负载均衡的初识

这两天看了看有关负载均衡的相关知识，关于一致性hash在之前的笔记中已经写到。今天总结一下负载均衡的基本分类和实现方法吧。

首先是负载均衡服务器的作用：

"负载均衡服务器"是本系统的控制服务器，所有用户的请求都首先到此服务器，然后由此服务器根据各个实际处理服务器状态将请求具体分配到某个实际处理服务器中，对外公开的域名与IP地址都是这台服务器。负载均衡控制与管理软件安装在这台服务器上，这台服务器一般只做负载均衡任务分配，但不是实际对网络请求进行处理的服务器。

 

 

分类：

 　　　　1、 HTTP重定向负载均衡

 

                

                 HTTP重定向服务器是一台普通的应用服务器，其唯一的功能就是根据用户的HTTP请求计算一台真实的Web服务器地址，并将该Web服务器地址写入HTTP重定向响应中(响应状态码302)返回给用户浏览器。

          缺点：1、浏览器需要两次请求服务器才能完成一次访问，性能较差

                  2、重定向服务器自身的处理能力有可能成为瓶颈，整个集群的伸缩性规模有限

                  3、使用HTTP302响应码重定向，有可能使搜索引擎判断为SEO作弊，降低搜索排名

 

         2、DNS域名解析负载均衡

              这是利用DNS处理域名解析请求的同时进行负载均衡处理的一种方案，如下图所示：

                    

                                          DNS域名解析负载均衡原理

 

               在DNS服务器中配置多个A记录，如：www.mysite.com IN A 114.100.80.1、www.mysite.com IN A 114.100.80.2、www.mysite.com IN A 114.100.80.3.

                每次域名解析请求都会根据负载均衡算法计算一个不同的IP地址返回，这样A记录中配置的多个服务器就构成一个集群，并可以实现负载均衡。上图中的浏览器请求解析域名www.mysite.com，DNS根据A记录和负载均衡算法计算得到一个IP地址114.100.80.3，并返回给浏览器；浏览器根据该IP地址，访问真是物理服务器114.100.80.3。

        优点：将负载均衡的工作转交给DNS，省掉了网站管理维护负载均衡服务器的麻烦，同时许多DNS还支持基于地理位置的域名解析，即会将域名解析成距离用户地理位置最近的一个服务器地址，这样可加快用户访问速度，改善性能。

        缺点：目前的DNS是多级解析，每一级DNS都可能缓存A记录，当下线某台服务器后，即使修改了DNS的A记录，要使其生效也需要较长的时间，这段时间，DNS依然会将域名解析到已经下线的服务器，导致用户访问失败；而且DNS负载均衡的控制权在域名服务商那里，网站无法对其做更多改善和更强大的管理。

        

         大型网站总是部分使用DNS域名解析，利用域名解析作为第一级负载均衡手段，即域名解析得到的一组服务器并不是实际提供Web服务的物理服务器，而是同样提供负载均衡的内部服务器，这组内部负载均衡服务器再进行负载均衡，将请求分发到真实的Web服务器上。

 

         3、反向代理负载均衡（由于反向代理服务器转发请求在HTTP协议层面，因此也叫应用层负载均衡）

              利用反向代理服务器进行负载均衡，如下图：

              

                                                     反向代理负载均衡原理

              前面我们提到利用反向代理缓存资源，以改善网站的性能。实际上，在部署位置上，反向代理服务器处于Web服务器前面（这样才可能缓存Web响应，加速访问），这个位置正好是负载均衡服务器的位置，所以大多数反向代理服务器同时提供负载均衡的功能，管理一组Web服务器，将请求根据负载均衡算法转发到不同的Web服务器上。Web服务器处理完成的响应也需要通过反向代理服务器返回给用户。由于Web服务器不直接对外提供访问，因此Web服务器不需要使用外部 IP地址，而反向代理服务器则需要配置双网卡和内部外部两套IP地址。

              上图中，浏览器访问清酒的地址是反省代理服务器的地址114.100.80.10，反向代理服务器收到请求后，根据负载均衡算法计算得到一台真实物理服务器的地址10.0.0.3，并将请求转发给服务器。10.0.0.3处理完请求后将响应返回给反向代理服务器，反向代理服务器再将该响应返回给用户。

 

优点：和反向代理服务器功能集成在一起，部署简单

缺点：反向代理服务器是所有请求和响应的中转站，其性能可能会成为瓶颈

 

         4、IP负载均衡

               在网络层通过修改请求目标地址进行负载均衡，如下图所示：

               

                                                                                  IP负载均衡原理

          真实物理Web服务器响应数据包返回给 负载均衡服务器方案：

          1：负载均衡服务器在修改目的的IP地址的同时修改源地址，将数据源地址设为自身IP，即源地址转换(SNAT),这样Web服务器的响应会再回到负载均衡服务器

          2：将负载均衡服务器同时作为物理服务器集群的网关服务器，这样所有响应数据都会到达负载均衡服务器

 

          IP负载均衡在内核进程完成数据分发，较反向代理 负载均衡(在应用程序中分发数据)有更好的处理能力。但是由于所有请求响应都需要经过负载均衡服务器，集群的最大响应数据吞吐量不得不受制于负载均衡服务器 网卡带宽。对于提供下载服务或者视频服务等需要传输大量 数据的网站而言，难以满足需求。

 

 

         5、数据链路层负载均衡

               顾名思义，数据链路层负载均衡是指在通信协议的数据 链路层修改mac地址进行负载均衡，由web服务器直接响应数据到请求主机，如下图所示：

               

              

 

         6、负载均衡算法

               负载均衡服务器的实现可以分为两个部分：

               1：根据负载均衡算法和Web服务器列表计算得到集群中一台Web服务器的地址

               2：将请求数据发送到该地址对应的Web服务器上

 

具体的负载均衡算法通常有以下几种

      轮询（Round Robin，RR）

          所有请求被一次分发到每台应用服务器上，即每台服务器需要处理的请求数目都相同，适合于素有服务器硬件都相同的场景。

      加权轮询（Weighted Round Robin，WRR）

          根据应用服务器硬件性能的 情况，在 轮询的基础上，按照配置的权重将请求分发到每个服务器，高性能的服务器能分配更多请求。

      随机（Random）

          请求被随机分配到各个应用服务器，在 许多场合下，这种方案都很简单实用，因为好的随机数本身就很均衡。即使应用服务器硬件配置不同，也可以使用加权随机算法。

      最少连接（Least Connections）

          记录每个应用服务器正在处理额连接数（请求数），将新到的请求分发到最少连接的服务器上，应该说，这是最符合负载均衡定义的算法。同样，最少连接算法也可以实现加权最少连接。

      源地址散列（Source hashing）

          根据请求来源的IP地址进行Hash计算，得到应用服务器，这样来自同一个IP地址的请求总在同一个服务器上处理，该请求的上下文信息可以存储在这台服务器上，在一个会话周期内重复使用，从而实现会话黏滞。