F5负载均衡算法以及会话保持

F5负载均衡会话保持
1．什么是会话保持？
在大多数电子商务的应用系统或者需要进行用户身份认证的在线系统中，一个客户与服务器经常经过好几次的交互过程才能完成一笔交易或者是一个请求的完成。

由于这几次交互过程是密切相关的，服务器在进行这些交互过程的某一个交互步骤时，往往需要了解上一次交互过程的处理结果，或者上几步的交互过程结果，服务器进行下一步操作时需要这就要求所有这些相关的交互过程都由一台服务器完成，而不能被负载均衡器分散到不同的服务器上。

而这一系列的相关的交互过程可能是由客户到服务器的一个连接的多次会话完成，也可能是在客户与服务器之间的多个不同连接里的多次会话完成。

不同连接的多次会话，最典型的例子就是基于http 的访问，一个客户完成一笔交易可能需多次点击，而一个新的点击产生的请求，可能会重用上一次点击建立起来的连接，也可能是一个新建的连接。

会话保持就是指在负载均衡器上有这么一种机制，可以识别做客户与服务器之间交互过程的关连性，在作负载均衡的同时，还保证一系列相关连的访问请求会保持分配到一台服务器上。

2．F5支持什么样的会话保持方法？
F5 BigIP支持多种的会话保持方法，其中包括：简单会话保持（源地址会话保持）、HTTP Header的会话保持，基于SSL Session ID的会话保持，I-Rules会话保持以及基于HTTP Cookie的会话保持，此外
还有基于SIP ID以及Cache设备的会话保持等，但常用的是简单会话保持，HTTP Header的会话保持以及HTTP Cookie会话保持以及基于I-Rules的会话保持。

2.1 简单会话保持
简单会话保持也被称为基于源地址的会话保持，是指负载均衡器在作负载均衡时是根据访问请求的源地址作为判断关连会话的依据。

对来自同一IP地址的所有访问请求在作负载均时都会被保持到一台服务器上去。

在BIGIP设备上可以为“同一IP地址”通过网络掩码进行区分，比如可以通过对IP地址192.168.1.1进行255.255.255.0的网络掩码，这样只要是来自于192.168.1.0/24这个网段的流量BIGIP 都可以认为他们是来自于同一个用户，这样就将把来自于192.168.1.0/24网段的流量会话保持到特定的一台服务器上。

简单会话保持里另外一个很重要的参数就是连接超时值，BIGIP 会为每一个进行会话保持的会话设定一个时间值，当一个会话上一次完成到这个会话下次再来之前的间隔如果小于这个超时值，BIGIP将会将新的连接进行会话保持，但如果这个间隔大于该超时值，BIGIP 将会将新来的连接认为是新的会话然后进行负载平衡。

基于原地址的会话保持实现起来简单，只需要根据数据包三、四层的信息就可以实现，效率也比较高。

存在的问题就在于当多个客户是通过代理或地址转换的方式来访问服务器时，由于都分配到同一台服务器上，会导致服务器之间的负载严重失衡。

另外一种情况上客户机数量很少，但每个客户机都会产生多个并发访问，对这些必发访问
也要求通过负均均衡器分配到多个服器上，这时基于客户端源地址的会话保持方法也会导致负载均衡失效。

2.2 基于Cookie的会话保持
2.2.1 cookie插入模式：
在Cookie插入模式下，BigIP将负责插入cookie，后端服务器无需作出任何修改.当客户进行第一次请求时，客户HTTP请求（不带cookie）进入BIGIP，BIGIP根据负载平衡算法策略选择后端一台服务器，并将请求发送至该服务器，后端服务器进行HTTP回复（不带cookie）被发回BIGIP，然后BIGIP插入cookie，将HTTP回复返回到客户端。

当客户请求再次发生时，客户HTTP请求（带有上次BIGIP 插入的cookie）进入BIGIP，然后BIGIP读出cookie里的会话保持数值，将HTTP请求（带有与上面同样的cookie）发到指定的服务器，然后后端服务器进行请求回复，由于服务器并不写入cookie，HTTP 回复将不带有cookie，恢复流量再次经过进入BIGIP时，BIGIP再次写入更新后的会话保持cookie。

2.2.2 Cookie 重写模式
当客户进行第一次请求时，客户HTTP请求（不带cookie）进入BIGIP，BIGIP根据负载平衡算法策略选择后端一台服务器，并将请求发送至该服务器，后端服务器进行HTTP回复一个空白的cookie 并发回BIGIP，然后BIGIP重新在cookie里写入会话保持数值，将HTTP回复返回到客户端。

当客户请求再次发生时，客户HTTP请求（带有上次BIGIP重写的cookie）进入BIGIP，然后BIGIP读出cookie
里的会话保持数值，将HTTP请求（带有与上面同样的cookie）发到指定的服务器，然后后端服务器进行请求回复，HTTP回复里又将带有空的cookie，恢复流量再次经过进入BIGIP时，BIGIP再次写入更新后会话保持数值到该cookie。

2.2.3 Passive Cookie 模式，服务器使用特定信息来设臵cookie。

当客户进行第一次请求时，客户HTTP请求（不带cookie）进入BIGIP，BIGIP根据负载平衡算法策略选择后端一台服务器，并将请求发送至该服务器，后端服务器进行HTTP回复一个cookie并发回BIGIP，然后BIGIP将带有服务器写的cookie值的HTTP回复返回到客户端。

当客户请求再次发生时，客户HTTP请求（带有上次服务器写的cookie）进入BIGIP，然后BIGIP根据cookie里的会话保持数值，将HTTP请求（带有与上面同样的cookie）发到指定的服务器，然后后端服务器进行请求回复，HTTP回复里又将带有更新的会话保持cookie，恢复流量再次经过进入BIGIP时，BIGIP将带有该cookie的请求回复给客户端。

2.2.4 Cookie Hash模式：
当客户进行第一次请求时，客户HTTP请求（不带cookie）进入BIGIP，BIGIP根据负载平衡算法策略选择后端一台服务器，并将请求发送至该服务器，后端服务器进行HTTP回复一个cookie并发回BIGIP，然后BIGIP将带有服务器写的cookie值的HTTP回复返回到客户端。

当客户请求再次发生时，客户HTTP请求（带有上次服务器写的cookie）进入BIGIP，然后BIGIP根据cookie里的一定的某个字
节的字节数来决定后台服务器接受请求，将HTTP请求（带有与上面同样的cookie）发到指定的服务器，然后后端服务器进行请求回复，HTTP回复里又将带有更新后的cookie，恢复流量再次经过进入BIGIP 时，BIGIP将带有该cookie的请求回复给客户端。

2.3 SSL Session ID会话保持
在用户的SSL访问系统的环境里，当SSL对话首次建立时，用户与服务器进行首次信息交换以：1}交换安全证书，2）商议加密和压缩方法，3）为每条对话建立Session ID。

由于该Session ID在系统中是一个唯一数值，由此，BIGIP可以应用该数值来进行会话保持。

当用户想与该服务器再次建立连接时，BIGIP可以通过会话中的SSL Session ID识别该用户并进行会话保持。

基于SSL Session ID的会话保持就需要客户浏览器在进行会话的过程中始终保持其SSL Session ID不变，但实际上，微软Internet Explorer被发现在经过特定一段时间后将主动改变SSL Session ID，这就使基于SSL Session ID的会话保持实际应用范围大大缩小。

静态负载均衡算法
◆轮询（Round Robin）：顺序循环将请求一次顺序循环地连接每个服务器。

当其中某个服务器发生第二到第7 层的故障，BIG-IP 就把其从顺序循环队列中拿出，不参加下一次的轮询，直到其恢复正常。

◆比率（Ratio）：给每个服务器分配一个加权值为比例，根椐这个比例，把用户的请求分配到每个服务器。

当其中某个服务器发生第二到第7 层的故障，BIG-IP 就把其从服务器队列中拿出，不参加下
一次的用户请求的分配, 直到其恢复正常。

◆优先权（Priority）：给所有服务器分组,给每个组定义优先权，BIG-IP 用户的请求，分配给优先级最高的服务器组（在同一组内，采用轮询或比率算法，分配用户的请求）；当最高优先级中所有服务器出现故障，BIG-IP 才将请求送给次优先级的服务器组。

这种方式，实际为用户提供一种热备份的方式。

◆最少的连接方式（Least Connection）：传递新的连接给那些进行最少连接处理的服务器。

当其中某个服务器发生第二到第7 层的故障，BIG-IP 就把其从服务器队列中拿出，不参加下一次的用户请求的分配, 直到其恢复正常。

◆最快模式（Fastest）：传递连接给那些响应最快的服务器。

当其中某个服务器发生第二到第7 层的故障，BIG-IP 就把其从服务器队列中拿出，不参加下一次的用户请求的分配，直到其恢复正常。

◆观察模式（Observed）：连接数目和响应时间以这两项的最佳平衡为依据为新的请求选择服务器。

当其中某个服务器发生第二到第7 层的故障，BIG-IP就把其从服务器队列中拿出，不参加下一次的用户请求的分配，直到其恢复正常。

◆预测模式（Predictive）：BIG-IP利用收集到的服务器当前的性能指标，进行预测分析，选择一台服务器在下一个时间片内，其性能将达到最佳的服务器相应用户的请求。

(被BIG-IP 进行检测)
◆动态性能分配(Dynamic Ratio-APM):BIG-IP 收集到的应用程序和应用服务器的各项性能参数，动态调整流量分配。

◆动态服务器补充(Dynamic Server Act.):当主服务器群中因故障导致数量减少时，动态地将备份服务器补充至主服务器群。

◆服务质量(QoS）:按不同的优先级对数据流进行分配。

◆服务类型(ToS): 按不同的服务类型（在Type of Field中标识）负载均衡对数据流进行分配。

◆规则模式：针对不同的数据流设臵导向规则，用户可自行。