Nginx系列-负载均衡(开篇)

这节主要和大家聊一下负载均衡(GSLB),相信大家都多多少少了解一些负载均衡。本质上就是指的是把请求均匀的分摊到多个服务器上处理。其实目前市面上实现负载均衡的方式有很多种,从大概念上讲,我们的负载均衡分为软负载以及硬负载。一般软负载指的就是通过软件实现负载均衡,硬负载指通过硬件实现负载均衡,例如利用f5实现。后面重点会和大家分享软负载的种类以及常见软负载的用法。在正式介绍相关负载均衡之前,老猫先和大家一起回顾一下大学中我们一起学过的计算机基础知识。

OSI网络模型

关于负载均衡,在网络模型上的划分基本会分成两种大类,一种是四层的网络模型,一种是七层的网络模型。所谓四层和七层,就是代表着在OSI模型中第四层以及第七层做负载均衡。

那么我们首先来和大家一起回顾一下大学时候学过的OSI模型。

网络模型就是 OSI(Open System Interconnect),意思为开放网络互联,是由国际标准化组织(ISO)和国际电报电话咨询委员会(CCITT)共同出版的,他是一种网络互联模型,也是一种规范。

网络模型分为七层,也就是当用户发起请求到服务器接收,会历经七道工序,或者说用户利用互联网发送消息给另一个用户,也会历经七道工序。这七层可以分为如下:

层级 名称 说明
第七层 应用层 与用户行为交互
第六层 表示层 定义数据格式以及数据加密
第五层 会话层 创建、管理以及销毁会话
第四层 传输层 创建、管理请求端到响应端(端到端)的连接
第三层 网络层 请求端的IP地址
第二层 数据链路层 提供介质访问与链路管理
第一层 物理层 传输介质,物理媒介

以上七层每层可以与上下相邻层进行通信。每一层都是非常复杂的,我们不在这里深究,我们以举例的形式来阐述每一层是干嘛的。

  • 应用层: 这是面向用户的,最靠近用户,为了让用户和计算机交互,在计算机里会有很多软件,比如eclipse,idea,qq,nginx等,这些都是应用软件,用户可以通过这些应用软件和计算机交互,交互的过程其实就是接口的调用,应用层为用户提供了交互的接口,以此为用户提供交互服务。那么在这一层最常见的协议有:HTTP,HTTPS,FTP,SMTP,POP3等。Nginx在本层,为七层负载均衡。
    举例:我要寄一封信给远在天边的老外LiLei,我会打开快递软件下单,这个时候我是用户,快递软件就是应用服务,是建立在计算机上的,提供给用户交互的一种服务或称之为手段。
  • 表示层: 该层提供数据格式编码以及加密功能,确保请求端的数据能被响应端的应用层识别。
    举例:我写中文给LiLei,他看不懂,这个时候我就会使用翻译软件把中文翻译成英文,随后信中涉及到一些比较隐私的信息我会加密一下,这个时候翻译软件和加密器就充当了表示层的作用,他用于显示用户能够识别的内容。
  • 会话层: 会话可以理解为session,请求发送到接受响应的这个过程之间存在会话,会话层就充当了这一过程的管理者,从创建会话到维护会话最后销毁会话。
    举例:我每次写信给LiLei都会记录在一个小本本上,寄信时间日期,收信时间日期,这本小本本上存有每次通信记录,这个小本本就相当于是一个会话的管理者。又或者说,我们平时在打电话,首先需要拨打电话,这是建立会话,对方接听电话,此时正在通话(维持并管理会话),通话结束后会话销毁,那么这也是一次会话的生命周期。
  • 传输层: 该层建立端到端的连接,他提供了数据传输服务,在传输层通信会涉及到端口号,本层常见的协议为TCP、UDP,LVS就是在传输层,也就是四层负载均衡。
    举例:我和LiLei通信过程中会借助快递公司,快递公司会分配快递员取件和寄件,那么这个快递员则充当传输层的作用。
  • 网络层: 网络通信的时候必须要有本机IP和对方的IP,请求端和响应端都会有自己的IP的,IP就相当于你家地址门牌号,在网络上云服务器有固定的公网IP,普通计算机也有,只不过是动态IP,运营商每天会分配不同的IP给你的计算机。所以网络层也能称之为IP层,IP是互联网的基础根本。能提供IP分配的设备则为路由器或交换机。
    举例:对于拥有固定IP的云服务来说,他们都是由腾讯云、阿里云等这样的供应商提供的,他们为云服务器提供固定ip;电信、移动、联调等运营商为你的计算机动态分配ip,每天都不同;则这些供应商和运营商都是网络层。同理,快递员由物流公司分配和管理,那么物流公司就是网络层咯。
  • 数据链路层: 这一层会提供计算机MAC地址,通信的时候会携带,为了确保请求投递正确,所以他会验证检测MAC地址,以确保请求响应的可靠性。
    举例:快递员在投递派送的时候,他(或客服)会预先提前打电话给你,确认你家地址对不对、有没有人、货到付款有没有准备好钱等等,这个时候快递员(或客服)就充当了数据链路层的职责。
  • 物理层: 端到端请求响应过程中的媒介,物理介质,比如网线、中继器等等设备,都是你在端到端交互过程中不可缺少的基础设备。
    举例:快递员在投递的过程中,你写的信会历经一些交通运输工具,比如首先通过飞机运输到国外,在海关统一拿到信以后会通过汽车运输到LiLei所在城市的物流集散地,最后快递员通过三轮电频车寄到LiLei家里,这个时候,飞机、汽车、三轮电瓶车都是物理层的媒介。

四层负载均衡

四层负载均衡是指IP+端口的负载均衡,原理即位转发和请求后台服务器。主要职能就是转发,四层是指在传输层做的负载均衡。主要协议为TCP、UDP。

常见的四层负载均衡:F5硬负载均衡(价格昂贵)、LVS(linux内核的负载均衡)、Haproxy(四层七层均可)、nginx(新版本同时支持四层以及七层,一般用于7层)。

七层负载均衡

基于URL和IP的一个负载均衡,作用于应用层。主要协议是HTTP协议。

常见的七层负载均衡:Haproxy(四层七层均可)、nginx(新版本同时支持四层以及七层,一般用于7层)、apache(七层,百万并发量的时候有瓶颈)。

DNS地域负载均衡

关于dns负载均衡,老猫通过一幅图和大家分享。具体如下
DNS地域负载均衡

从上图中,我们可以看到,当我们在客户端输入网址进行请求的时候,首先会通过DNS进行解析,假设有北京机房以及上海机房两大机房,如果在北方的用户请求的时候,DNS服务器会就近给他分配一个北京机房的IP地址,这样用户可以就近访问,从而提高了服务器的访问效率,提升了用户体验。这就是DNS的就近分配达到负载均衡的目的。

以上和大家开篇简单介绍了一下相关负载均衡的概念以及市面上我们上见的负载均衡种类,另外的话和大家回顾了一下大学时候学过的OSI模型,后面老猫会和大家详细分享nginx的负载均衡以及LVS负载均衡,另外还有相关KeepAlived的知识点以及用法。

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