一篇读懂分布式架构下的负载均衡

 什么是负载均衡?

百度词条里的解释是：负载均衡，英文叫Load Balance，意思就是将请求或者数据分摊到多个操作单元上进行执行，共同完成工作任务。

它的目的就通过调度集群，达到最佳化资源使用，最大化吞吐率，最小化响应时间，避免单点过载的问题。

负载均衡分类

负载均衡可以根据网络协议的层数进行分类，我们这里以ISO模型为准，从下到上分为：

物理层，数据链路层，网络层，传输层，会话层，表示层，应用层。

当客户端发起请求，会经过层层的封装，发给服务器，服务器收到请求后经过层层的解析，获取到对应的内容。

HTTP协议

二层负载均衡

二层负债均衡是基于数据链路层的负债均衡，即让负债均衡服务器和业务服务器绑定同一个虚拟IP(即VIP)，客户端直接通过这个VIP进行请求，那么如何区分相同IP下的不同机器呢?没错，通过MAC物理地址，每台机器的MAC物理地址都不一样，当负载均衡服务器接收到请求之后，通过改写HTTP报文中以太网首部的MAC地址，按照某种算法将请求转发到目标机器上，实现负载均衡。

这种方式负载方式虽然控制粒度比较粗，但是优点是负载均衡服务器的压力会比较小，负载均衡服务器只负责请求的进入，不负责请求的响应(响应是有后端业务服务器直接响应给客户端)，吞吐量会比较高。

两层负载

三层负载均衡

三层负载均衡是基于网络层的负载均衡，通俗的说就是按照不同机器不同IP地址进行转发请求到不同的机器上。

这种方式虽然比二层负载多了一层，但从控制的颗粒度上看，并没有比二层负载均衡更有优势，并且，由于请求的进出都要经过负载均衡服务器，会对其造成比较大的压力，性能也比二层负载均衡要差。

三层负载

四层负载均衡

四层负载均衡是基于传输层的负载均衡，传输层的代表协议就是TCP/UDP协议，除了包含IP之外，还有区分了端口号，通俗的说就是基于IP+端口号进行请求的转发。相对于上面两种，控制力度缩小到了端口，可以针对同一机器上的不用服务进行负载。

这一层以LVS为代表。

无图

七层负载均衡

七层负载均衡是基于应用层的负载均衡，应用层的代表协议有HTTP，DNS等，可以根据请求的url进行转发负载，比起四层负载，会更加的灵活，所控制到的粒度也是最细的，使得整个网络更"智能化"。例如访问一个网站的用户流量，可以通过七层的方式，将对图片类的请求转发到特定的图片服务器并可以使用缓存技术;将对文字类的请求可以转发到特定的文字服务器并可以使用压缩技术。可以说功能是非常强大的负载。

独自骄傲

这一层以Nginx为代表。

在普通的应用架构中，使用Nginx完全可以满足需求，对于一些大型应用，一般会采用DNS+LVS+Nginx的方式进行多层次负债均衡，以上这些说明都是基于软件层面的负载均衡，在一些超大型的应用中，还会在前面多加一层物理负载均衡，比如知名的F5。

负载均衡算法负载均衡算法分为两类：

一种是静态负载均衡，一种是动态负载均衡。

静态均衡算法：

1、轮询法

将请求按顺序轮流地分配到每个节点上，不关心每个节点实际的连接数和当前的系统负载。

优点：简单高效，易于水平扩展，每个节点满足字面意义上的均衡;

缺点：没有考虑机器的性能问题，根据木桶最短木板理论，集群性能瓶颈更多的会受性能差的服务器影响。

轮询

2、随机法

将请求随机分配到各个节点。由概率统计理论得知，随着客户端调用服务端的次数增多，其实际效果越来越接近于平均分配，也就是轮询的结果。

优缺点和轮询相似。

随机

3、源地址哈希法

源地址哈希的思想是根据客户端的IP地址，通过哈希函数计算得到一个数值，用该数值对服务器节点数进行取模，得到的结果便是要访问节点序号。采用源地址哈希法进行负载均衡，同一IP地址的客户端，当后端服务器列表不变时，它每次都会落到到同一台服务器进行访问。

优点：相同的IP每次落在同一个节点，可以人为干预客户端请求方向，例如灰度发布;

（编辑：核心网）

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