负载均衡的几种实现方式

Nginx 负载均衡

七层负载均衡的实现

实现原理：
- 基于 URL 等应用层的信息实现负载均衡；
- nginx 的 proxy 是它一个很强大的功能，实现了七层负载均衡；
七层负载均衡的特点：
- 配置简单，性能卓越，功能强大，运行稳定；
- 能够自动剔除工作不正常的后端服务器；
- 上传文件使用异步模式；
- 支持多种分配策略，可以分配权重，配置简单；
nginx 负载均衡策略
- 内置策略
- 扩展策略

内置策略

内置策略时安装nginx时已经安装到内核中的；
- 加权轮训策略
  - 首先将请求都分给高权重的机器，直到该机器的权值降到了比其他机器低的时候，才开始将请求分给下一个高权重的机器；
  - 当所有后端机器都宕掉时，nginx 会将所有机器的标识为置为初始状态，避免所有机器都处于 timeout 状态；
- IP hash 策略
  - nginx 内置的另一个负载均衡策略，流程和轮训很类似，只是其中的算法和具体策略有一些变化，是一种变相的轮训算法；

扩展策略

需要安装一些额外的模块实现负载均衡；
- fair 策略
  - 根据后端服务器的响应时间判断负载情况，从中选出负载最轻的机器进行分流；
- 通用hash，一致性 hash 策略
  - 通用 hash 比较简单，可以以nginx的内置变量 key 进行 hash ;
  - 一致性 hash 使用 nginx 内置的一次性 hash 环，也支持 memcach ;

nginx 的配置

nginx 配置中，集群中的服务器名称后可以加权重 weight ，nginx 会根据权重的大小依次进行分配不同的机器；

如果使用 IP hash 的话，可以在集群中加上 IP hash ，此时轮训策略就变成了 IP hash 策略了；

# 创建一个负载均衡组
upstream imageserver {
    server 192.168.1.204:8080 weight=1 max_fails=2 fail_timeout=30s;
    server 192.168.1.204:8081 weight=1 max_fails=2 fail_timeout=30s;
}

2: 下游调用

location ~ \.(jpg|jpeg|png|gif)$ {
        proxy_set_header X-Forwarded-For $remote_addr;
        proxy_pass_header Server;
        proxy_set_header Host $http_host;
        proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
        # 在这里使用创建的负载均衡组
        proxy_pass http://imageserver;
}

四层负载均衡的实现

LVS 虚拟服务器
什么是 LVS？
- LVS 是虚拟服务器，一个虚拟的服务器集群系统。1998 年由章文嵩博士成立，中国最早的软件之一；
为什么使用 LVS 呢？
- 当数据量增大时，单台服务器的压力会增大，就会使用多台机器进行分担压力；
- 通过 LVS 提供的负载均衡技术和 Linux 系统实现一个高性能，高可用的服务器集群架构，具有良好的可靠性，可扩展性和可操作性；
- 使用低廉的成本实现最优的服务性能；
实现原理：
- LVS 是基于 IP 地址调度的方法，是最高效的方法；

LVS 的三种调度模式：

TUN Ip 隧道模式。IP 负载均衡技术：
- IP 负载均衡技术是通过 IPVS 内核模块来实现的，IPVS 是负载均衡的核心软件；
- 安装在 Director Server [DR 负载均衡调度器] 上，同时 DR 调度器上虚拟出来一个 IP地址 [Vip],将来域名解析的时候，解析到这个 VIP 中即可；
- 访问请求先经过 VIP 然后达到负载均衡调度器上；
- 由 DR 到 realServer [真实服务器] 列表中选取一个服务器节点响应用户的请求；

IP隧道

NAT 地址转发模式：
- 地址转发技术
- DR 需要将 VIP 配置到 DR上；
- 将收到的集群服务，请求报文目标地址转换成根据算法得到的后端服务器主机的地址；
- 然后后端服务器将响应报文发送给 DR；
- 再由 DR 将源地址改成 VIP 地址；
- NAT 模式的特点：
  - LVS 上需要两块网卡，DIP 和 realServer 相同，VIP 由外网访问；
  - 内网的 realServer 的 IP 必须和 VIP 在同一个网络中，并且要求 realServer 的网关都指向 DIP 的地址，返回数据要走 DIP ；
  - RIP [realServer 的 IP]，都是私有地址，仅用于各节点通信，公网不能访问；
  - DR 位于 client 和 realServer 之间，负责所有进出站的请求；
  - 因所有进出站请求都会经过 DR 应用在较大规模的系统中容易造成瓶颈。
  - 支持端口映射；
DR 模式。直接路由模式
- client 发送一个请求给 VIP；
- VIP 收到这个请求后会根据 LB 算法选择一个 LB 较为合理的 realServer;
- 把此请求的数据包的 MAC 地址修改为 realServer 的 MAC 地址；
- ARP 协议根据 MAC 地址找到 realServer 会把这个数据包发送给真正的 realServer;
- realServer 收到这个数据包，首先判断目标 IP 是不是自己，如果不是则把包丢弃。如果是自己的话就处理；[要在所有的 realServer 中绑定 VIP]
- realServer 处理这个包后，会把目标 IP 修改成 client IP ，不再经过 DR，直接发送给客户端，这样效率会很高

DR模式