六大Web负载均衡原理与实现

一、http重定向

[协议层] http重定向协议实现负载均衡

原理：根据用户的http请求计算出一个真实的web服务器地址，并将该web服务器地址写入http重定向响应中返回给浏览器，由浏览器重新进行访问。

优点：比较简单

缺点：

(1) 浏览器需要每次请求服务器才能完成一次访问，性能较差。

http重定向服务器自身的处理能力可能成为瓶颈。

使用http302响应重定向，有可能使搜索引擎判断为SEO作弊，降低搜索排名。

当http代理（比如浏览器）向web服务器请求某个URL后，web服务器可以通过http响应头信息中的Location标记来返回一个新的URL。这意味着HTTP代理需要继续请求这个新的URL，完成自动跳转。

(2)、吞吐率限制

主站点服务器的吞吐率平均分配到了被转移的服务器。现假设使用RR（Round Robin）调度策略，子服务器的最大吞吐率为1000reqs/s，那么主服务器的吞吐率要达到3000reqs/s才能完全发挥三台子服务器的作用，那么如果有100台子服务器，那么主服务器的吞吐率可想而知得有大？相反，如果主服务的最大吞吐率为6000reqs/s，那么平均分配到子服务器的吞吐率为2000reqs/s，而现子服务器的最大吞吐率为1000reqs/s，因此就得增加子服务器的数量，增加到6个才能满足。

(3)、重定向访问深度不同

有的重定向一个静态页面，有的重定向相比复杂的动态页面，那么实际服务器的负载差异是不可预料的，而主站服务器却一无所知。因此整站使用重定向方法做负载均衡不太好。

我们需要权衡转移请求的开销和处理实际请求的开销，前者相对于后者越小，那么重定向的意义就越大，例如下载。你可以去很多镜像下载网站试下，会发现基本下载都使用了Location做了重定向。

 

二、DNS负载均衡(采用的是简单的轮询算法)

[协议层】dns域名解析负载均衡

原理：在DNS服务器上配置多个域名对应IP的记录。例如一个域名www.baidu.com对应一组web服务器IP地址，域名解析时经过DNS服务器的算法将一个域名请求分配到合适的真实服务器上。

优点：将负载均衡的工作交给了DNS，省却了网站管理维护负载均衡服务器的麻烦，同事许多DNS还支持基于地理位置的域名解析，将域名解析成距离用户地理最近的一个服务器地址，加快访问速度吗，改善性能。

缺点：目前的DNS解析是多级解析，每一级DNS都可能化缓存记录A，当某一服务器下线后，该服务器对应的DNS记录A可能仍然存在，导致分配到该服务器的用户访问失败。

三、反向代理负载均衡

【协议层】反向代理负载均衡 反向代理服务器工作在HTTP层

原理：反向代理处于web服务器这边，反向代理服务器提供负载均衡的功能，同时管理一组web服务器，它根据负载均衡算法将请求的浏览器访问转发到不同的web服务器处理，处理结果经过反向服务器返回给浏览器。

例如：浏览器访问请求的地址是反向代理服务器的地址114.100.80.10，反向代理服务器收到请求，经过负载均衡算法后得到一个真实物理地址10.0.03，并将请求结果发给真实的服务，真实服务器处理完后通过反向代理服务器返回给请求用户。

优点：部署简单，处于http协议层面。

缺点：使用了反向代理服务器后，web 服务器地址不能直接暴露在外，因此web服务器不需要使用外部IP地址，而反向代理服务作为沟通桥梁就需要配置双网卡、外部内部两套IP地址。

四、IP负载均衡-NAT(LVS-NAT Linux Virtual Server-Network Address Translation)

【四层架构的传输层】IP负载均衡

原理：通过修改目标地址进行负载均衡。

用户访问请求到达负载均衡服务器，负载均衡服务器在操作系统内核进程获取网络数据包，根据算法得到一台真实服务器地址，然后将用户请求的目标地址修改成该真实服务器地址，数据处理完后返回给负载均衡服务器，负载均衡服务器收到响应后将自身的地址修改成原用户访问地址后再讲数据返回回去。类似于反向服务器负载均衡。

优点：在响应请求时速度较反向服务器负载均衡要快。

缺点：当请求数据较大（大型视频或文件）时，速度较慢。

因为反向代理服务器工作在HTTP层，其本身的开销就已经严重制约了可扩展性，从而也限制了它的性能极限。那能否在HTTP层面以下实现负载均衡呢？

NAT服务器:它工作在传输层，它可以修改发送来的IP数据包，将数据包的目标地址修改为实际服务器地址。

五、直接路由( IP负载均衡-DR)

(LVS-DR Linux Virtual Server Direct Routing)

[链路层】数据链路层负载均衡

原理：在数据链路层修改Mac地址进行负载均衡。

负载均衡服务器的IP和它所管理的web 服务群的虚拟IP一致；

负载均衡数据分发过程中不修改访问地址的IP地址，而是修改Mac地址；

通过这两点达到不修改数据包的原地址和目标地址就可以进行正常的访问。

优点：不需要负载均衡服务器进行地址的转换。数据响应时不需要经过负载均衡服务器。

缺点：负载均衡服务器的网卡带宽要求较高。

目前连路程负载均衡是特别常见的一种手段，典型的产品有LVS（Linux Virtual Server）。

NAT是工作在网络分层模型的传输层（第四层），而直接路由是工作在数据链路层（第二层），貌似更屌些。它通过修改数据包的目标MAC地址（没有修改目标IP），将数据包转发到实际服务器上，不同的是，实际服务器的响应数据包将直接发送给客户羰，而不经过调度器。

六、IP隧道 (IP负载均衡-Tunneling)(LVS-TUN Linux Virtaul Server Tunneling) [实际服务器和调度器可以不再同一个网段]

基于IP隧道的请求转发机制：将调度器收到的IP数据包封装在一个新的IP数据包中，转交给实际服务器，然后实际服务器的响应数据包可以直接到达用户端。目前Linux大多支持，可以用LVS来实现，称为LVS-TUN，与LVS-DR不同的是，实际服务器可以和调度器不在同一个WANt网段，调度器通过IP隧道技术来转发请求到实际服务器，所以实际服务器也必须拥有合法的IP地址。

总体来说，LVS-DR和LVS-TUN都适合响应和请求不对称的Web服务器，如何从它们中做出选择，取决于你的网络部署需要，因为LVS-TUN可以将实际服务器根据需要部署在不同的地域，并且根据就近访问的原则来转移请求，所以有类似这种需求的，就应该选择LVS-TUN。