負(fù)載均衡(Load Balance)

負(fù)載均衡（Load balancing）也叫負(fù)載平衡，是一種計(jì)算機(jī)技術(shù)，用來(lái)在多個(gè)計(jì)算機(jī)（計(jì)算機(jī)集群）、網(wǎng)絡(luò)連接、CPU、磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器或其他資源中分配負(fù)載，以達(dá)到最優(yōu)化資源使用、最大化吞吐率、最小化響應(yīng)時(shí)間、同時(shí)避免過(guò)載的目的。 使用帶有負(fù)載平衡的多個(gè)服務(wù)器組件，取代單一的組件，可以通過(guò)冗余提高可靠性。負(fù)載平衡服務(wù)通常是由專(zhuān)用軟件和硬件來(lái)完成。 主要作用是將大量作業(yè)合理地分?jǐn)偟蕉鄠€(gè)操作單元上進(jìn)行執(zhí)行，用于解決互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)中的高并發(fā)和高可用的問(wèn)題。

在實(shí)際應(yīng)用中，在Web服務(wù)器集群之前總會(huì)有一臺(tái)負(fù)載均衡服務(wù)器，負(fù)載均衡設(shè)備的任務(wù)就是作為Web服務(wù)器流量的入口，挑選最合適的一臺(tái)Web服務(wù)器，將客戶(hù)端的請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)給它處理，實(shí)現(xiàn)客戶(hù)端到真實(shí)服務(wù)端的透明轉(zhuǎn)發(fā)。最近幾年很火的「云計(jì)算」以及分布式架構(gòu)，本質(zhì)上也是將后端服務(wù)器作為計(jì)算資源、存儲(chǔ)資源，由某臺(tái)管理服務(wù)器封裝成一個(gè)服務(wù)對(duì)外提供，客戶(hù)端不需要關(guān)心真正提供服務(wù)的是哪臺(tái)機(jī)器，在它看來(lái)，就好像它面對(duì)的是一臺(tái)擁有近乎無(wú)限能力的服務(wù)器，而本質(zhì)上，真正提供服務(wù)的是后端的集群。

軟件負(fù)載解決的兩個(gè)核心問(wèn)題是：選誰(shuí)、轉(zhuǎn)發(fā)，其中最著名的是LVS（Linux Virtual Server）。

一個(gè)典型的互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是這樣的：

現(xiàn)在我們知道，負(fù)載均衡就是一種計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，用來(lái)在多個(gè)計(jì)算機(jī)（計(jì)算機(jī)集群）、網(wǎng)絡(luò)連接、CPU、磁碟驅(qū)動(dòng)器或其它資源中分配負(fù)載，以達(dá)到最佳化資源使用、最大化吞吐率、最小化響應(yīng)時(shí)間、同時(shí)避免過(guò)載的目的。那么，這種計(jì)算機(jī)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方式有多種。大致可以分為以下幾種，其中最常用的是四層和七層負(fù)載均衡：

四層負(fù)載均衡

四層負(fù)載均衡工作在OSI模型的傳輸層，由于在傳輸層，只有TCP/UDP協(xié)議，這兩種協(xié)議中除了包含源IP、目標(biāo)IP以外，還包含源端口號(hào)及目的端口號(hào)。四層負(fù)載均衡服務(wù)器在接受到客戶(hù)端請(qǐng)求后，以后通過(guò)修改數(shù)據(jù)包的地址信息（IP+端口號(hào)）將流量轉(zhuǎn)發(fā)到應(yīng)用服務(wù)器。

七層負(fù)載均衡

七層負(fù)載均衡工作在OSI模型的應(yīng)用層，應(yīng)用層協(xié)議較多，常用http、radius、DNS等。七層負(fù)載就可以基于這些協(xié)議來(lái)負(fù)載。這些應(yīng)用層協(xié)議中會(huì)包含很多有意義的內(nèi)容。比如同一個(gè)Web服務(wù)器的負(fù)載均衡，除了根據(jù)IP加端口進(jìn)行負(fù)載外，還可根據(jù)七層的URL、瀏覽器類(lèi)別、語(yǔ)言來(lái)決定是否要進(jìn)行負(fù)載均衡。

在電信行業(yè)的應(yīng)用

負(fù)載均衡對(duì)通訊鏈路的冗余是非常有用的。例如，一家公司可能有多條互聯(lián)網(wǎng)接入線路以保證某一條故障時(shí)仍可以正常接入互聯(lián)網(wǎng)。

故障轉(zhuǎn)移的架構(gòu)意味著一條連接正常使用，另外一條連接作為備用，當(dāng)?shù)谝粭l出現(xiàn)故障時(shí)才會(huì)被啟用。

使用負(fù)載均衡器，兩條（多條）連接可以都投入使用。有一個(gè)設(shè)備或者程序?qū)崟r(shí)監(jiān)控著所有連接的連通性，并且對(duì)正在發(fā)送的包進(jìn)行選路。同時(shí)使用多條連接可以增加帶寬。

許多電信公司在其內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)或連接到外部網(wǎng)絡(luò)（其它電信網(wǎng)絡(luò)）都有多條線路可以使用。為避免某條鏈路出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)堵塞，最小化連接其它網(wǎng)絡(luò)的費(fèi)用或者提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性，它們使用負(fù)載均衡將流量從一條鏈路轉(zhuǎn)移到另一條鏈路。IEEE 802.1aq?-?Shortest Path Bridging

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負(fù)載均衡的另一個(gè)用途是監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)活動(dòng)。負(fù)載均衡器能用于將巨大的網(wǎng)絡(luò)流量分割為幾個(gè)子流并使用網(wǎng)絡(luò)分析器，每個(gè)都讀取原始數(shù)據(jù)的一部分。這對(duì)于監(jiān)視10GbE, STM64高速網(wǎng)絡(luò)非常有用，在這些網(wǎng)絡(luò)上由于數(shù)據(jù)量太大進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理幾乎是不可能的。

與故障轉(zhuǎn)移的關(guān)系

負(fù)載均衡經(jīng)常被用于實(shí)現(xiàn)故障轉(zhuǎn)移-當(dāng)一個(gè)或多個(gè)組件出現(xiàn)故障時(shí)能持續(xù)提供服務(wù)這些組件都在持續(xù)監(jiān)控（例如：Web服務(wù)器通過(guò)請(qǐng)求一個(gè)已知頁(yè)面來(lái)監(jiān)控是否正常工作）中，當(dāng)一個(gè)組件沒(méi)有響應(yīng)，負(fù)載均衡器就會(huì)發(fā)現(xiàn)并不再向其發(fā)送數(shù)據(jù)。同樣當(dāng)一個(gè)組件重新上線，負(fù)載均衡器會(huì)重新開(kāi)始向其發(fā)送數(shù)據(jù)。為了能夠如前所述正常工作，負(fù)載均衡體系中至少要有一個(gè)冗余服務(wù)。采用一用一備方案（一個(gè)組件提供服務(wù)，一個(gè)備用，當(dāng)主組件故障時(shí)備用組件將接管繼續(xù)提供服務(wù)）比故障轉(zhuǎn)移方案更加經(jīng)濟(jì)，靈活。有些類(lèi)型的RAID系統(tǒng)使用的熱備份功能跟這是類(lèi)似的作用。

TCP/IP 彈性負(fù)載均衡 ELB

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