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負載均衡在分布式架構中是怎么玩起來的？宇眾網絡服務器租用

2019年10月29日

什么是負載均衡（Load balancing）

在網站創(chuàng)立初期，我們一般都使用單臺機器對臺提供集中式服務，但隨著業(yè)務量越來越大，無論性能還是穩(wěn)定性上都有了更大的挑戰(zhàn)。這時候我們就會想到通過擴容的方式來提供更好的服務。我們一般會把多臺機器組成一個集群對外提供服務。然而，我們的網站對外提供的訪問入口都是一個的，比如www.taobao.com。那么當用戶在瀏覽器輸入www.taobao.com的時候如何將用戶的請求分發(fā)到集群中不同的機器上呢，這就是負載均衡在做的事情。

當前大多數的互聯網系統(tǒng)都使用了服務器集群技術，集群即將相同服務部署在多臺服務器上構成一個集群整體對外提供服務，這些集群可以是Web應用服務器集群，也可以是數據庫服務器集群，還可以是分布式緩存服務器集群等。

在實際應用中，在Web服務器集群之前總會有一臺負載均衡服務器，負載均衡設備的任務就是作為Web服務器流量的入口，挑選最合適的一臺Web服務器，將客戶端的請求轉發(fā)給它處理，實現客戶端到真實服務端的透明轉發(fā)。最近幾年很火的「云計算」以及分布式架構，本質上也是將后端服務器作為計算資源、存儲資源，由某臺管理服務器封裝成一個服務對外提供，客戶端不需要關心真正提供服務的是哪臺機器，在它看來，就好像它面對的是一臺擁有近乎無限能力的服務器，而本質上，真正提供服務的是后端的集群。

軟件負載解決的兩個核心問題是：選誰、轉發(fā)，其中最著名的是LVS（Linux Virtual Server）。

一個典型的互聯網應用的拓撲結構是這樣的：

負載均衡分類

現在我們知道，負載均衡就是一種計算機網絡技術，用來在多個計算機（計算機集群）、網絡連接、CPU、磁碟驅動器或其它資源中分配負載，以達到最佳化資源使用、最大化吞吐率、最小化響應時間、同時避免過載的目的。那么，這種計算機技術的實現方式有多種。大致可以分為以下幾種，其中最常用的是四層和七層負載均衡：

二層負載均衡

負載均衡服務器對外依然提供一個VIP（虛IP），集群中不同的機器采用相同IP地址，但機器的MAC地址不一樣。當負載均衡服務器接受到請求之后，通過改寫報文的目標MAC地址的方式將請求轉發(fā)到目標機器實現負載均衡。

三層負載均衡

和二層負載均衡類似，負載均衡服務器對外依然提供一個VIP（虛IP），但集群中不同的機器采用不同的IP地址。當負載均衡服務器接受到請求之后，根據不同的負載均衡算法，通過IP將請求轉發(fā)至不同的真實服務器。

四層負載均衡

四層負載均衡工作在OSI模型的傳輸層，由于在傳輸層，只有TCP/UDP協議，這兩種協議中除了包含源IP、目標IP以外，還包含源端口號及目的端口號。四層負載均衡服務器在接受到客戶端請求后，以后通過修改數據包的地址信息（IP+端口號）將流量轉發(fā)到應用服務器。

七層負載均衡

七層負載均衡工作在OSI模型的應用層，應用層協議較多，常用http、radius、DNS等。七層負載就可以基于這些協議來負載。這些應用層協議中會包含很多有意義的內容。比如同一個Web服務器的負載均衡，除了根據IP加端口進行負載外，還可根據七層的URL、瀏覽器類別、語言來決定是否要進行負載均衡。

對于一般的應用來說，有了Nginx就夠了。Nginx可以用于七層負載均衡。但是對于一些大的網站，一般會采用DNS+四層負載+七層負載的方式進行多層次負載均衡。

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