大(dà)型網站架構系列：負載均衡詳解（上）

面對大(dà)量用戶訪問(wèn)、高并發請(qǐng)求，海量數據，可(kě)以使用高性能的服務器、大(dà)型數據庫，存儲設備，高性能Web服務器，采用高效率的編程語言比如(rú)(Go,Scala)等，當單機(jī)容量達到極限時，我們需要考慮業務拆分(fēn)和分(fēn)布式部署，來(lái)解決大(dà)型網站訪問(wèn)量大(dà)，并發量高，海量數據的問(wèn)題。

從(cóng)單機(jī)網站到分(fēn)布式網站，很重要的區别是業務拆分(fēn)和分(fēn)布式部署，将應用拆分(fēn)後，部署到不同的機(jī)器上，實現大(dà)規模分(fēn)布式系統。分(fēn)布式和業務拆分(fēn)解決了，從(cóng)集中到分(fēn)布的問(wèn)題，但(dàn)是每個部署的獨立業務還(hái)存在單點的問(wèn)題和訪問(wèn)統一入口問(wèn)題，爲解決單點故障，我們可(kě)以采取冗餘的方式。将相(xiàng)同的應用部署到多台機(jī)器上。解決訪問(wèn)統一入口問(wèn)題，我們可(kě)以在集群前面增加負載均衡設備，實現流量分(fēn)發。

負載均衡（Load Balance），意思是将負載（工(gōng)作(zuò)任務，訪問(wèn)請(qǐng)求）進行平衡、分(fēn)攤到多個操作(zuò)單元（服務器，組件(jiàn)）上進行執行。是解決高性能，單點故障（高可(kě)用），擴展性（水平伸縮）的終極解決方案。

本文是負載均衡詳解的第一篇文章(zhāng)，介紹負載均衡的原理(lǐ)，負載均衡分(fēn)類（DNS負載均衡,HTTP負載均衡，IP負載均衡，鏈路(lù)層負載均衡,混合型P負載均衡）。部分(fēn)内容摘自(zì)讀(dú)書(shū)筆記。

本次分(fēn)享大(dà)綱

負載均衡原理(lǐ)

DNS負載均衡

HTTP負載均衡

IP負載均衡

鏈路(lù)層負載均衡

混合型P負載均衡

一、負載均衡原理(lǐ)

系統的擴展可(kě)分(fēn)爲縱向（垂直）擴展和橫向（水平）擴展。縱向擴展，是從(cóng)單機(jī)的角度通過增加硬件(jiàn)處理(lǐ)能力，比如(rú)CPU處理(lǐ)能力，内存容量，磁盤等方面，實現服務器處理(lǐ)能力的提升，不能滿足大(dà)型分(fēn)布式系統（網站），大(dà)流量，高并發，海量數據的問(wèn)題。因此需要采用橫向擴展的方式，通過添加機(jī)器來(lái)滿足大(dà)型網站服務的處理(lǐ)能力。

比如(rú)：一台機(jī)器不能滿足，則增加兩台或者多台機(jī)器，共同承擔訪問(wèn)壓力。這就(jiù)是典型的集群和負載均衡架構：如(rú)下圖：

• 應用集群：将同一應用部署到多台機(jī)器上，組成處理(lǐ)集群，接收負載均衡設備分(fēn)發的請(qǐng)求，進行處理(lǐ)，并返回相(xiàng)應數據。


• 負載均衡設備：将用戶訪問(wèn)的請(qǐng)求，根據負載均衡算法，分(fēn)發到集群中的一台處理(lǐ)服務器。（一種把網絡請(qǐng)求分(fēn)散到一個服務器集群中的可(kě)用服務器上去(qù)的設備）

負載均衡的作(zuò)用（解決的問(wèn)題）：

1.解決并發壓力，提高應用處理(lǐ)性能（增加吞吐量，加強網絡處理(lǐ)能力）；

2.提供故障轉移，實現高可(kě)用；

3.通過添加或減少服務器數量，提供網站伸縮性（擴展性）；

4.安全防護；（負載均衡設備上做一些過濾，黑(hēi)白(bái)名單等處理(lǐ)）

二、負載均衡分(fēn)類

根據實現技術(shù)不同，可(kě)分(fēn)爲DNS負載均衡，HTTP負載均衡，IP負載均衡，鏈路(lù)層負載均衡等。

2.1DNS負載均衡

最早的負載均衡技術(shù)，利用域名解析實現負載均衡，在DNS服務器，配置多個A記錄，這些A記錄對應的服務器構成集群。大(dà)型網站總是部分(fēn)使用DNS解析，作(zuò)爲第一級負載均衡。如(rú)下圖：

優點

使用簡單：負載均衡工(gōng)作(zuò)，交給DNS服務器處理(lǐ)，省掉了負載均衡服務器維護的麻煩

提高性能：可(kě)以支持基于地址的域名解析，解析成距離(lí)用戶最近的服務器地址，可(kě)以加快(kuài)訪問(wèn)速度，改善性能；

缺點

可(kě)用性差：DNS解析是多級解析，新增/修改DNS後，解析時間較長；解析過程中，用戶訪問(wèn)網站将失敗；

擴展性低：DNS負載均衡的控制權在域名商那裡(lǐ)，無法對其做更多的改善和擴展；

維護性差：也不能反映服務器的當前運行狀态；支持的算法少；不能區分(fēn)服務器的差異（不能根據系統與服務的狀态來(lái)判斷負載）

實踐建議(yì)

将DNS作(zuò)爲第一級負載均衡，A記錄對應着内部負載均衡的IP地址，通過内部負載均衡将請(qǐng)求分(fēn)發到真實的Web服務器上。一般用于互聯網公司，複雜的業務系統不合适使用。如(rú)下圖：

1.3  IP負載均衡

在網絡層通過修改請(qǐng)求目标地址進行負載均衡。

用戶請(qǐng)求數據包，到達負載均衡服務器後，負載均衡服務器在操作(zuò)系統内核進程獲取網絡數據包，根據負載均衡算法得(de)到一台真實服務器地址，然後将請(qǐng)求目的地址修改爲，獲得(de)的真實ip地址，不需要經過用戶進程處理(lǐ)。

真實服務器處理(lǐ)完成後，響應數據包回到負載均衡服務器，負載均衡服務器，再将數據包源地址修改爲自(zì)身(shēn)的ip地址，發送給用戶浏覽器。如(rú)下圖：

IP負載均衡，真實物理(lǐ)服務器返回給負載均衡服務器，存在兩種方式：

（1）負載均衡服務器在修改目的ip地址的同時修改源地址。将數據包源地址設爲自(zì)身(shēn)盤，即源地址轉換（snat）。

（2）将負載均衡服務器同時作(zuò)爲真實物理(lǐ)服務器集群的網關服務器。

優點：

（1）在内核進程完成數據分(fēn)發，比在應用層分(fēn)發性能更好；

缺點：

（2）所有請(qǐng)求響應都(dōu)需要經過負載均衡服務器，集群最大(dà)吞吐量受限于負載均衡服務器網卡帶寬；

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