隨著因特網(wǎng)規(guī)模的不斷增長，用戶對系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間的迅速高效及服務(wù)的不間斷的要求越來越強(qiáng)烈，不希望訪問web site出現(xiàn)系統(tǒng)故障，頻繁看到“request time out”或者“too busy”。 網(wǎng)絡(luò)各個(gè)單一核心設(shè)備根本上也是無法承擔(dān)因數(shù)據(jù)流量、業(yè)務(wù)量和訪問量的快速增長，而產(chǎn)生處理能力和計(jì)算強(qiáng)度的相應(yīng)快速增大。在這種情況下，若購買新設(shè)備做大量的硬件升級而不使用現(xiàn)有設(shè)備利用現(xiàn)有資源，則將必是一種對現(xiàn)有資源的極度浪費(fèi)。設(shè)備的性能無論多卓越，也必然無法滿足一次次的業(yè)務(wù)量提升，硬件的一次次升級成本的一次次高額投入也將是永無止境的資源浪費(fèi)。在這種現(xiàn)實(shí)的社會(huì)背景下，人們開始向新的科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展，于是誕生了負(fù)載均衡技術(shù)。負(fù)載均衡能夠充分的利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)之上擴(kuò)展服務(wù)器的帶寬和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的可用及靈活性、增加吞吐量、提高網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理能力，從而提供了一種廉價(jià)有效透明的方法。

一、負(fù)載均衡概述

·　負(fù)載均衡的含義

負(fù)載均衡聽起來比較簡單，但是它的具體含義是比較高深的，大體可以分為兩個(gè)方面：一是將大量數(shù)據(jù)流或以并發(fā)或以單獨(dú)訪問的方式同時(shí)分擔(dān)在多臺(tái)節(jié)點(diǎn)設(shè)備這樣同時(shí)處理信息，使用戶等待響應(yīng)的時(shí)間大大的減少，從而大大提高系統(tǒng)的的處理能力；二是將每個(gè)重負(fù)載信息分?jǐn)偟礁鱾€(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)備上進(jìn)行分別處理，在每個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)備處理完成后再進(jìn)行整合，最后將整合后的處理結(jié)果反饋給用戶，從而加快信息處理速度，方便用戶。

負(fù)載均衡是一種動(dòng)態(tài)技術(shù)，通過一些工具對數(shù)據(jù)包進(jìn)行實(shí)時(shí)的處理分析，通過對網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)流量的狀況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析從而把任務(wù)均衡合理的分配出去，加強(qiáng)服務(wù)器的寬度和信息流量，使網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理能力得到加強(qiáng)，進(jìn)一步提高了可用性及靈活性，使流量管理、服務(wù)器集群性能、系統(tǒng)性能得到優(yōu)化。

·　負(fù)載均衡的分類

軟/硬件

軟件負(fù)載均衡解決方案是指在一臺(tái)或多臺(tái)服務(wù)器相應(yīng)的操作系統(tǒng)上安裝一個(gè)或多個(gè)附加軟件來實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡，如DNS Load Balance，CheckPoint Firewall-1 ConnectControl等，它的優(yōu)點(diǎn)是基于特定環(huán)境，配置簡單，使用靈活，成本低廉，可以滿足一般的負(fù)載均衡需求。

軟件解決方案缺點(diǎn)也較多，因?yàn)槊颗_(tái)服務(wù)器上安裝額外的軟件運(yùn)行會(huì)消耗系統(tǒng)不定量的資源，越是功能強(qiáng)大的模塊，消耗得越多，所以當(dāng)連接請求特別大的時(shí)候，軟件本身會(huì)成為服務(wù)器工作成敗的一個(gè)關(guān)鍵；軟件可擴(kuò)展性并不是很好，受到操作系統(tǒng)的限制；由于操作系統(tǒng)本身的Bug，往往會(huì)引起安全問題。

硬件負(fù)載均衡解決方案是直接在服務(wù)器和外部網(wǎng)絡(luò)間安裝負(fù)載均衡設(shè)備，這種設(shè)備通常稱之為負(fù)載均衡器，由于專門的設(shè)備完成專門的任務(wù)，獨(dú)立于操作系統(tǒng)，整體性能得到大量提高，加上多樣化的負(fù)載均衡策略，智能化的流量管理，可達(dá)到最佳的負(fù)載均衡需求。

負(fù)載均衡器有多種多樣的形式，除了作為獨(dú)立意義上的負(fù)載均衡器外，有些負(fù)載均衡器集成在交換設(shè)備中，置于服務(wù)器與Internet鏈接之間，有些則以兩塊網(wǎng)絡(luò)適配器將這一功能集成到PC中，一塊連接到Internet上，一塊連接到后端服務(wù)器群的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)上。

一般而言，硬件負(fù)載均衡在功能、性能上優(yōu)于軟件方式，不過成本昂貴。

本地/全局

負(fù)載均衡從其應(yīng)用的地理結(jié)構(gòu)上分為本地負(fù)載均衡（Local Load Balance）和全局負(fù)載均衡（Global Load Balance，也叫地域負(fù)載均衡），本地負(fù)載均衡是指對本地的服務(wù)器群做負(fù)載均衡，全局負(fù)載均衡是指對分別放置在不同的地理位置、有不同網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的服務(wù)器群間作負(fù)載均衡。

本地負(fù)載均衡能有效地解決數(shù)據(jù)流量過大、網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷過重的問題，并且不需花費(fèi)昂貴開支購置性能卓越的服務(wù)器，充分利用現(xiàn)有設(shè)備，避免服務(wù)器單點(diǎn)故障造成數(shù)據(jù)流量的損失。其有靈活多樣的均衡策略把數(shù)據(jù)流量合理地分配給服務(wù)器群內(nèi)的服務(wù)器共同負(fù)擔(dān)。即使是再給現(xiàn)有服務(wù)器擴(kuò)充升級，也只是簡單地增加一個(gè)新的服務(wù)器到服務(wù)群中，而不需改變現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、停止現(xiàn)有的服務(wù)。

全局負(fù)載均衡主要用于在一個(gè)多區(qū)域擁有自己服務(wù)器的站點(diǎn)，為了使全球用戶只以一個(gè)IP地址或域名就能訪問到離自己最近的服務(wù)器，從而獲得最快的訪問速度，也可用于子公司分散站點(diǎn)分布廣的大公司通過Intranet（企業(yè)內(nèi)部互聯(lián)網(wǎng)）來達(dá)到資源統(tǒng)一合理分配的目的。

全局負(fù)載均衡有以下的特點(diǎn)：

實(shí)現(xiàn)地理位置無關(guān)性，能夠遠(yuǎn)距離為用戶提供完全的透明服務(wù)。

除了能避免服務(wù)器、數(shù)據(jù)中心等的單點(diǎn)失效，也能避免由于ISP專線故障引起的單點(diǎn)失效。

解決網(wǎng)絡(luò)擁塞問題，提高服務(wù)器響應(yīng)速度，服務(wù)就提近供，達(dá)到更好的訪問質(zhì)量。

二、負(fù)載均衡的技術(shù)及原理圖

·　特定服務(wù)器上的軟件負(fù)載均衡

許多網(wǎng)絡(luò)協(xié)議支持重定向功能，HTTP協(xié)議對Location指令支持，接收這個(gè)瀏覽器的指令將會(huì)重新定到Location的另一個(gè)URL指令上。由于執(zhí)行服務(wù)請求要比Location指令負(fù)載大的多，可以根據(jù)這一特點(diǎn)設(shè)計(jì)一個(gè)新的均衡服務(wù)器。當(dāng)Web服務(wù)器上承受的負(fù)載比較大的時(shí)候，它就避免了瀏覽器的請求網(wǎng)頁被送回的狀況，取而代之的是送回一個(gè)Locaction指令，這樣就可以讓瀏覽器去其它的服務(wù)器上獲得自己所需要的網(wǎng)頁。在這種特定的方式下，服務(wù)器的本身首先必須支持這種功能，當(dāng)然在具體的實(shí)踐中會(huì)遇到許許多多的困難，例如對于一臺(tái)服務(wù)器怎樣才能確保它重新定向過的服務(wù)器是空閑的還是非空閑的，而且要保證不會(huì)第二次次發(fā)送Location指令，現(xiàn)在的瀏覽器畢竟沒有這么高級，在這方面的支持能力還是很弱的，這樣就會(huì)在瀏覽器上形成一種往復(fù)的死循環(huán)，所以在現(xiàn)實(shí)生活中使用這種在特定服務(wù)器上軟件的比較少。

·　DNS負(fù)載均衡技術(shù)

在負(fù)載均衡技術(shù)發(fā)展的早期就已經(jīng)有了DNS負(fù)載均衡技術(shù)。其實(shí)施的方法較為簡單，既是在服務(wù)器中為多個(gè)地址設(shè)置相同的名字，在使用DNS查詢時(shí)，服務(wù)器就會(huì)對每一個(gè)查詢結(jié)果按照IP地址分別處理，依著不同的解析結(jié)果顯示，把客戶端上的訪問引導(dǎo)到不同的機(jī)器上，從而達(dá)到讓不同用戶訪問不同服務(wù)器的負(fù)載均衡效果。但是DNS負(fù)載均衡技術(shù)的缺點(diǎn)就是不能夠區(qū)分服務(wù)器的差異性，不能夠刷新時(shí)間設(shè)置，甚至使客戶的請求不能分散在不同的服務(wù)器上，從而占取大量的ＩＰ地址；但是它也有很多優(yōu)點(diǎn)：例如它比較經(jīng)濟(jì)而且簡單并且能夠在Internet上的任意位置安置服務(wù)器，因此現(xiàn)在有很多大型網(wǎng)站都在使用負(fù)載均衡技術(shù)。

DNS域名解析負(fù)載均衡原理圖

·　NAT負(fù)載均衡技術(shù)

AT負(fù)載均衡技術(shù)是將內(nèi)部的私有網(wǎng)絡(luò)地址翻譯成合法的的網(wǎng)上IP地址的技術(shù)，將每一次的連接請求動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換成內(nèi)部的服務(wù)器的地址，將外部的連接請求引到轉(zhuǎn)換地址的服務(wù)器上，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡。在負(fù)載均衡技術(shù)中NAT負(fù)載均衡相對來說是比較完善的，具有NAT負(fù)載均衡的設(shè)備大多數(shù)處于內(nèi)部服務(wù)器至外部的網(wǎng)關(guān)位置，比如路由器、四層交換機(jī)、防火墻及專用的負(fù)載均衡器……，NAT負(fù)載均衡的算法與其它負(fù)載技術(shù)比靈活，它可以隨機(jī)選擇、最少的連接等使負(fù)載得到充分的配。NAT的負(fù)載均衡同時(shí)也可以通過硬/軟件的方法來實(shí)現(xiàn)。利用軟件的方式來控制NAT負(fù)載均衡的設(shè)備總會(huì)受到電腦帶寬及系統(tǒng)自身系統(tǒng)處理能力的約束，再加上NAT處于網(wǎng)絡(luò)的低層，所以我們就可以把它集成在硬件的設(shè)備中，通常使用專用的負(fù)載均衡器和第四層交換機(jī)來做這樣的硬件，第四層交換機(jī)具有一項(xiàng)最重要的功能就是使NAT負(fù)載均衡進(jìn)而達(dá)到相應(yīng)的目的。

NAT負(fù)載均衡原理圖

·　基于反向代理的負(fù)載均衡

反向代理的負(fù)載均衡通常以負(fù)載的方式來實(shí)現(xiàn)。首先客戶端必須指定在代理的服務(wù)器上，并將服務(wù)器上的連接請求直接發(fā)送給代理服務(wù)器處理。反向代理的負(fù)載均衡方式是指憑借代理服務(wù)器進(jìn)而接受網(wǎng)上的連接請求，然后再將請求轉(zhuǎn)發(fā)到內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)器上，然后再將服務(wù)器上得到的結(jié)果返回給網(wǎng)上已經(jīng)請求連接的客戶端，此時(shí)此刻的代理服務(wù)器對外就顯示為一個(gè)服務(wù)器。簡而言之反向代理負(fù)載均衡就是將來自Internet上的連接請求用反向代理的方式轉(zhuǎn)給內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)上多臺(tái)服務(wù)器同時(shí)進(jìn)行處理，進(jìn)而達(dá)到負(fù)載均衡。

反向代理負(fù)載均衡原理圖

·　混合型負(fù)載均衡技術(shù)

大型網(wǎng)絡(luò)中由于各自的規(guī)模、硬件設(shè)備及提供服務(wù)的差異，在多個(gè)服務(wù)器群里可以再一次的負(fù)載均衡或群集起來憑借一個(gè)整體來向外界提供服務(wù)，從而使之達(dá)到最佳性能。我們就把這種獨(dú)特的方式稱之為混合型負(fù)載均衡。這種方式有時(shí)候也可以用于單臺(tái)均衡設(shè)備，因?yàn)檫@些設(shè)備的性能往往不能夠滿足大量的連接請求。

加權(quán)算法的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡是混合型負(fù)載均衡的一種，服務(wù)器monitor設(shè)備對每臺(tái)集群內(nèi)的服務(wù)器用加權(quán)算法計(jì)算出每臺(tái)服務(wù)器的實(shí)時(shí)負(fù)載權(quán)值，負(fù)載均衡器將服務(wù)器請求發(fā)給權(quán)值小的服務(wù)器進(jìn)行處理。

W=λ1×CPU+λ2×MEM+λ3×T+λ4×Ct+λ5×Rt，CPU利用率 CPU，內(nèi)存利用率 MEM，當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)流量 T，當(dāng)前連接數(shù) Ct，響應(yīng)時(shí)間 Rt。