負載均衡(Load Balance，簡稱LB)是一種服務器或網(wǎng)絡設備的集群技術。負載均衡將特定的業(yè)務(網(wǎng)絡服務、網(wǎng)絡流量等)分擔給多個服務器或網(wǎng)絡設備，從而提高了業(yè)務處理能力，保證了業(yè)務的高可用性。負載均衡基本概念有：實服務、實服務組、虛服務、調(diào)度算法、持續(xù)性等，其常用應用場景主要是服務器負載均衡，鏈路負載均衡。

一 服務器負載均衡

服務器負載均衡根據(jù)LB設備處理到的報文層次，分為四層服務器負載均衡和七層負載均衡，四層處理到IP包的IP頭，不解析報文四層以上載荷(L4 SLB);七層處理到報文載荷部分，比如HTTP，RTSP，SIP報文頭，有時也包括報文內(nèi)容部分(L7 SLB)。

1.四層服務器負載均衡技術

客戶端將請求發(fā)送給服務器群前端的負載均衡設備，負載均衡設備上的虛服務接收客戶端請求，通過調(diào)度算法，選擇真實服務器，再通過網(wǎng)絡地址轉(zhuǎn)換，用真實服務器地址重寫請求報文的目標地址后，將請求發(fā)送給選定的真實服務器;真實服務器的響應報文通過負載均衡設備時，報文的源地址被還原為虛服務的VSIP，再返回給客戶，完成整個負載調(diào)度過程。報文交互流程如下：

NAT方式的服務器負載均衡報文交互流程圖報文交互流程說明：

(1)Host發(fā)送服務請求報文，源IP為Host IP、目的IP為VSIP

(2)LB Device接收到請求報文后，借助調(diào)度算法計算出應該將請求分發(fā)給哪臺Server

(3)LB Device使用DNAT技術分發(fā)報文，源IP為Host IP、目的IP為Server IP

(4)Server接收并處理請求報文，返回響應報文，源IP為Server IP、目的IP為Host IP

(5)LB Device接收響應報文，轉(zhuǎn)換源IP后轉(zhuǎn)發(fā)，源IP為VSIP、目的IP為Host IP

2.七層服務器負載均衡技術

七層負載均衡和四層負載均衡相比，只是進行負載均衡的依據(jù)不同，而選擇確定的實服務器后，所做的處理基本相同，下面以HTTP應用的負載均衡為例來說明。

由于在TCP握手階段，無法獲得HTTP真正的請求內(nèi)容，因此也就無法將客戶的TCP握手報文直接轉(zhuǎn)發(fā)給服務器， 必須由負載均衡設備先和客戶完成TCP握手，等收到足夠的七層內(nèi)容后，再選擇服務器，由負載均衡設備和所選服務器建立TCP連接。

七層負載均衡組網(wǎng)和四層負載均衡組網(wǎng)有一個顯著的區(qū)別：四層負載均衡每個虛服務對應一個實服務組，實服務組內(nèi)的所有實服務器提供相同的服務;七層負載均衡每個虛服務對應多個實服務組，每組實服務器提供相同的服務。根據(jù)報文內(nèi)容選擇對應的實服務組，然后根據(jù)實服務組調(diào)度算法選擇某一個實服務器。

七層負載均衡組網(wǎng)圖

上圖中描述了基于HTTP的URI目錄信息進行的七層負載均衡部署，報文交互流程圖如下：

七層負載均衡報文交互流程圖報文交互流程說明：

(1)-(3)：Client和LB建立TCP連接;

(4)：Client發(fā)送HTTP請求，目的IP為虛IP;

(5)：LB設備分析報文，根據(jù)調(diào)度算法選擇實服務器，注意此時會緩存該報文;

(6)：LB設備向?qū)嵎掌靼l(fā)Syn報文，序列號為Client的Syn報文序列號

(7)：Server發(fā)送Syn/Ack報文，目的IP為Client;

(8)：LB接收Server的Syn/Ack報文后，回應ACK報文

(9)：修改步驟(5)中緩存的報文目的IP和TCP序列號，然后發(fā)給Server;

(10)：Server發(fā)送響應報文到LB;

(11)：LB修改步驟(9)中的報文的源地址和TCP序列號后轉(zhuǎn)發(fā)給Client。

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二 鏈路負載均衡

在企業(yè)網(wǎng)、運營商鏈路出口需要部署LB設備以優(yōu)化鏈路選擇，提升訪問體驗，鏈路負載均衡按照流量發(fā)起方向分為Inbound負載均衡和Outbound負載均衡

1.Inbound入方向負載均衡

Inbound負載均衡技術是DNS智能解析的一種，外網(wǎng)用戶通過域名訪問內(nèi)部服務器時，Local DNS的地址解析請求到達LB設備，LB根據(jù)對Local DNS的就近性探測結果響應一個最優(yōu)的IP地址，外網(wǎng)用戶根據(jù)這個最優(yōu)的IP響應進行對內(nèi)部服務器的訪問。

Inbound鏈路負載均衡組網(wǎng)圖

 入方向負載均衡

流程簡述如下：

(1)外部用戶進行資源訪問前先進行DNS解析，向其本地DNS服務器發(fā)送DNS請求。

(2)本地DNS服務器將DNS請求的源IP地址替換為自己的IP地址，并轉(zhuǎn)發(fā)給域名對應的權威服務器——LB device。

(3)LB device根據(jù)DNS請求的域名和配置的Inbound鏈路負載均衡規(guī)則進行域名解析。

(4)LB device按照域名解析的結果，將DNS應答發(fā)送給本地DNS服務器。

(5)本地DNS服務器將解析結果轉(zhuǎn)發(fā)給用戶。

(6)用戶使用解析結果選擇的鏈路，直接對LB device進行資源訪問。

2.Outbound出方向負載均衡

內(nèi)網(wǎng)用戶訪問Internet上其他服務器。 Outbound鏈路負載均衡中VSIP為內(nèi)網(wǎng)用戶發(fā)送報文的目的網(wǎng)段。用戶將訪問VSIP的報文發(fā)送到負載均衡設備后，負載均衡設備依次根據(jù)策略、持續(xù)性功能、就近性算法、調(diào)度算法選擇最佳的鏈路，并將內(nèi)網(wǎng)訪問外網(wǎng)的業(yè)務流量分發(fā)到該鏈路。

Outbound鏈路負載均衡組網(wǎng)圖

Outbound負載均衡報文交互流程如下：

 Outbound 鏈路負載均衡流程圖

Outbound負載均衡報文交互流程說明：

(1)LB Device接收內(nèi)網(wǎng)用戶流量 -

(2)LB Device依次根據(jù)策略、持續(xù)性功能、就近性算法、調(diào)度算法進行鏈路選擇 在Outbound鏈路負載均衡組網(wǎng)中，通常使用就近性算法或帶寬調(diào)度算法實現(xiàn)流量分發(fā)

(3)LB device按照鏈路選擇的結果將流量轉(zhuǎn)發(fā)給選定的鏈路 -

(4)LB Device接收外網(wǎng)用戶流量 -

(5)LB Device將流量轉(zhuǎn)發(fā)給內(nèi)網(wǎng)用戶

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三 負載均衡優(yōu)化及應用

1.TCP連接復用

連接復用功能通過使用連接池技術，可以將前端大量的客戶的HTTP請求復用到后端與服務器建立的少量的TCP長連接上，大大減小服務器的性能負載，減小與服務器之間新建TCP連接所帶來的延時，并最大限度減少后端服務器的并發(fā)連接數(shù)，降低服務器的資源占用。

TCP連接復用示意圖上圖給出了TCP連接復用的簡單過程描述。由Client端發(fā)送的Req1/ Req2/ Req3三個HTTP請求，經(jīng)過LB設備后，復用了LB設備和Server端已經(jīng)建立好的連接，將Client端的三個請求通過兩個TCP連接發(fā)送給了服務器端。

2.SSL卸載

為了避免明文傳輸出現(xiàn)的安全問題，對于敏感信息，一般采用SSL協(xié)議，如HTTPS，對HTTP協(xié)議進行加密，以保證整個HTTP傳輸過程的安全性。SSL是需要耗費大量CPU資源的一種安全技術，如果由后端的服務器來承擔，則會消耗很大的處理能力。應用交付設備為了提升用戶的體驗，分擔服務器的處理壓力，將SSL加解密集中在自身的處理上，相對于服務器來說LB能提供更高的SSL處理性能，還能夠簡化對證書的管理，減少日常管理的工作量，LB的該功能又稱為SSL卸載。

下圖中Client端發(fā)送給Server的所有的HTTPS流量都被LB設備終結，LB設備將SSL終結后，與Server之間可采用HTTP或者弱加密的HTTPS進行通訊。LB設備承擔了SSL的卸載工作，從而極大的減小了服務器端對SSL處理的壓力，將服務器的處理能力釋放出來，更加專注于處理服務器本身承擔的業(yè)務邏輯。

SSL卸載示意圖

SSL卸載的處理流程如下：

SSL卸載過程

(1)客戶端向服務器端發(fā)送SSL握手請求。

(2)LB設備作為中間的卸載設備，代替服務器端和客戶端交互，完成SSL握手過程。

(3)客戶端發(fā)送SSL加密后的請求數(shù)據(jù)。

(4)LB設備解密數(shù)據(jù)。

(5)LB設備將解密后的明文發(fā)送給Server。

(6)服務器返回給LB設備回應報文。

(7)LB設備將返回的應答報文加密。

(8)LB設備將加密后的應答報文傳給客戶端。

3.DRX云環(huán)境應用交付

業(yè)務負載監(jiān)控平臺通過H3C負載均衡設備的參數(shù)設定和監(jiān)控可以動態(tài)感知業(yè)務負載變化，并通知云管理平臺動態(tài)調(diào)整業(yè)務資源。由此實現(xiàn)用戶業(yè)務資源的實時動態(tài)調(diào)整、業(yè)務資源優(yōu)化調(diào)配。

當業(yè)務負載監(jiān)控平臺發(fā)現(xiàn)業(yè)務資源需要調(diào)整時：業(yè)務負載超限—增加資源;業(yè)務資源過剩——回收資源，云管理平臺通過自動創(chuàng)建、啟動或者刪除停止虛擬機的方式為業(yè)務進行資源動態(tài)調(diào)整。

四 結束語

負載均衡技術不管應用于用戶訪問服務器資源，還是應用于多鏈路出口，均大大提高了對資源的高效利用，顯著降低了用戶的網(wǎng)絡布署成本，提升了用戶的網(wǎng)絡使用體驗。隨著云計算的發(fā)展，負載均衡的技術實現(xiàn)還將與云計算相結合，在虛擬化和NFV軟件定義網(wǎng)關等方面持續(xù)發(fā)展。