负载均衡及其分类介绍

1 什么是负载均衡？

1.1 维基

负载平衡（Load Balancing）是一种计算机技术，用来在多个计算机（计算机集群）、网络连接、CPU、磁盘驱动器或其他资源中分配负载，以达到最优化资源使用、最大化吞吐率、最小化响应时间、同时避免过载的目的。 使用带有负载平衡的多个服务器组件，取代单一的组件，可以通过冗余提高可靠性。负载平衡服务通常是由专用软件和硬件来完成。 主要作用是将大量作业合理地分摊到多个操作单元上进行执行，用于解决互联网架构中的高并发和高可用的问题。

1.2 知乎

负载均衡是高可用网络基础架构的关键组件，通常用于将工作负载分布到多个服务器来提高网站、应用、数据库或其他服务的性能和可靠性。

一个没有负载均衡的 Web 架构类似下面这样：

在这里用户是直连到 Web 服务器，如果这个服务器宕机了，那么用户自然也就没办法访问了。另外，如果同时有很多用户试图访问服务器，超过了其能处理的极限，就会出现加载速度缓慢或根本无法连接的情况。

而通过在后端引入一个负载均衡器和至少一个额外的 Web 服务器，可以缓解这个故障。通常情况下，所有的后端服务器会保证提供相同的内容，以便用户无论哪个服务器响应，都能收到一致的内容。

从图里可以看到，用户访问负载均衡器，再由负载均衡器将请求转发给后端服务器。在这种情况下，单点故障现在转移到负载均衡器上了。这里又可以通过引入第二个负载均衡器来缓解。

当主负载均衡器发生了故障，就需要将用户请求转到第二个负载均衡器。因为 DNS 更改通常会较长的时间才能生效，因此需要能灵活解决 IP 地址重新映射的方法，比如浮动 IP（Floating IP）。这样域名可以保持和相同的 IP 相关联，而 IP 本身则能在服务器之间移动。

2 负载均衡分类

负载均衡虽然不是什么非常特殊的黑科技，但它的技术实现可以有很多种，都能达到效果。

主要有 DNS 负载均衡和二、三、四、七层负载均衡。

2.1 DNS 负载均衡

这种是属于较早出现的技术，其利用域名解析实现负载均衡，在 DNS 服务器配置多个 A 记录，这些 A 记录对应的服务器构成集群互相减轻服务压力。大型网站总是部分使用 DNS 解析，作为第一级负载均衡。

2.2 二层负载均衡（MAC）

二层负载均衡又叫链路层负载均衡，其对应 OSI 模型的第二层，基于 MAC 地址进行服务分发。

2.3 三层负载均衡（IP）

三层对应 OSI 模型的网络层，三层负载均衡提供一个虚拟 IP 对外提供服务，当请求进入负载均衡器后转发至集群中某个真实 IP，这里的虚拟IP可能是一个外网 IP，而真实 IP 可能是内网 IP。

2.4 四层负载均衡（TCP）

OSI 模型的四层主要协议是 TCP/UDP，其特点是在 IP 负载均衡的基础上基于 IP 及端口号来进行负载均衡。

2.5 七层负载均衡（HTTP）

对应 OSI 模型的应用层, 基于虚拟的 URL 或其他应用层信息（例如：浏览器类别、语言）的负载均衡。

2.6 混合负载均衡及软件

在实际中我们可以混用多种技术。我们最常见的四层和七层负载均衡，如果没有第四层的基础也是做不到七层负载均衡的。

实现四层负载均衡的软件有：F5、LVS、Nginx、HAProxy。

实现七层负载均衡的软件有：HAProxy、Nginx、Apache、MySQL Proxy。

3 简单总结

• 负载均衡用于将工作负载合理分布到多个服务器来提高网站、应用、数据库或其他服务的性能和可靠性；
• 负载均衡分类：DNS 负载均衡，二层（MAC）、三层（IP）、四层（IP+Port）、七层（HTTP）负载均衡；
• 常见的是四层及七层负载均衡，一般四层用 LVS，七层用 Nginx；
• 四层负载均衡效率更高、七层负载均衡更灵活。