負載均衡（Load Balance，簡稱LB）是一種服務器或網絡設備的集群技術。負載均衡將特定的業務（網絡服務、網絡流量等）分擔給多個服務器或網絡設備，從而提高了業 務處理能力，保證了業務的高可用性。負載均衡基本概念有：實服務、實服務組、虛服務、調度算法、持續性等，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，有時也包括報文內容部分（L7 SLB）。
1.四層服務器負載均衡技術
客戶端將請求發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，通過調度算法，選擇真實服務器，再通過網絡地址轉換，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，完成整個負載調度過程。報文交互流程如下：
報文交互流程說明：
（1）Host發送服務請求報文，源IP為Host IP、目的IP為VSIP
（2）LB Device接收到請求報文后，借助調度算法計算出應該將請求分發給哪台Server
（3）LB Device使用DNAT技術分發報文，源IP為Host IP、目的IP為Server IP
（4）Server接收並處理請求報文，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，轉換源IP后轉發，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。
由於在TCP握手階段，無法獲得HTTP真正的請求內容，因此也就無法將客戶的TCP握手報文直接轉發給服務器， 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。
七層負載均衡組網和四層負載均衡組網有一個顯著的區別：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。根據報文內容選擇對應的實服務組，然后根據實服務組調度算法選擇某一個實服務器。
上圖中描述了基於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：
報文交互流程說明：
(1)-(3)：Client和LB建立TCP連接；
(4)：Client發送HTTP請求，目的IP為虛IP；
(5)：LB設備分析報文，根據調度算法選擇實服務器，注意此時會緩存該報文；
(6)：LB設備向實服務器發Syn報文，序列號為Client的Syn報文序列號
(7)：Server發送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，然后發給Server；
(10)：Server發送響應報文到LB；
(11)：LB修改步驟(9)中的報文的源地址和TCP序列號后轉發給Client。
二 鏈路負載均衡
在企業網、運營商鏈路出口需要部署LB設備以優化鏈路選擇，提升訪問體驗，鏈路負載均衡按照流量發起方向分為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，外網用戶通過域名訪問內部服務器時，Local DNS的地址解析請求到達LB設備，LB根據對Local DNS的就近性探測結果響應一個最優的IP地址，外網用戶根據這個最優的IP響應進行對內部服務器的訪問。
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，並轉發給域名對應的權威服務器——LB device。
(3)LB device根據DNS請求的域名和配置的Inbound鏈路負載均衡規則進行域名解析。
(4)LB device按照域名解析的結果，將DNS應答發送給本地DNS服務器。
(5)本地DNS服務器將解析結果轉發給用戶。
(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
內網用戶訪問Internet上其他服務器。 Outbound鏈路負載均衡中VSIP為內網用戶發送報文的目的網段。用戶將訪問VSIP的報文發 送到負載均衡設備后，負載均衡設備依次根據策略、持續性功能、就近性算法、調度算法選擇最佳的鏈路，並將內網訪問外網的業務流量分發到該鏈路。
Outbound負載均衡報文交互流程如下：
Outbound負載均衡報文交互流程說明：
(1)LB Device接收內網用戶流量 -
(2)LB Device依次根據策略、持續性功能、就近性算法、調度算法進行鏈路選擇 在Outbound鏈路負載均衡組網中，通常使用就近性算法或帶寬調度算法實現流量分發
(3)LB device按照鏈路選擇的結果將流量轉發給選定的鏈路 -
(4)LB Device接收外網用戶流量 -
(5)LB Device將流量轉發給內網用戶
三 負載均衡優化及應用
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，並最大限度減少后端服務器的並發連接數，降低服務器的資源占用。
上圖給出了TCP連接復用的簡單過程描述。由Client端發送的Req1/ Req2/ Req3三個HTTP請求，經過LB設備后，復用了LB設備和Server端已經建立好的連接，將Client端的三個請求通過兩個TCP連接發送給了服務器端。
2.SSL卸載
為了避免明文傳輸出現的安全問題，對於敏感信息，一般采用SSL協議，如HTTPS，對HTTP協議進行加密，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，相對於服務器來說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，更加專注於處 理服務器本身承擔的業務邏輯。
SSL卸載的處理流程如下：
(1)客戶端向服務器端發送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)客戶端發送SSL加密后的請求數據。
(4)LB設備解密數據。
(5)LB設備將解密后的明文發送給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。
四 結束語
負載均衡技術不管應用於用戶訪問服務器資源，還是應用於多鏈路出口，均大大提高了對資源的高效利用，顯著降低了用戶的網絡布署成本，提升了用戶的網絡使用體驗。隨着雲計算的發展，負載均衡的技術實現還將與雲計算相結合，在虛擬化和NFV軟件定義網關等方面持續發展。
轉載自SDNLAB