1. 背景
負載均衡（又稱為負載分擔），英文名稱為Load Balance，其意思就是將負載（工作任務(wù)）進行平衡、分攤到多個操作單元上進行執(zhí)行，例如Web服務(wù)器、FTP服務(wù)器、企業(yè)關(guān)鍵應(yīng)用服務(wù)器和其它關(guān)鍵任務(wù)服務(wù)器等，從而共同完成工作任務(wù)。
通常負載均衡可以分為兩個層次：全局負載均衡（Global Server Load Balance, GSLB）和服務(wù)器負載均衡（Server Load Balance, SLB）。全局負載均衡是指對分別放置在不同的地理位置的服務(wù)器群間作負載均衡。服務(wù)器負載均衡是指對本地的服務(wù)器群做負載均衡。
2. 全局負載均衡
全局負載均衡主要用于在多個區(qū)域擁有自己服務(wù)器的站點，為了使全球用戶只以一個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。
2.1. 服務(wù)器群選擇
對于全局負載均衡而言，其核心就是服務(wù)器群的選擇。對于某個特定的客戶，應(yīng)該將其定向到哪一個服務(wù)群？應(yīng)該使用什么標準來進行這種選擇？一般情況下，主要考慮兩個因素：臨近程度和負載大小。
臨近機制主要考察服務(wù)器群與用戶之間的物理距離。選擇地理位置最接近用戶的服務(wù)器集群，可以減少服務(wù)響應(yīng)到達用戶所經(jīng)過的中轉(zhuǎn)次數(shù)，從而降低中轉(zhuǎn)節(jié)點對服務(wù)質(zhì)量的影響。常見的有兩種方式，一種是靜態(tài)配置，例如根據(jù)靜態(tài)的IP地址配置表進行IP地址到服務(wù)器群的映射。另一種方式是動態(tài)的檢測，例如實時地探測到目標IP的距離（可以采用到達目標IP經(jīng)過的跳數(shù)作為度量單位），然后比較探測結(jié)果進行選擇。
負載機制比較各個服務(wù)器群的負載，確定由哪一個服務(wù)器群來響應(yīng)請求。在全局負載均衡中，考察的是服務(wù)器群的負載，而不是單個服務(wù)器的負載，因此，需要更多地考慮普遍的問題，比如，需要考慮站點的最大連接數(shù)、站點的平均響應(yīng)時間、服務(wù)質(zhì)量等。
2.2. 常見實現(xiàn)方式
常見的GSLB實現(xiàn)方式有三種： DNS輪詢、HTTP重定向、IP欺騙（又稱三角傳輸）。這三種實現(xiàn)方式都是在用戶通過域名來訪問目標服務(wù)器時，由GSLB設(shè)備進行智能決策，將用戶引導到一個最佳的服務(wù)IP。
2.2.1. 基于DNS的GSLB
用戶訪問某個網(wǎng)站時，需要首先通過域名解析服務(wù)（DNS）獲得網(wǎng)站的IP。域名解析通常不是一次性完成的，常常需要查詢?nèi)舾刹煌挠蛎?wù)器才能找到對應(yīng)的IP。如下圖所示，用戶首先在本地配置一個本地DNS服務(wù)器地址，本地DNS服務(wù)器收到DNS請求后若不能解析，會將請求轉(zhuǎn)發(fā)給更高一級的DNS服務(wù)器直到找到域名對應(yīng)的IP或確定域名不存在。
（訪問網(wǎng)站時需要根據(jù)DNS獲取網(wǎng)站的IP， 才能建立用戶IP->服務(wù)器IP的TCP鏈接， 然而在獲取服務(wù)器IP之前，我們根本沒有機會建立這個鏈接， 所以我一開始以為智能DNS是根據(jù)用戶IP來選出最終的目的IP。 這是錯誤的，因為根本都還沒到達建立TCP的步驟。 所以唯一有可能的流程就是用戶查詢DNS時，所在機器發(fā)出請求的IP來做判斷，也就是說，基于DNS的負載均衡，是根據(jù)用戶的本地DNS IP來做判斷的，而不是用戶本地機器的IP。 這個概念必須要理清楚。）
對于加入了GSLB的情況，一個GSLB設(shè)備（可能是一個4層交換機）會最終代替DNS服務(wù)器完成域名解析。下圖展示兩種流程的不同。
2.2.2. 基于HTTP重定向的GSLB
為了解決基于DNS實現(xiàn)方式判斷不準的問題，又出現(xiàn)了基于HTTP重定向的GSLB。這種方案中GSLB使用HTTP重定向技術(shù)，將用戶訪問重定向到最合適的服務(wù)器上。
使用基于HTTP重定向方案，首先在DNS中將GSLB設(shè)備的IP地址登記為域名的A記錄（既域名對應(yīng)的IP）。如上圖所示，用戶首先通過DNS得到GSLB設(shè)備的IP地址，此時用戶以為這就是站點服務(wù)器的IP，并向其發(fā)送HTTP請求。GSLB設(shè)備收到HTTP請求后使用一定策略選擇一個最合適的服務(wù)器，然后GSLB設(shè)備向用戶發(fā)送一個HTTP重定向指令（HTTP302），并附上選出的服務(wù)器的IP地址。最后，用戶根據(jù)重定向IP訪問站點的服務(wù)器。
這一方案的優(yōu)點是：由于直接向用戶發(fā)送HTTP重定向指令，可以得到用戶的真實IP，從而解決了判斷不準確的問題。其缺點是只能為HTTP訪問重定向。
（這種方法就是通過是用戶IP 建立與GSLB的IP的HTTP請求鏈接，GSLB獲取到http請求后能讀取到用戶IP， 然后根據(jù)這個用戶IP查詢最適合的目標服務(wù)器IP， 然后返回HTTP 302，包含跳轉(zhuǎn)URL，讓用戶再次請求過去目的服務(wù)器。這種方式就不需要根據(jù)用戶的DNS IP 來判斷，會精準一點， 但是他的轉(zhuǎn)發(fā)是基于HTTP的肯定是沒TCP/IP層的速度來的快，而且這種方式只適用于HTTP協(xié)議。）
2.2.3. 基于IP欺騙的GSLB
HTTP重定向方案解決了判斷不準確的問題，但只能針對HTTP協(xié)議應(yīng)用使用。對于HTTP協(xié)議以外的訪問，就需要使用基于IP欺騙（又稱三角傳輸）的GSLB。
基于IP欺騙的方案同樣需要首先將GSLB設(shè)備的IP地址在DNS中登記為域名的A記錄，這樣用戶對該域名的請求包都會先發(fā)送到GSLB設(shè)備。如上圖所示，GSLB設(shè)備首次收到服務(wù)請求包后，會選擇一個最合適的服務(wù)器，并將服務(wù)請求包發(fā)送到該服務(wù)器。服務(wù)器在向用戶發(fā)送響應(yīng)包時，將其源IP地址字段改為GSLB設(shè)備的IP，發(fā)送給用戶。
這樣，整個過程對用戶來說，感覺到的只是GSLB設(shè)備在為其提供服務(wù)，并不知道其中經(jīng)歷這樣一個三角傳輸?shù)倪^程。而且這種方案可以對所有類型的訪問如HTTP、FTP等進行重定向，但其速度和效率相對比前兩種方案要差一點，因為用戶所有的訪問請求都通過三個點才能響應(yīng)，經(jīng)歷了更多的路徑和處理，所以其主要作為HTTP重定向方案的補充方案在同一GSLB設(shè)備中實現(xiàn)。
（這個IP欺騙的方式其實原理是跟上面的HTTP重定向原理基本相同，只不過這個適用于不能用HTTP協(xié)議的時候，所以他們只能發(fā)送IP包，然后GSLB根據(jù)IP包，也就是客戶IP是可以獲取到的，根據(jù)算法找出目標IP， 并將服務(wù)請求包發(fā)送到該服務(wù)器。服務(wù)器在向用戶發(fā)送響應(yīng)包時，將其源IP地址字段改為GSLB設(shè)備的IP，發(fā)送給用戶）
DNS負載均衡總結(jié)
上面三種方式，DNS輪詢、HTTP重定向、IP欺騙，都是返回一個IP 給客戶端建立連接，只是DNS輪詢是真實返回內(nèi)容服務(wù)器的IP， HTTP重定向返回是GSLB的IP， 讓客戶端先建立GSLB的http連接再302跳轉(zhuǎn)到目標機器。所以他們都是返回一個IP， 讓客戶端連接至于接下來連接會做什么操作，就看不同方法了。
3. 內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)
使用GSLB設(shè)備可以為用戶選擇最合適的服務(wù)器群，但受Web服務(wù)器的負荷和傳輸距離等因素的影響，響應(yīng)速度依然經(jīng)常不能滿足用戶的需求。這一問題的解決方案就是在傳輸網(wǎng)絡(luò)上利用緩存技術(shù)使得Web服務(wù)數(shù)據(jù)流能夠就近訪問。內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)（CDN）正是這種思想的一個實現(xiàn)，CDN使用GSLB設(shè)備將用戶引導到最合適的緩存節(jié)點（距離近，負載低），使得用戶在訪問靜態(tài)內(nèi)容時獲得更好的體驗。
（利用GSLB選擇最優(yōu)的目標的IP，GSLB可以上面的任何一種技術(shù)，平常熟知的智能DNS只是其中一種，看完上面的介紹，其實還可以用HTTP重定向或者IP欺騙，這樣就可以利用客戶端IP來選擇服務(wù)器目標。）
但是我們平常用CDN是用哪種GSLB方式的呢？ 答：DNS輪詢，因為我們dig我們的目標地址的時候，沒有建立HTTP鏈接他就返回了不同的IP回來。
3.2. CDN組成
一個CDN網(wǎng)絡(luò)主要由以下幾部分組成：內(nèi)容緩存設(shè)備、內(nèi)容分發(fā)管理設(shè)備、本地負載均衡交換機、GSLB設(shè)備和CDN管理系統(tǒng)，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如下圖所示：
其中，內(nèi)容緩存設(shè)備Cache用于緩存內(nèi)容實體和對緩存內(nèi)容進行組織和管理。當有用戶訪問該客戶內(nèi)容時，直接由各緩存服務(wù)器響應(yīng)用戶的請求。
內(nèi)容分發(fā)管理設(shè)備主要負責核心Web服務(wù)器內(nèi)容到CDN網(wǎng)絡(luò)內(nèi)緩存設(shè)備的內(nèi)容推送、刪除、校驗以及內(nèi)容的管理、同步。
GSLB設(shè)備則實現(xiàn)CDN全網(wǎng)各緩存節(jié)點之間的資源負載均衡，它與各節(jié)點的SLB設(shè)備保持通信，搜集各節(jié)點緩存設(shè)備的健康狀態(tài)、性能、負載等，自動將用戶指引到位于其地理區(qū)域中的服務(wù)器或者引導用戶離開擁擠的網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)器。還可以通過使用多站點的內(nèi)容和服務(wù)來提高容錯性和可用性，防止因本地網(wǎng)或區(qū)域網(wǎng)絡(luò)中斷、斷電或自然災(zāi)害而導致的故障。
CDN管理系統(tǒng)實現(xiàn)對全網(wǎng)設(shè)備的管理，對系統(tǒng)的配置。它不僅能對系統(tǒng)中的各個設(shè)備進行實時監(jiān)控，對各種故障產(chǎn)生相應(yīng)的告警，還能實時觀測到系統(tǒng)中總的流量以及各節(jié)點的流量，并保存在系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中，作為統(tǒng)計分析的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并對日志文件進行管理、報告，作為計費的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
3.3. CDN工作流程
CDN網(wǎng)絡(luò)結(jié)合了GSLB與緩存技術(shù)，其工作流程如下圖所示：
用戶訪問某個站點的內(nèi)容時，若該站點使用了CDN網(wǎng)絡(luò)，則在用戶會在域名解析時獲得CDN網(wǎng)絡(luò)GSLB設(shè)備的IP地址。GSLB設(shè)備根據(jù)其預設(shè)的選擇策略（如，地理區(qū)域、用戶時間等）為用戶選擇最合適的內(nèi)容緩存節(jié)點，并且使用某種方式（如，基于DNS、基于HTTP重定向、基于IP欺騙的方式等）導引用戶訪問所選的內(nèi)容緩存節(jié)點。
用戶繼續(xù)向緩存節(jié)點發(fā)出請求，若緩存中包含請求的內(nèi)容，則直接返回給用戶，否則從核心Web服務(wù)器中獲取該內(nèi)容，緩存后返回給用戶。這樣當用戶再次訪問相同內(nèi)容或其他用戶訪問相同內(nèi)容時，可以直接從緩存中讀取，提高了效率。
參考文章： https://blog.csdn.net/u010340143/article/details/9062213
