大型服務(wù)的負(fù)載均衡詳解！
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本文是負(fù)載均衡詳解的第一篇文章，介紹負(fù)載均衡的原理，負(fù)載均衡分類（DNS負(fù)載均衡,HTTP負(fù)載均衡，IP負(fù)載均衡，鏈路層負(fù)載均衡,混合型P負(fù)載均衡）。部分內(nèi)容摘自讀書筆記。
一、負(fù)載均衡原理
1.解決并發(fā)壓力，提高應(yīng)用處理性能（增加吞吐量，加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)處理能力）；
2.提供故障轉(zhuǎn)移，實(shí)現(xiàn)高可用；
3.通過添加或減少服務(wù)器數(shù)量，提供網(wǎng)站伸縮性（擴(kuò)展性）；
4.安全防護(hù)；（負(fù)載均衡設(shè)備上做一些過濾，黑白名單等處理）
二、負(fù)載均衡分類
2.1DNS負(fù)載均衡
優(yōu)點(diǎn)：
提高性能：可以支持基于地址的域名解析，解析成距離用戶最近的服務(wù)器地址，可以加快訪問速度，改善性能；
缺點(diǎn)：
可用性差：DNS解析是多級解析，新增/修改DNS后，解析時(shí)間較長；解析過程中，用戶訪問網(wǎng)站將失敗；
擴(kuò)展性低：DNS負(fù)載均衡的控制權(quán)在域名商那里，無法對其做更多的改善和擴(kuò)展；
維護(hù)性差：也不能反映服務(wù)器的當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)；支持的算法少；不能區(qū)分服務(wù)器的差異（不能根據(jù)系統(tǒng)與服務(wù)的狀態(tài)來判斷負(fù)載）
實(shí)踐建議：
將DNS作為第一級負(fù)載均衡，A記錄對應(yīng)著內(nèi)部負(fù)載均衡的IP地址，通過內(nèi)部負(fù)載均衡將請求分發(fā)到真實(shí)的Web服務(wù)器上。一般用于互聯(lián)網(wǎng)公司，復(fù)雜的業(yè)務(wù)系統(tǒng)不合適使用。如下圖：
2.3 IP負(fù)載均衡
在網(wǎng)絡(luò)層通過修改請求目標(biāo)地址進(jìn)行負(fù)載均衡。
用戶請求數(shù)據(jù)包，到達(dá)負(fù)載均衡服務(wù)器后，負(fù)載均衡服務(wù)器在操作系統(tǒng)內(nèi)核進(jìn)程獲取網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包，根據(jù)負(fù)載均衡算法得到一臺(tái)真實(shí)服務(wù)器地址，然后將請求目的地址修改為，獲得的真實(shí)ip地址，不需要經(jīng)過用戶進(jìn)程處理。
真實(shí)服務(wù)器處理完成后，響應(yīng)數(shù)據(jù)包回到負(fù)載均衡服務(wù)器，負(fù)載均衡服務(wù)器，再將數(shù)據(jù)包源地址修改為自身的ip地址，發(fā)送給用戶瀏覽器。如下圖：
IP負(fù)載均衡，真實(shí)物理服務(wù)器返回給負(fù)載均衡服務(wù)器，存在兩種方式：
（1）負(fù)載均衡服務(wù)器在修改目的ip地址的同時(shí)修改源地址。將數(shù)據(jù)包源地址設(shè)為自身盤，即源地址轉(zhuǎn)換（snat）。
（2）將負(fù)載均衡服務(wù)器同時(shí)作為真實(shí)物理服務(wù)器集群的網(wǎng)關(guān)服務(wù)器。
優(yōu)點(diǎn)：
（1）在內(nèi)核進(jìn)程完成數(shù)據(jù)分發(fā)，比在應(yīng)用層分發(fā)性能更好；
缺點(diǎn)：
（2）所有請求響應(yīng)都需要經(jīng)過負(fù)載均衡服務(wù)器，集群最大吞吐量受限于負(fù)載均衡服務(wù)器網(wǎng)卡帶寬；
2.4 鏈路層負(fù)載均衡
在通信協(xié)議的數(shù)據(jù)鏈路層修改mac地址，進(jìn)行負(fù)載均衡。
數(shù)據(jù)分發(fā)時(shí)，不修改ip地址，指修改目標(biāo)mac地址，配置真實(shí)物理服務(wù)器集群所有機(jī)器虛擬ip和負(fù)載均衡服務(wù)器ip地址一致，達(dá)到不修改數(shù)據(jù)包的源地址和目標(biāo)地址，進(jìn)行數(shù)據(jù)分發(fā)的目的。
實(shí)際處理服務(wù)器ip和數(shù)據(jù)請求目的ip一致，不需要經(jīng)過負(fù)載均衡服務(wù)器進(jìn)行地址轉(zhuǎn)換，可將響應(yīng)數(shù)據(jù)包直接返回給用戶瀏覽器，避免負(fù)載均衡服務(wù)器網(wǎng)卡帶寬成為瓶頸。也稱為直接路由模式（DR模式）。如下圖：
優(yōu)點(diǎn)：性能好；
缺點(diǎn)：配置復(fù)雜；
實(shí)踐建議：DR模式是目前使用最廣泛的一種負(fù)載均衡方式。
2.5 混合型負(fù)載均衡
方式一，如下圖：
以上模式適合有動(dòng)靜分離的場景，反向代理服務(wù)器（集群）可以起到緩存和動(dòng)態(tài)請求分發(fā)的作用，當(dāng)時(shí)靜態(tài)資源緩存在代理服務(wù)器時(shí)，則直接返回到瀏覽器。如果動(dòng)態(tài)頁面則請求后面的應(yīng)用負(fù)載均衡（應(yīng)用集群）。
方式二，如下圖：
以上模式，適合動(dòng)態(tài)請求場景。
因混合模式，可以根據(jù)具體場景，靈活搭配各種方式，以上兩種方式僅供參考。
三、負(fù)載均衡算法
3.1 輪詢
優(yōu)點(diǎn)：服務(wù)器請求數(shù)目相同；
缺點(diǎn)：服務(wù)器壓力不一樣，不適合服務(wù)器配置不同的情況；
3.2 隨機(jī)
優(yōu)點(diǎn)：使用簡單；
缺點(diǎn)：不適合機(jī)器配置不同的場景；
3.3 最少鏈接
優(yōu)點(diǎn)：根據(jù)服務(wù)器當(dāng)前的請求處理情況，動(dòng)態(tài)分配；
缺點(diǎn)：算法實(shí)現(xiàn)相對復(fù)雜，需要監(jiān)控服務(wù)器請求連接數(shù)；
3.4 Hash（源地址散列）
優(yōu)點(diǎn)：將來自同一IP地址的請求，同一會(huì)話期內(nèi)，轉(zhuǎn)發(fā)到相同的服務(wù)器；實(shí)現(xiàn)會(huì)話粘滯。
缺點(diǎn)：目標(biāo)服務(wù)器宕機(jī)后，會(huì)話會(huì)丟失；
3.5 加權(quán)
優(yōu)點(diǎn)：根據(jù)權(quán)重，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器的請求數(shù)目；
缺點(diǎn)：使用相對復(fù)雜；
四、硬件負(fù)載均衡
使用硬件負(fù)載均衡，主要考慮一下幾個(gè)方面：
（1）功能考慮：功能全面支持各層級的負(fù)載均衡，支持全面的負(fù)載均衡算法，支持全局負(fù)載均衡；
（2）性能考慮：一般軟件負(fù)載均衡支持到5萬級并發(fā)已經(jīng)很困難了，硬件負(fù)載均衡可以支持
（3）穩(wěn)定性：商用硬件負(fù)載均衡，經(jīng)過了良好的嚴(yán)格的測試，從經(jīng)過大規(guī)模使用，在穩(wěn)定性方面高；
（4）安全防護(hù)：硬件均衡設(shè)備除具備負(fù)載均衡功能外，還具備防火墻，防DDOS攻擊等安全功能；
（5）維護(hù)角度：提供良好的維護(hù)管理界面，售后服務(wù)和技術(shù)支持；
（6）土豪公司：F5 Big Ip 價(jià)格：15w~55w不等；A10 價(jià)格：55w-100w不等；
缺點(diǎn)
1）價(jià)格昂貴；
2）擴(kuò)展能力差；
小結(jié)
（2）互聯(lián)網(wǎng)公司一般使用開源軟件，因此大部分應(yīng)用采用軟件負(fù)載均衡；部分采用硬件負(fù)載均衡。
比如某互聯(lián)網(wǎng)公司，目前是使用幾臺(tái)F5做全局負(fù)載均衡，內(nèi)部使用Nginx等軟件負(fù)載均衡。
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