负载均衡原理与技术实现

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1、负载均衡原理与技术实现负载均衡(LoadBalance，简称LB)是一种服务器或网络设备的集群技术。负载均衡将特定的业务(网络服务、网络流量等)分担给多个服务器或网络设备，从而提高了业务处理能力，保证了业务的高可用性。负载均衡基本概念有：实服务、实服务组、虚服务、调度算法、持续性等，其常用应用场景主要是服务器负载均衡，链路负载均衡。一服务器负载均衡服务器负载均衡根据LB设备处理到的报文层次，分为四层服务器负载均衡和七层负载均衡，四层处理到IP包的IP头，不解析报文四层以上载荷(L4SLB);七层处理到报文载荷部分，比如HTTP，RTSP，SIP报文头，有时也

2、包括报文内容部分(L7SLB)。1.四层服务器负载均衡技术客户端将请求发送给服务器群前端的负载均衡设备，负载均衡设备上的虚服务接收客户端请求，通过调度算法，选择真实服务器，再通过网络地址转换，用真实服务器地址重写请求报文的目标地址后，将请求发送给选定的真实服务器;真实服务器的响应报文通过负载均衡设备时，报文的源地址被还原为虚服务的VSIP，再返回给客户，完成整个负载调度过程。报文交互流程如下：NAT方式的服务器负载均衡报文交互流程图报文交互流程说明：(1)Host发送服务请求报文，源IP为HostIP、目的IP为VSIP(2)LBDevice接收到请求报文后

3、，借助调度算法计算出应该将请求分发给哪台Server(3)LBDevice使用DNAT技术分发报文，源IP为HostIP、目的IP为ServerIP(4)Server接收并处理请求报文，返回响应报文，源IP为ServerIP、目的IP为HostIP(5)LBDevice接收响应报文，转换源IP后转发，源IP为VSIP、目的IP为HostIP2.七层服务器负载均衡技术七层负载均衡和四层负载均衡相比，只是进行负载均衡的依据不同，而选择确定的实服务器后，所做的处理基本相同，下面以HTTP应用的负载均衡为例来说明。由于在TCP握手阶段，无法获得HTTP真正的请求内容

4、，因此也就无法将客户的TCP握手报文直接转发给服务器，必须由负载均衡设备先和客户完成TCP握手，等收到足够的七层内容后，再选择服务器，由负载均衡设备和所选服务器建立TCP连接。七层负载均衡组网和四层负载均衡组网有一个显著的区别：四层负载均衡每个虚服务对应一个实服务组，实服务组内的所有实服务器提供相同的服务;七层负载均衡每个虚服务对应多个实服务组，每组实服务器提供相同的服务。根据报文内容选择对应的实服务组，然后根据实服务组调度算法选择某一个实服务器。七层负载均衡组网图上图中描述了基于HTTP的URI目录信息进行的七层负载均衡部署，报文交互流程图如下：七层负载均

5、衡报文交互流程图报文交互流程说明：(1)-(3)：Client和LB建立TCP连接;(4)：Client发送HTTP请求，目的IP为虚IP;(5)：LB设备分析报文，根据调度算法选择实服务器，注意此时会缓存该报文;(6)：LB设备向实服务器发Syn报文，序列号为Client的Syn报文序列号(7)：Server发送Syn/Ack报文，目的IP为Client;(8)：LB接收Server的Syn/Ack报文后，回应ACK报文(9)：修改步骤(5)中缓存的报文目的IP和TCP序列号，然后发给Server;(10)：Server发送响应报文到LB;(11)：LB修

6、改步骤(9)中的报文的源地址和TCP序列号后转发给Client。二链路负载均衡在企业网、运营商链路出口需要部署LB设备以优化链路选择，提升访问体验，链路负载均衡按照流量发起方向分为Inbound负载均衡和Outbound负载均衡1.Inbound入方向负载均衡Inbound负载均衡技术是DNS智能解析的一种，外网用户通过域名访问内部服务器时，LocalDNS的地址解析请求到达LB设备，LB根据对LocalDNS的就近性探测结果响应一个最优的IP地址，外网用户根据这个最优的IP响应进行对内部服务器的访问。Inbound链路负载均衡组网图 入方向负载均衡流程简述

7、如下：(1)外部用户进行资源访问前先进行DNS解析，向其本地DNS服务器发送DNS请求。(2)本地DNS服务器将DNS请求的源IP地址替换为自己的IP地址，并转发给域名对应的权威服务器——LBdevice。(3)LBdevice根据DNS请求的域名和配置的Inbound链路负载均衡规则进行域名解析。(4)LBdevice按照域名解析的结果，将DNS应答发送给本地DNS服务器。(5)本地DNS服务器将解析结果转发给用户。(6)用户使用解析结果选择的链路，直接对LBdevice进行资源访问。2.Outbound出方向负载均衡内网用户访问Internet上其他服务

8、器。Outbound链路负载均衡中VSIP为内网用户