负载均衡透析

目录

什么是负载均衡？      

1.1 有无负载均衡的区别

1.2 负载均衡的优势

1.3 负载均衡的分类

1.4 常见的负载均衡软硬件：

1.5 负载均衡算法

前言：在负载在互联网发展呢的今天，我们一般会把多台机器组成一个集群对外提供服务。然而，我们的网站对外提供的访问入口都是一个的，比如 baidu.com 那么当用户在浏览器输入 baidu.com 的时候如何将用户的请求分发到集群中不同的机器上呢，这就是负载均衡要做的事情。

什么是负载均衡？      

        负载均衡可以说是高可用网络基础架构的关键组件，也是一种集群技术。它通过将网络流量分担到不同的网络服务器实现了业务容量的水平横向扩展，负载均衡不仅可以提升集群中不同服务器实例的负载性能，还可以保证集群整体的稳定性，也可以根据一定的负载策略实现灰度发布、蓝绿部署、A/B测试等。

        通过硬件或者软件的方式负载均衡会维护一个服务列表清单，当用户发送请求时，它会将请求发给负载均衡器，后者根据（轮训、随机、加权）算法从可用服务列表中取出一台服务器的地址，进行请求转发，完成负载功能。

1.1 有无负载均衡的区别

（一个没有负载均衡的 web 架构）

类似下面这样：

在这里用户是直连到 web 服务器，如果这个服务器宕机了，那么用户自然也就没办法访问了。另外，如果同时有很多用户试图访问服务器，超过了其能处理的极限，就会出现加载速度缓慢或根本无法连接的情况。

（加入负载均衡器和额外的web服务器之后）而通过在后端引入一个负载均衡器和至少一个额外的 web 服务器，可以缓解这个故障。通常情况下，所有的后端服务器会保证提供相同的内容，以便用户无论哪个服务器响应，都能收到一致的内容。

从图里可以看到，用户访问负载均衡器，再由负载均衡器将请求转发给后端服务器。

在这种情况下，单点故障现在转移到负载均衡器上了这里又可以通过引入第二个负载均衡器来缓解，但在讨论之前，我们先探讨下负载均衡器的工作方式。

1.2 负载均衡的优势

• 高性能:负载均衡技术将业务请求均衡地分配到多台设备或多条链路上，提高了整个系统的性能。
• 可扩展性:负载均衡技术可以方便地增加集群中设备或链路的数量，在不降低业务质量的前提下满足不断增长的业务需求。
• 高可靠性:单个甚至多个设备或链路发生故障不会导致业务中断，提高了整个系统的可靠性。
• 可管理性:大量的管理工作都集中在应用负载均衡技术的设备上，设备群或链路只需要通常的配置和维护即可。
• 透明性:对用户而言，集群等同于可靠性高、性能好的设备或链路，用户感知不到也不必关心具体的网络结构，增加和减少设备或链路均不会影响正常的业务。

1.3 负载均衡的分类

        负载均衡就是一种计算机网络技术，用来在多个计算机（计算机集群）、网络连接、CPU、磁碟驱动器或其他资源中分配负载，以达到最佳化资源使用、最大化吞吐率、最小化响应时间、同时避免过载的目的。那么，这种计算机技术的实现方式有多种。大致可以分为以下几种，其中最常用的是四层和七层负载均衡：

• 四层负载均衡：四层负载均衡四层负载均衡工作在OSI模型的传输层，由于在传输层，只有TCP/UDP协议，这两种协议中除了包含源IP、目标IP以外，还包含源端口号及目的端口号。是基于IP+端口，从传输层开始是，使用“ip + port”接受请求，在转发到对应的服务器 。
• 七层负载均衡：七层负载均衡七层负载均衡工作在OSI模型的应用层，应用层协议较多，常用http、radius、dns等。七层负载就可以基于这些协议来负载。是基于虚拟的URL或主机IP，在四层负载均衡的基础上，通过应用层协议实现。

1.4 常见的负载均衡软硬件：

当前服务器集群的负载均衡主要分为：硬件负载均衡，软件负载均衡。

• 硬件负载均衡主要有：F5、Array、NetScaler等。

其优缺点在于：

优点：能够直接通过智能交换机实现,处理能力更强，而且与系统无关，负载性能强更适用于一大堆设备、大访问量、简单应用。

缺点：成本高，除设备价格高昂，而且配置冗余.很难想象后面服务器做一个集群，但最关键的负载均衡设备却是单点配置;无法有效掌握服务器及应用状态。

• 软件负载均衡主要有：LVS、HAProxy、Nginx等。

其优缺点在于：

优点：基于系统与应用的负载均衡，能够更好地根据系统与应用的状况来分配负载。这对于复杂应用是很重要的，性价比高，实际上如果几台服务器，用F5之类的硬件产品显得有些浪费，而用软件就要合算得多，因为服务器同时还可以跑应用做集群等。

缺点：负载能力受服务器本身性能的影响，性能越好，负载能力越大。

综述：对我们系统环境来说，由于负载均衡器本身不需要对数据进行处理，性能瓶颈更多的是在于后台服务器，通常采用软负载均衡器已非常够用，可以无逢的和我们系统平台相结合。

硬件负载均衡应用场景，更多的是大量后台服务器，大量数据处理分发，比如每秒上十万的数据并发，这样需要选择一个合适的硬件负载均衡设备。

1.5 负载均衡算法

• Round Robin（轮询）：为第一个请求选择列表中的第一个服务器，然后按顺序向下移动列表直到结尾，然后循环。
• Least Connections（最小连接）：优先选择连接数最少的服务器，在普遍会话较长的情况下推荐使用。
• Source：根据请求源的 IP 的散列（hash）来选择要转发的服务器。这种方式可以一定程度上保证特定用户能连接到相同的服务器。

如果你的应用需要处理状态而要求用户能连接到和之前相同的服务器。可以通过 Source 算法基于客户端的 IP 信息创建关联，或者使用粘性会话（sticky sessions）。

最后我们还回到解决负载均衡服务器单点故障的问题，可以将第二个负载均衡器连接到第一个上，从而形成一个集群。

当主负载均衡器发生了故障，就需要将用户请求转到第二个负载均衡器。因为 DNS 更改通常会较长的时间才能生效，因此需要能灵活解决 IP 地址重新映射的方法，比如浮动 IP（floating IP）。这样域名可以保持和相同的 IP 相关联，而 IP 本身则能在服务器之间移动。