负载均衡

一、背景

通过某种负载分担技术，将外部发送来的请求按照某种策略分配到服务器集合的某一台服务器上，而接收到请求的服务器独立地回应客户的请求。

二、负载均衡方案

2.1 DNS

DNS负载均衡技术是最早的负载均衡解决方案，它是通过DNS服务中的随机名字解析来实现的，在DNS服务器中，可以为多个不同的地址配置同一个名字，而最终查询这个名字的客户机将在解析这个名字时得到其中的一个地址。因此，对于同一个名字，不同的客户机会得到不同的地址，它们也就访问不同地址上的Web服务器，从而达到负载均衡的目的。DNS协议运行在UDP协议之上，使用端口号53。

缺点：

1、负载分配不均匀，DNS服务器将Http请求平均地分配到后台的Web服务器上，而不考虑每个Web服务器当前的负载情况；如果后台的Web服务器的配置和处理能力不同，最慢的Web服务器将成为系统的瓶颈，处理能力强的服务器不能充分发挥作用；

2、可靠性低，如果后台的某台Web服务器出现故障，DNS服务器仍然会把DNS请求分配到这台故障服务器上，导致不能响应客户端。

3、变更生效时间长，如果更改DNS有可能造成相当一部分客户不能享受Web服务，并且由于DNS缓存的原因，所造成的后果要持续相当长一段时间(一般DNS的刷新周期约为24小时)。

2.2 基于四层交换技术的负载均衡（LVS）

client发送请求至4层负载均衡器，4层负载均衡器根据负载策略把client发送的报文目标地址(原来是负载均衡设备的IP地址)修改为后端服务器（可以是web服务器、邮件服务等）IP地址，这样client就可以直接跟后端服务器建立TCP连接并发送数据。

具有代表意义的产品：LVS
缺点：对网络依赖较大，负载智能化方面没有7层负载好（比如不支持对url个性化负载

2.3 基于七层交换技术的负载均衡（nginx）

七层负载均衡服务器起了一个代理服务器的作用，client要访问webServer要先与七层负载设备进行三次握手后建立TCP连接，把要访问的报文信息发送给七层负载均衡；然后七层负载均衡再根据设置的均衡规则选择特定的webserver，然后通过三次握手与此台webserver建立TCP连接，然后webserver把需要的数据发送给七层负载均衡设备，负载均衡设备再把数据发送给client。
具有代表意义的产品：nginx
优点：对网络依赖少，负载智能方案多（比如可根据不同的url进行负载）
缺点：网络协议有限，nginx和apache支持http负载，性能没有4层负载高

2.3 四层+七层负载可以结合

lvs实现负载的三种方式
LVS是Linux Virtual Server的简写，意即Linux虚拟服务器，是一个虚拟的服务器集群系统。LVS中的调度方法有三种：NAT（Network Address Translation网络地址转换）、TUN（tunnel 隧道）、DR（direct route 直接路由）

2.3.1 LVS-DR 模式

请求由LVS接受，由真实提供服务的服务器(RealServer, RS)直接返回给用户，返回的时候不经过LVS。
DR模式下需要LVS服务器和RS绑定同一个VIP，一个请求过来时，LVS只需要将网络帧的MAC地址修改为某一台RS的MAC，该包就会被转发到相应的RS处理，注意此时的源IP和目标IP都没变，RS收到LVS转发来的包，发现MAC是自己的，发现IP也是自己的，于是这个包被合法地接受，而当RS返回响应时，只要直接向源IP(即用户的IP)返回即可，不再经过LVS。
DR模式下，lvs接收请求输入，将请求转发给RS，由RS输出响应给用户，性能非常高。它的不足之处是要求负载均衡器与RS在一个物理段上。

2.3.2 NAT

NAT(Network Address Translation)是一种外网和内网地址映射的技术。NAT模式下，LVS需要作为RS的网关，当网络包到达LVS时，LVS做目标地址转换(DNAT)，将目标IP改为RS的IP。RS接收到包以后，处理完，返回响应时，源IP是RS IP，目标IP是客户端的IP，这时RS的包通过网关(LVS)中转，LVS会做源地址转换(SNAT)，将包的源地址改为VIP，对于客户端只知道是LVS直接返回给它的。 NAT模式请求和响应都需要经过lvs，性能没有DR模式好。

2.3.3 TUN

TUN模式是通过ip隧道技术减轻lvs调度服务器的压力，许多Internet服务（例如WEB服务器）的请求包很短小，而应答包通常很大，负载均衡器只负责将请求包分发给物理服务器，而物理服务器将应答包直接发给用户。所以，负载均衡器能处理很巨大的请求量。相比NAT性能要高的多，比DR模式的优点是不限制负载均衡器与RS在一个物理段上。但是它的不足需要所有的服务器（lvs、RS）支持"IP Tunneling"(IP Encapsulation)协议。

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