负载均衡(偏概念)

发布于 2021-08-06  1.19k 次阅读

一，负载均衡是什么

      一个软件开发的发展最初阶段，采用的是单体架构，使用单台机器提供一体化功能和服务，但随着用户量的越来越大，无论是性能上还是稳定性都面临着很大挑战，为了解决这个问题，单体的架构模式就分布式的模式进行了转变，通过增加机器扩容的方式分摊压力提供更高性能的服务，那么使用分布式就又面临了一个问题，如何在集群中将用户请求进行合理分配，使高负荷的机器少分摊请求，低负荷的机器多分摊请求，这个时候就产生了负载均衡的概念
 
负载均衡：在集群或系统中，使任务量或请求数合理的进行分配
设：现在有一个网站它的后端采用了分布式提供服务，访问域名入口是wql.luoqin.ltd，当在浏览器上输入域名访问时，集群对请求的合理分发，就涉及到负载均衡

二，负载均衡的分类

负载均衡本质上是一种计算机网络技术，通过负载均衡实现对集群的网络连接，CPU，磁盘驱动或其他资源的合理分配，以达到最佳的资源使用，最大的吞吐率，最小的响应时间
 
负载均衡的实现方式有多种，大致分为四种：
 
1，二层负载均衡
 
   负载均衡服务器对外提供一个VIP(虚拟IP)，集群中不同的机器采用相同的IP地址，但机器的MAC地址不一样，当负载均衡服务器接收到请求之后，根据不同的负载均衡算法，通过MAC地址将请求转发至不同的真实服务器
2，三层负载均衡
它和二层负载均衡类似，负载均衡服务器对外依然提供一个虚拟IP，但是集群中不同的机器采用不同的IP地址，当负载均衡服务器接收到请求之后，根据不同的负载均衡算法，通过IP将请求转发至不同的真实服务器
 
3，四层负载均衡
四层负载均衡工作在传输层使用TCP/UDP协议，在源虚拟IP的基础上加上了源端口号和目标端口号，负载均衡服务器在接收客户端请求后，通过修改数据包信息或者连接地址信息(IP+端口号)将流量转发到真实服务器
4，七层负载均衡
七层负载均衡工作在应用层上，基于应用层协议(比如HTTP，DNS，RADIUS，FTP等协议)来做负载，这些应用层协议包含很多内容，它除了根据IP+端口号来做负载外，还可以根据URL，浏览器类别，Session，语言来进行负载
 
其中二层，三层，四层负载均衡可以称为硬负载均衡(对操作系统进行负载)，七层负载均衡可以称为软负载均衡(在软件开发中对应用层的请求或者服务进行负载)
负载均衡器
负载均衡器其实一个负载交换机，它主要分为两类：
       1，四层交换机(L4 Switch)：主要工作在OSI传输层工作，主要通过TCP/UDP协议实现负载均衡
   
      2，七层交换机(L7 switch)：工作在OSI的最高层应用层，支持应用层的多种协议
注：七层交换机除了支持四层负载均衡，但不能反之

三，负载均衡算法

负载均衡算法可以分为两大类：
  1. 静态负载均衡算法：基于服务器的容量，就是高配置的服务器比低配置的服务器分配更多的请求
  2. 动态负载均衡算法：根据服务器的状况，比如通过监控可以得到平均响应时间，或者CPU占用率，内存占用率按照某种方式进行计算，作为权重值

一，静态负载均衡算法

随机（Random）:利用随机数生成算法选取一个服务器，然后把连接发送给他。虽然许多负载产品都支持该算法，但是它的有效性一直受到质疑，除非把服务器的可运行时间看的很重。
轮询（Round Robin）：按顺序把每个新的连接请求分配给下一个服务器，最终把所有请求平分给所有服务器。轮询算法在大多数情况下都工作不错，但是如果负载均衡的设备在处理速度、连接速度和内存等方面不是完全均等，那么效果会打折扣
加权轮询（Weighted Round Robin）：在该算法中每台服务器的连接数量是按权重比例分配的。它是对普通轮询算法的改进
优先权（Priority）：给所有的服务器分组，每组都定义优先权，把请求优先分配给优先级最高的服务器组（同一组内，采用轮询或加权轮询来分配请求）；当最高优先级组中的所有服务器都出现故障时，才把请求发送给次优先级的服务器组。
一致性哈希(Consistent Hash)： 通过哈希函数计算得到一个哈希值，将此哈希值和服务器列表的大小进行取模运算，得到的结果便是要访问的服务器地址的序号。采用源地址哈希法进行负载均衡，相同的IP客户端，如果服务器列表不变，将映射到同一个后台服务器进行访问

二，动态负载均衡算法

动态轮询（Dynamic Round Robin）：类似于加权轮询，但是权重值是基于各个拂去其的持续监控，并且不断更新的。根据服务器的实时性能分析来分配请求。
最少的连接（Least Connection）：系统把新的请求分配给当前连接数目最少的服务器。该算法在各个服务器运算能力基本类似的环境中非常有效。
最快算法（Fastest）：最快算法基于所有服务器中响应时间最快的给分配连接。该算法在服务器跨不同网络的环境中特别有用。
观察算法（Observed）：该算法同时利用最小连接算法和最快连接算法来实施负载均衡。服务器根据当前的连接数和相应时间得到一个分数，分数越高代表性能越好，分配的连接也就越多。
预判算法（Predictive）：该算法使用观察算法来计算分数，但是它会分析分数的变化趋势来判断某台服务器的性能，是正在改善还是降低，具有改善趋势的服务器会得到更多的连接。该算法适用于大多数环境。