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负载均衡的基础技术和原理

发布时间:『 2017-03-22 17:07』  博客类别:架构设计  阅读(1539) 评论(0)

 这已经是负载均衡系列文章的第3篇了,本章我们主要学习负载均衡的基础技术和原理。附上前面两篇文章《常见的负载均衡集中算法总结》、《详解集群起源以及分布式系统的定义和目标体现

负载均衡的基础技术种类


负载均衡实现应用服务器伸缩性

          1、 HTTP重定向负载均衡

                 利用HTTP重定向协议实现负载均衡。如下图所示:

                

                                                  HTTP重定向负载均衡原理

 

                 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,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

 

          前面描述了如何将请求数据发送到Web服务器,二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。


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关键字:   负载均衡     算法     反向代理     DNS域名解析     HTTP重定向  
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