负载均衡、DNS、F5、反向代理、LVS、四层与七层、CDN

1.负载均衡

负载均衡：将负载(大量请求)均匀的、平衡的分摊到多个服务节点上进行处理。

实现负载均衡有很多种手段，例如：DNS、硬件负载均衡设备、Nginx反向代理、LVS。

1.1.DNS

DNS：Domain Name System，域名系统，更加专业的名字为域名解析系统。

域名解析系统部署在DNS服务器上，提供域名解析服务。

简单来说，域名解析就是将一个域名解析成多个ip地址。

如下图是通过某个域名解析网站对www.baidu.com的解析结果：

最早的负载均衡就是利用搭建本地DNS服务器实现的，实现方式简单易懂，为同一个主机名分配多个映射 ，可采用轮循，随机等方式分配请求。

作为负载均衡的缺点

DNS中有缓存，但是如果机器出现故障，缓存不能及时更新。

此时，如果访问域名，返回的IP可能是一个正在故障的IP地址，最终导致所有访问该IP的请求都发送故障。

1.2.F5

硬件负载均衡设备又叫负载均衡器（Load Balancer），通常作为独立硬件存在。

负载均衡设备拥有非常好的负载均衡性能，他拥有众多的负载均衡策略（权重，动态比率，最快模式，最小连接数等），可以保证以相对较优的方式分配请求。

常见的负载均衡器有：F5、BIGIP。

一台负载均衡器的售价往往高达十几万甚至几十万，许多企业并不愿意为它买单。

关于F5的LTM和GTM

本段落内容感谢博友wendy019900107的补充。

LTM和GTM是F5推出的两类产品。

LTM：

• Local Traffic Management，本地流量管理 ，也就是通常所说的服务器负载均衡。
• LTM主要实现的是一对多NAT（Network Address Translation，网络地址转换）。
• 比如一个用户访问进来，由LTM负责具体分配到哪个服务器来处理。

GTM：

• Global Traffic Management，广域网流量管理，也称为全局负载均衡。

• GTM又称之为智能DNS，它可以：

• 支持LTM的功能；

  • 对各域名对应的IP进行健康检查，解决DNS的缓存更新不及时问题；
  • 根据来源ip所处的运营商、地理位置，优先给客户端返回离它地理位置近属于同一运营商的ip。

1.3.Nginx反向代理

反向代理：服务器根据客户端的请求，从其关联的一组或多组后端服务器上获取资源，然后再将这些资源返回给客户端，客户端只会得知反向代理的IP地址，而不知道在代理服务器后面的服务器簇的存在。

可以通过Nginx服务器的反向代理功能实现负载均衡。

为什么叫反向代理呢？与正向代理有什么区别呢？可以通过下面的描述简单理解：

• 代理访问网络有三个角色：客户端、代理、服务器。

• 正向代理举例：翻墙软件。反向代理举例：Nginx负载均衡。

• 无论正向还是反向，代理访问网络的基本流程：客户端—>代理—>服务器。

• 两者关键区别：代理服务器的代理对象。

• 正向代理中的代理是代替客户端去访问服务器。

  • 反向代理中的代理是代替服务器去应对客户端的访问。

下面用一张图来简单描述两者区别：

1.4.LVS

LVS是章文嵩博士在1998年5月成立的自由软件项目，现在已经是Linux内核的一部分。

LVS实现负载均衡有多种，下面就其中的NAT和DR两种方式进行简单的描述。

NAT

1. 客户端发出用户请求。此时，请求报文的源IP为CIP，目标IP为VIP。
2. 请求报文到达LVS，LVS修改数据包的目标IP为RIP。此时，请求的报文源IP为CIP，目标IP为RIP。
3. 请求报文根据目标IP=RIP发送到后端服务器。
4. 服务器处理完请求逻辑，开始构建响应报文回复给LVS。此时，请求的报文源IP为RIP，目标IP为CIP。
5. 响应报文到达LVS，LVS修改数据包的源IP为VIP。此时，请求的报文源IP为VIP，目标IP为CIP。
6. 响应报文返回至客户端。

DR

1. 客户端发出用户请求。此时，请求报文的源IP为CIP，目标IP为VIP。
2. 请求报文到达LVS，LVS将数据包的源MAC修改为DIPMAC，目标MAC修改为RIPMAC。此时，请求的报文源IP为CIP，目标IP为VIP。
3. 请求报文根据目标MAC=RIPMAC发送到后端服务器。
4. 服务器处理完请求逻辑，开始构建响应报文回复给客户端。此时，请求的报文源IP为VIP，目标IP为CIP。
5. 响应报文通过虚拟网络接口lo传送至物理网络接口eth0之后发出，最终返回至客户端。

2.四层负载均衡与七层负载均衡

负载均衡的分层是针对OSI网络模型来说的，负载均衡模型也不仅仅只有四层和七层的。

下面先给出OSI网络模型架构：

根据上述模型，可以快速了解负载均衡的分层：

• 二层负载均衡：基于虚拟MAC与真实MAC的地址互联。
• 三层负载均衡：基于虚拟IP与真实IP的地址互联。
• 四层负载均衡：基于三层的IP加四层的PORT进行虚拟与真实互转，期间也记录四层的UDP和TCP信息。
• 七层负载均衡：基于六层的URL进行地址互转，分析URL得到对应的七层HTTP等信息。

3.CDN

CDN的全称是Content Delivery Network，即内容分发网络。

CDN是构建在现有网络基础之上的智能虚拟网络，依靠部署在各地的边缘服务器，通过中心平台的负载均衡、内容分发、调度等功能模块，使用户就近获取所需内容，降低网络拥塞，提高用户访问响应速度和命中率。

CDN的关键技术主要有内容存储和分发技术。

简单来说，CDN存储一些静态资源为其附近的用户提供所需内容。

可以通过下图来简单理解CDN。

• CDN不是一天服务器，而是一个服务器网络，这些服务器节点分布在各地。
• CDN存储的一般都是静态资源，就是指不会因为用户请求而发生改变的内容，如CSS、HTML、图片等等。
• CDN服务器可以在用户请求后缓存静态资源，也可以主动抓取主服务器静态资源。
• 用户访问网络资源时，服务会根据其地理位置，为其选择距离较近的CDN服务器提供静态资源服务。

4.参考

• https://blog.csdn.net/qq_28165595/article/details/83004020
• https://blog.51cto.com/19940919/1979002
• https://blog.csdn.net/qq_16093323/article/details/79582554
• http://www.360doc.com/content/18/1124/13/11935121_796918723.shtml