四、负载均衡和反向代理

1.   Web服务器/http服务器

Web服务器的基本功能就是提供Web信息浏览服务。它只需支持HTTP协议、HTML文档格式及URL，与客户端的网络浏览器配合。

Web服务器可以解析(handles)HTTP协议。当Web服务器接收到一个HTTP请求(request)，会返回一个HTTP响应 (response)，例如送回一个HTML页面。为了处理一个请求(request)，Web服务器可以响应(response)一个静态页面或图片，进行页面跳转(redirect)，或者把动态响应(dynamic response)的产生委托(delegate)给一些其它的程序例如CGI脚本，JSP(JavaServer Pages)脚本，servlets，ASP(Active Server Pages)脚本，服务器端(server-side)JavaScript，或者一些其它的服务器端(server-side)技术。无论它们(译者注:脚本)的目的如何，这些服务器端(server-side)的程序通常产生一个HTML的响应(response)来让浏览器可以浏览。

要知道，Web服务器的代理模型(delegation model)非常简单。当一个请求(request)被送到Web服务器里来时，它只单纯的把请求(request)传递给可以很好的处理请求 (request)的程序(译者注:服务器端脚本)。Web服务器仅仅提供一个可以执行服务器端(server-side)程序和返回(程序所产生的)响应(response)的环境，而不会超出职能范围。服务器端(server-side)程序通常具有事务处理(transaction processing)，数据库连接(database connectivity)和消息(messaging)等功能。

虽然Web服务器不支持事务处理或数据库连接池，但它可以配置(employ)各种策略(strategies)来实现容错性(fault tolerance)和可扩展性(scalability)，例如负载平衡(load balancing)，缓冲(caching)。集群特征(clustering—features)经常被误认为仅仅是应用程序服务器专有的特征。

 

2.   负载均衡方式

一个大型的平台包括很多个业务域，不同的业务域有不同的集群，可以用DNS做域名解析的分发或轮询，DNS方式实现简单，但是因存在cache而缺乏灵活性；一般基于商用的硬件F5、NetScaler或者开源的软负载lvs在4层做分发，当然会采用做冗余(比如lvs+keepalived)的考虑，采取主备方式。

4层分发到业务集群上后，会经过web服务器如nginx或者HAProxy在7层做负载均衡或者反向代理分发到集群中的应用节点。

选择哪种负载，需要综合考虑各种因素（是否满足高并发高性能，Session保持如何解决，负载均衡的算法如何，支持压缩，缓存的内存消耗）；下面基于几种常用的负载均衡软件做个介绍。

LVS，工作在4层，Linux实现的高性能高并发、可伸缩性、可靠的的负载均衡器，支持多种转发方式(NAT、DR、IP Tunneling)，其中DR模式支持通过广域网进行负载均衡。支持双机热备(Keepalived或者Heartbeat)。对网络环境的依赖性比较高。

Nginx工作在7层，事件驱动的、异步非阻塞的架构、支持多进程的高并发的负载均衡器/反向代理软件。可以针对域名、目录结构、正则规则针对http做一些分流。通过端口检测到服务器内部的故障，比如根据服务器处理网页返回的状态码、超时等等，并且会把返回错误的请求重新提交到另一个节点，不过其中缺点就是不支持url来检测。对于session sticky，可以基于ip hash的算法来实现，通过基于cookie的扩展nginx-sticky-module支持session sticky。

HAProxy支持4层和7层做负载均衡，支持session的会话保持，cookie的引导；支持后端url方式的检测；负载均衡的算法比较丰富，有RR、权重等。

对于图片，需要有单独的域名，独立或者分布式的图片服务器或者如mogileFS，可以图片服务器之上加varnish做图片缓存。

3.   负载均衡策略

负载均衡策略有随机分配，平均分配，分布式一致性hash等。随机分配就是通过随机数选择一个服务器来服务。平均分配就是一次循环分配一次。分布式一致性hash算法，比较负载，把资源和节点映射到一个换上，然后通过一定的算法资源对应到节点上，使得添加和去掉服务器变得非常容易，减少对其它服务器的影响。很有名的一个算法，据说是P2P的基础。

l  轮询

l  加权轮询

l  随机

l  最少链接

l  源地址散列

4.   软件负载均衡

软件负载均衡可以采用很多方案，常见的几个方案有：

l  DNS域名解析负载均衡：基于DNS的负载均衡，通过DNS正向区域的配置，将一个域名根据一定的策略解析到多个ip地址，实现负载均衡，这里需要DNS服务器的配合。

l  数据链路层负载均衡：基于LVS的负载均衡。LVS可以将多个linux服务器做成一个虚拟的服务器，对外提供服务器，实现负载均衡。（）

l  基于Iptables的负载均衡。Iptables可以通过做nat，对外提供一个虚拟IP，对内映射到多个服务器实现负载均衡。基本上可以和硬件均衡方案一致了，这里的linux服务器相当于一台路由器。

l  HTTP重新向负载均衡

l  反向代理负载均衡

l  IP负载均衡

5.   硬件负载均衡

基于路由器的负载均衡，在路由器上配置nat实现负载均衡。对外网一个虚拟IP，内网映射几个内网IP。

第四层传输层交换使用第三层和第四层信息包的报头信息，根据应用区间识别业务流，将整个区间段的业务流分配到合适的应用服务器进行处理。

　　第四层交换功能就像是虚IP，指向物理服务器。它传输的业务服从的协议多种多样，有HTTP、FTP、NFS、Telnet或其他协议。这些业务在物理服务器基础上，需要复杂的载量平衡算法。在IP世界，业务类型由终端TCP或UDP端口地址来决定，在第四层交换中的应用区间则由源端和终端IP地址、TCP和UDP端口共同决定。

　　在硬件四层交换产品领域，有一些知名的产品可以选择，比如Alteon、F5等，这些产品很昂贵，但是物有所值，能够提供非常优秀的性能和很灵活的管理能力。“Yahoo中国”当初接近2000台服务器，只使用了三、四台Alteon就搞定了。

6.   负载均衡器分类

负载均衡器通常称为四层交换机或七层交换机。四层交换机主要分析IP层及TCP/UDP层，实现四层流量负载均衡。七层交换机除了支持四层负载均衡以外，还有分析应用层的信息，如HTTP协议URI或Cookie信息。

　　1、负载均衡分为L4 switch（四层交换），即在OSI第4层工作，就是TCP层啦。此种Load Balance不理解应用协议（如HTTP/FTP/MySQL等等）。例子：LVS，F5。

　　2、另一种叫做L7 switch（七层交换），OSI的最高层，应用层。此时，该Load Balancer能理解应用协议。例子：  haproxy，MySQL Proxy。