer les services du serveur virtuel (obligatoire)
router(config-slb-vserver)#virtual adresse_ip [tpc | udp] num_port[service]
Adjuster les valeurs du serveur virtuel (falcultatif)
router(config-slb-vserver)#client ip_address masque_rxrouter(config-slb-vserver)#delay
dure_maintient_aprs_connexionsrouter(config-slb-vserver)#idle dure_maintientrouter(config-slb-vserver)#sticky dure group [group-id]router(config-slb-sfarm)#synguard
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Activer les Services de Serveur Virtuel (obligatoire)
router(config-slb-vserver)#inservice
Configurer IOS SLB Dynamic Feedback Protocol (facultatif)
router(config-slb-dfp)#ip slb dfp [ mot_de_passe | delai ]
router(config-slb-dfp)#agent ip_add port [delai] Configurer NAT (facultatif)
router(config)#ip slb serverfarm nom_serverfarmrouter(config-slb-sfarm)#nat server
router(config-slb-sfarm)#real ip_addresse Verifier le Load Balancing
router#show ip slb conns
router#show ip slb reals
router#show ip slb vserver
router#show ip slb stats
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Tests de Configuration36
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Test de connectivit entre le serveur rel 1 et client:
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Test de connectivit entre le serveur rel 2 et client:
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Configuration des interfaces du routeur SLB:
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config des serveurs rels et virtuels avec les
diffrents attributs et options:
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Aprs la config, cest les tests des entits logiques
avant le load Balancing, commenant par le test du
cluster et de la bonne implmentation de
lalgorithme:
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Testons nos serveurs rels pour voir si ils ont bien
t mise en uvre ainsi que nos serveurs virtuels:
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Comme notre exemple slb est repartir les connexion parprotocoles http, testons-le avant le load balancing pourvoir:
On voit que il y a pas encore de requtes http.
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Maintenant on va faire une seule tentative de
connexion http partir du PC du client sur ladresse
du serveur virtuel pour voir comment le routeur slb
gre la rparation.
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Suivant lalgorithme de round-robin et du poids le
plus faible, le routeur balancera la 1ere connexion
sur le serveur avec le plus faible poids mais tout en
tenant compte du nombre de connexion alloues ce serveur rel.
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Maintenant testons le vrai Load Balancing en
envoyant plusieurs requtes http la mme seconde
sur l adresse du serveur virtuel, et voyons comment
le routeur repartit la charge entre les 2 serveurs relstout en tenant compte de lalgorithme, du poid et
des nbres de connexions de chaque serveur.
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Et voila nous voyons donc que notre load balancingmarche parfaitement car je viens denvoyer 8 requtesconscutifs HTTP sur le serveur virtuel qui est ici lerouteur, qui a repartit ces requetes entre les serveurs relen:
Utilisant Round-Robin
Commenant par balancer les requtes sur le plus petitpoids (ici 192.168.0.1)
Respectant le nombre de connexions pour chaqueserveurs (avec 8 connexions, Serveur1 aura les 5premires connexions et Serveur2 les 3 autresconnexions qui suivront)
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Conclusion
Il intercepte le trafic destin un service.
Il divise le trafic en plusieurs requtes individuelles et dcide
quel serveur (rel) traitera ces requtes (distribution).
Il surveille les serveurs disponibles, sassurant quils rpondent
au trafic. Dans la ngative, il carte ces serveurs (inaptes au
service) de la distribution.
Il offre de la redondance ou le fail-over (et il est lui-mme
redondant).
Il offre une distribution dpendante du contenu. En lisant -par
exemple- le contenu des URL, des cookies.
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