4.5　负载均衡

在互联网时代的早期，网站流量还相对较小，业务也相对简单，单台服务器便可满足访问需要，但时至今日，互联网应用也好，企业级应用也好，一般实际用于生产的系统，几乎都离不开集群部署。信息系统不论是单体架构多副本还是微服务架构，不论是为了实现高可用还是为了获得高性能，都需要利用多台机器来扩展服务能力，希望用户的请求不管连接到哪台机器上，都能得到相同的处理。另一方面，如何构建和调度服务集群这件事，又必须对用户保持足够的透明，即使请求背后是由一千台、一万台机器来共同响应的，也无须用户关心，他们只需要记住一个域名地址即可。调度后方的多台机器，以统一的接口对外提供服务，承担此职责的技术组件被称为“负载均衡”（Load Balancing）。

真正大型系统的负载均衡过程往往是多级的。譬如，在各地建有多个机房，或机房有不同网络链路入口的大型互联网站，会从DNS解析开始，通过“域名”→“CNAME”→“负载调度服务”→“就近的数据中心入口”的路径，先将来访地用户根据IP地址（或者其他条件）分配到一个合适的数据中心中，然后才到各式负载均衡。在DNS层面的负载均衡与前面介绍的DNS智能线路、内容分发网络等在工作原理上是类似的，差别只是数据中心能提供的不只是缓存，而是全方位的服务能力。由于这种方式此前已经详细讲解过，后续我们所讨论的“负载均衡”就只聚焦于网络请求进入数据中心入口之后的其他级次的负载均衡。

无论在网关内部建立了多少级的负载均衡，从形式上来说都可以分为两种：四层负载均衡和七层负载均衡。在详细介绍它们是什么以及如何工作之前，我们先来建立两个总体的、概念性的印象。

·四层负载均衡的优势是性能高，七层负载均衡的优势是功能强。

·做多级混合负载均衡，通常应是低层负载均衡在前，高层负载均衡在后。

我们所说的“四层”“七层”指的是经典的OSI七层模型中的第四层传输层和第七层应用层。表4-1是维基百科上对OSI七层模型的介绍（笔者做了简单的中文翻译），这部分属于网络基础知识，这里就不多解释了。后面我们会多次使用到这张表，如你对网络知识并不是特别了解，可自行查阅相关资料。

表4-1　OSI七层模型

现在所说的“四层负载均衡”其实是多种均衡器工作模式的统称，“四层”是说这些工作模式的共同特点是维持同一个TCP连接，而不是说它只工作在第四层。事实上，这些模式主要都工作在第二层（数据链路层，改写MAC地址）和第三层（网络层，改写IP地址）上，单纯只处理第四层（传输层，可以改写TCP、UDP等协议的内容和端口）的数据无法做到负载均衡的转发，因为OSI的下三层是媒体层（Media Layer），上四层是主机层（Host Layer），既然流量都已经到达目标主机上了，也就谈不上什么流量转发，最多只能做代理。但出于习惯和方便，现在几乎所有的资料都把它们统称为四层负载均衡，笔者也同样称呼它为四层负载均衡，如果读者在某些资料上看见“二层负载均衡”“三层负载均衡”的表述，应该了解这是在描述它们工作的具体层次，与这里说的“四层负载均衡”并不是同一类意思。下面笔者将介绍几种常见的四层负载均衡的工作模式。