負(fù)載均衡原理與技術(shù)實(shí)現(xiàn)

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1、負(fù)載均衡原理與技術(shù)實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡(LoadBalance，簡(jiǎn)稱LB)是一種服務(wù)器或網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的集群技術(shù)。負(fù)載均衡將特定的業(yè)務(wù)(網(wǎng)絡(luò)服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)流量等)分擔(dān)給多個(gè)服務(wù)器或網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，從而提高了業(yè)務(wù)處理能力，保證了業(yè)務(wù)的高可用性。負(fù)載均衡基本概念有：實(shí)服務(wù)、實(shí)服務(wù)組、虛服務(wù)、調(diào)度算法、持續(xù)性等，其常用應(yīng)用場(chǎng)景主要是服務(wù)器負(fù)載均衡，鏈路負(fù)載均衡。一服務(wù)器負(fù)載均衡服務(wù)器負(fù)載均衡根據(jù)LB設(shè)備處理到的報(bào)文層次，分為四層服務(wù)器負(fù)載均衡和七層負(fù)載均衡，四層處理到IP包的IP頭，不解析報(bào)文四層以上載荷(L4SLB);七層處理到報(bào)文載荷部分，比如HTTP，RTSP，SIP報(bào)文頭，有時(shí)也

2、包括報(bào)文內(nèi)容部分(L7SLB)。1.四層服務(wù)器負(fù)載均衡技術(shù)客戶端將請(qǐng)求發(fā)送給服務(wù)器群前端的負(fù)載均衡設(shè)備，負(fù)載均衡設(shè)備上的虛服務(wù)接收客戶端請(qǐng)求，通過調(diào)度算法，選擇真實(shí)服務(wù)器，再通過網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換，用真實(shí)服務(wù)器地址重寫請(qǐng)求報(bào)文的目標(biāo)地址后，將請(qǐng)求發(fā)送給選定的真實(shí)服務(wù)器;真實(shí)服務(wù)器的響應(yīng)報(bào)文通過負(fù)載均衡設(shè)備時(shí)，報(bào)文的源地址被還原為虛服務(wù)的VSIP，再返回給客戶，完成整個(gè)負(fù)載調(diào)度過程。報(bào)文交互流程如下：NAT方式的服務(wù)器負(fù)載均衡報(bào)文交互流程圖報(bào)文交互流程說明：(1)Host發(fā)送服務(wù)請(qǐng)求報(bào)文，源IP為HostIP、目的IP為VSIP(2)LBDevice接收到請(qǐng)求報(bào)文后

3、，借助調(diào)度算法計(jì)算出應(yīng)該將請(qǐng)求分發(fā)給哪臺(tái)Server(3)LBDevice使用DNAT技術(shù)分發(fā)報(bào)文，源IP為HostIP、目的IP為ServerIP(4)Server接收并處理請(qǐng)求報(bào)文，返回響應(yīng)報(bào)文，源IP為ServerIP、目的IP為HostIP(5)LBDevice接收響應(yīng)報(bào)文，轉(zhuǎn)換源IP后轉(zhuǎn)發(fā)，源IP為VSIP、目的IP為HostIP2.七層服務(wù)器負(fù)載均衡技術(shù)七層負(fù)載均衡和四層負(fù)載均衡相比，只是進(jìn)行負(fù)載均衡的依據(jù)不同，而選擇確定的實(shí)服務(wù)器后，所做的處理基本相同，下面以HTTP應(yīng)用的負(fù)載均衡為例來說明。由于在TCP握手階段，無(wú)法獲得HTTP真正的請(qǐng)求內(nèi)容

4、，因此也就無(wú)法將客戶的TCP握手報(bào)文直接轉(zhuǎn)發(fā)給服務(wù)器，必須由負(fù)載均衡設(shè)備先和客戶完成TCP握手，等收到足夠的七層內(nèi)容后，再選擇服務(wù)器，由負(fù)載均衡設(shè)備和所選服務(wù)器建立TCP連接。七層負(fù)載均衡組網(wǎng)和四層負(fù)載均衡組網(wǎng)有一個(gè)顯著的區(qū)別：四層負(fù)載均衡每個(gè)虛服務(wù)對(duì)應(yīng)一個(gè)實(shí)服務(wù)組，實(shí)服務(wù)組內(nèi)的所有實(shí)服務(wù)器提供相同的服務(wù);七層負(fù)載均衡每個(gè)虛服務(wù)對(duì)應(yīng)多個(gè)實(shí)服務(wù)組，每組實(shí)服務(wù)器提供相同的服務(wù)。根據(jù)報(bào)文內(nèi)容選擇對(duì)應(yīng)的實(shí)服務(wù)組，然后根據(jù)實(shí)服務(wù)組調(diào)度算法選擇某一個(gè)實(shí)服務(wù)器。七層負(fù)載均衡組網(wǎng)圖上圖中描述了基于HTTP的URI目錄信息進(jìn)行的七層負(fù)載均衡部署，報(bào)文交互流程圖如下：七層負(fù)載均

5、衡報(bào)文交互流程圖報(bào)文交互流程說明：(1)-(3)：Client和LB建立TCP連接;(4)：Client發(fā)送HTTP請(qǐng)求，目的IP為虛IP;(5)：LB設(shè)備分析報(bào)文，根據(jù)調(diào)度算法選擇實(shí)服務(wù)器，注意此時(shí)會(huì)緩存該報(bào)文;(6)：LB設(shè)備向?qū)嵎?wù)器發(fā)Syn報(bào)文，序列號(hào)為Client的Syn報(bào)文序列號(hào)(7)：Server發(fā)送Syn/Ack報(bào)文，目的IP為Client;(8)：LB接收Server的Syn/Ack報(bào)文后，回應(yīng)ACK報(bào)文(9)：修改步驟(5)中緩存的報(bào)文目的IP和TCP序列號(hào)，然后發(fā)給Server;(10)：Server發(fā)送響應(yīng)報(bào)文到LB;(11)：LB修

6、改步驟(9)中的報(bào)文的源地址和TCP序列號(hào)后轉(zhuǎn)發(fā)給Client。二鏈路負(fù)載均衡在企業(yè)網(wǎng)、運(yùn)營(yíng)商鏈路出口需要部署LB設(shè)備以優(yōu)化鏈路選擇，提升訪問體驗(yàn)，鏈路負(fù)載均衡按照流量發(fā)起方向分為Inbound負(fù)載均衡和Outbound負(fù)載均衡1.Inbound入方向負(fù)載均衡Inbound負(fù)載均衡技術(shù)是DNS智能解析的一種，外網(wǎng)用戶通過域名訪問內(nèi)部服務(wù)器時(shí)，LocalDNS的地址解析請(qǐng)求到達(dá)LB設(shè)備，LB根據(jù)對(duì)LocalDNS的就近性探測(cè)結(jié)果響應(yīng)一個(gè)最優(yōu)的IP地址，外網(wǎng)用戶根據(jù)這個(gè)最優(yōu)的IP響應(yīng)進(jìn)行對(duì)內(nèi)部服務(wù)器的訪問。Inbound鏈路負(fù)載均衡組網(wǎng)圖?入方向負(fù)載均衡流程簡(jiǎn)述

7、如下：(1)外部用戶進(jìn)行資源訪問前先進(jìn)行DNS解析，向其本地DNS服務(wù)器發(fā)送DNS請(qǐng)求。(2)本地DNS服務(wù)器將DNS請(qǐng)求的源IP地址替換為自己的IP地址，并轉(zhuǎn)發(fā)給域名對(duì)應(yīng)的權(quán)威服務(wù)器——LBdevice。(3)LBdevice根據(jù)DNS請(qǐng)求的域名和配置的Inbound鏈路負(fù)載均衡規(guī)則進(jìn)行域名解析。(4)LBdevice按照域名解析的結(jié)果，將DNS應(yīng)答發(fā)送給本地DNS服務(wù)器。(5)本地DNS服務(wù)器將解析結(jié)果轉(zhuǎn)發(fā)給用戶。(6)用戶使用解析結(jié)果選擇的鏈路，直接對(duì)LBdevice進(jìn)行資源訪問。2.Outbound出方向負(fù)載均衡內(nèi)網(wǎng)用戶訪問Internet上其他服務(wù)

8、器。Outbound鏈路負(fù)載均衡中VSIP為內(nèi)網(wǎng)用戶