发布者：售前毛毛 | 本文章发表于：2022-06-10 阅读数：11292
在业务初期，我们一般会先使用单台服务器对外提供服务。随着业务流量越来越大，单台服务器无论如何优化，无论采用多好的硬件，总会有性能天花板，当单服务器的性能无法满足业务需求时，就需要把多台服务器组成集群系统提高整体的处理性能。
基于上述需求，我们要使用统一的流量入口来对外提供服务，本质上就是需要一个流量调度器，通过均衡的算法，将用户大量的请求流量均衡地分发到集群中不同的服务器上。这其实就是我们今天要说的负载均衡，什么是负载均衡？
使用负载均衡可以给我们带来的几个好处：
提高了系统的整体性能；
提高了系统的扩展性；
提高了系统的可用性；
负载均衡类型
什么是负载均衡？广义上的负载均衡器大概可以分为 3 类，包括：DNS 方式实现负载均衡、硬件负载均衡、软件负载均衡。
（一）DNS 实现负载均衡
DNS 实现负载均衡是最基础简单的方式。一个域名通过 DNS 解析到多个 IP，每个 IP 对应不同的服务器实例，这样就完成了流量的调度，虽然没有使用常规的负载均衡器，但实现了简单的负载均衡功能。
通过 DNS 实现负载均衡的方式，最大的优点就是实现简单，成本低，无需自己开发或维护负载均衡设备，不过存在一些缺点：
①服务器故障切换延迟大，服务器升级不方便。我们知道 DNS 与用户之间是层层的缓存，即便是在故障发生时及时通过 DNS 修改或摘除故障服务器，但中间经过运营商的 DNS 缓存，且缓存很有可能不遵循 TTL 规则，导致 DNS 生效时间变得非常缓慢，有时候一天后还会有些许的请求流量。
②流量调度不均衡，粒度太粗。DNS 调度的均衡性，受地区运营商 LocalDNS 返回 IP 列表的策略有关系，有的运营商并不会轮询返回多个不同的 IP 地址。另外，某个运营商 LocalDNS 背后服务了多少用户，这也会构成流量调度不均的重要因素。
③流量分配策略太简单，支持的算法太少。DNS 一般只支持 rr 的轮询方式，流量分配策略比较简单，不支持权重、Hash 等调度算法。
④DNS 支持的 IP 列表有限制。我们知道 DNS 使用 UDP 报文进行信息传递，每个 UDP 报文大小受链路的 MTU 限制，所以报文中存储的 IP 地址数量也是非常有限的，阿里 DNS 系统针对同一个域名支持配置 10 个不同的 IP 地址。
（二）硬件负载均衡
硬件负载均衡是通过专门的硬件设备来实现负载均衡功能，是专用的负载均衡设备。目前业界典型的硬件负载均衡设备有两款：F5和A10。
这类设备性能强劲、功能强大，但价格非常昂贵，一般只有土豪公司才会使用此类设备，中小公司一般负担不起，业务量没那么大，用这些设备也是挺浪费的。
硬件负载均衡的优点：
功能强大：全面支持各层级的负载均衡，支持全面的负载均衡算法。
性能强大：性能远超常见的软件负载均衡器。
稳定性高：商用硬件负载均衡，经过了良好的严格测试，经过大规模使用，稳定性高。
安全防护：还具备防火墙、防 DDoS 攻击等安全功能，以及支持 SNAT 功能。
硬件负载均衡的缺点也很明显：
①价格贵；
②扩展性差，无法进行扩展和定制；
③调试和维护比较麻烦，需要专业人员；
（三）软件负载均衡
软件负载均衡，可以在普通的服务器上运行负载均衡软件，实现负载均衡功能。目前常见的有 Nginx、HAproxy、LVS。其中的区别：
Nginx：七层负载均衡，支持 HTTP、E-mail 协议，同时也支持 4 层负载均衡；
HAproxy：支持七层规则的，性能也很不错。OpenStack 默认使用的负载均衡软件就是 HAproxy；
LVS：运行在内核态，性能是软件负载均衡中最高的，严格来说工作在三层，所以更通用一些，适用各种应用服务。
软件负载均衡的优点：
易操作：无论是部署还是维护都相对比较简单；
便宜：只需要服务器的成本，软件是免费的；
灵活：4 层和 7 层负载均衡可以根据业务特点进行选择，方便进行扩展和定制功能。
负载均衡LVS
软件负载均衡主要包括：Nginx、HAproxy 和 LVS，三款软件都比较常用。四层负载均衡基本上都会使用 LVS，据了解 BAT 等大厂都是 LVS 重度使用者，就是因为 LVS 非常出色的性能，能为公司节省巨大的成本。
LVS，全称 Linux Virtual Server 是由国人章文嵩博士发起的一个开源的项目，在社区具有很大的热度，是一个基于四层、具有强大性能的反向代理服务器。
它现在是标准内核的一部分，它具备可靠性、高性能、可扩展性和可操作性的特点，从而以低廉的成本实现最优的性能。
Netfilter基础原理
LVS 是基于 Linux 内核中 netfilter 框架实现的负载均衡功能，所以要学习 LVS 之前必须要先简单了解 netfilter 基本工作原理。netfilter 其实很复杂，平时我们说的 Linux 防火墙就是 netfilter，不过我们平时操作的都是 iptables，iptables 只是用户空间编写和传递规则的工具而已，真正工作的是 netfilter。通过下图可以简单了解下 netfilter 的工作机制：
netfilter 是内核态的 Linux 防火墙机制，作为一个通用、抽象的框架，提供了一整套的 hook 函数管理机制，提供诸如数据包过滤、网络地址转换、基于协议类型的连接跟踪的功能。
通俗点讲，就是 netfilter 提供一种机制，可以在数据包流经过程中，根据规则设置若干个关卡（hook 函数）来执行相关的操作。netfilter 总共设置了 5 个点，包括：
①PREROUTING ：刚刚进入网络层，还未进行路由查找的包，通过此处
②INPUT ：通过路由查找，确定发往本机的包，通过此处
③FORWARD ：经路由查找后，要转发的包，在POST_ROUTING之前
④OUTPUT ：从本机进程刚发出的包，通过此处
⑤POSTROUTING ：进入网络层已经经过路由查找，确定转发，将要离开本设备的包，通过此处
当一个数据包进入网卡，经过链路层之后进入网络层就会到达 PREROUTING，接着根据目标 IP 地址进行路由查找，如果目标 IP 是本机，数据包继续传递到 INPUT 上，经过协议栈后根据端口将数据送到相应的应用程序。
应用程序处理请求后将响应数据包发送到 OUTPUT 上，最终通过 POSTROUTING 后发送出网卡。
如果目标 IP 不是本机，而且服务器开启了 forward 参数，就会将数据包递送给 FORWARD 上，最后通过 POSTROUTING 后发送出网卡。
LVS基础原理
LVS 是基于 netfilter 框架，主要工作于 INPUT 链上，在 INPUT 上注册 ip_vs_in HOOK 函数，进行 IPVS 主流程，大概原理如图所示：
当用户访问 www.sina.com.cn 时，用户数据通过层层网络，最后通过交换机进入 LVS 服务器网卡，并进入内核网络层。
进入 PREROUTING 后经过路由查找，确定访问的目的 VIP 是本机 IP 地址，所以数据包进入到 INPUT 链上
LVS 是工作在 INPUT 链上，会根据访问的 IP:Port 判断请求是否是 LVS 服务，如果是则进行 LVS 主流程，强行修改数据包的相关数据，并将数据包发往 POSTROUTING 链上。
POSTROUTING 上收到数据包后，根据目标 IP 地址（后端真实服务器），通过路由选路，将数据包最终发往后端的服务器上。
开源 LVS 版本有 3 种工作模式，每种模式工作原理都不同，每种模式都有自己的优缺点和不同的应用场景，包括以下三种模式：
①DR 模式
②NAT 模式
③Tunnel 模式
这里必须要提另外一种模式是 FullNAT，这个模式在开源版本中是模式没有的。这个模式最早起源于百度，后来又在阿里发扬光大，由阿里团队开源，代码地址如下：
https://github.com/alibaba/lvs
LVS 官网也有相关下载地址，不过并没有合进到内核主线版本。
后面会有专门章节详细介绍 FullNAT 模式。下边分别就 DR、NAT、Tunnel 模式分别详细介绍原理。
DR 模式实现原理
LVS 基本原理图中描述的比较简单，表述的是比较通用流程。下边会针对 DR 模式的具体实现原理，详细的阐述 DR 模式是如何工作的。
（一）实现原理过程
① 当客户端请求 www.sina.com.cn 主页，请求数据包穿过网络到达 Sina 的 LVS 服务器网卡：源 IP 是客户端 IP 地址 CIP，目的 IP 是新浪对外的服务器 IP 地址，也就是 VIP；此时源 MAC 地址是 CMAC，其实是 LVS 连接的路由器的 MAC 地址（为了容易理解记为 CMAC），目标 MAC 地址是 VIP 对应的 MAC，记为 VMAC。
② 数据包经过链路层到达 PREROUTING 位置（刚进入网络层），查找路由发现目的 IP 是 LVS 的 VIP，就会递送到 INPUT 链上，此时数据包 MAC、IP、Port 都没有修改。
③ 数据包到达 INPUT 链，INPUT 是 LVS 主要工作的位置。此时 LVS 会根据目的 IP 和 Port 来确认是否是 LVS 定义的服务，如果是定义过的 VIP 服务，就会根据配置信息，从真实服务器列表 中选择一个作为 RS1，然后以 RS1 作为目标查找 Out 方向的路由，确定一下跳信息以及数据包要通过哪个网卡发出。最后将数据包投递到 OUTPUT 链上。
④ 数据包通过 POSTROUTING 链后，从网络层转到链路层，将目的 MAC 地址修改为 RealServer 服务器 MAC 地址，记为 RMAC；而源 MAC 地址修改为 LVS 与 RS 同网段的 selfIP 对应的 MAC 地址，记为 DMAC。此时，数据包通过交换机转发给了 RealServer 服务器（注：为了简单图中没有画交换机）。
⑤ 请求数据包到达后端真实服务器后，链路层检查目的 MAC 是自己网卡地址。到了网络层，查找路由，目的 IP 是 VIP（lo 上配置了 VIP），判定是本地主机的数据包，经过协议栈拷贝至应用程序（比如 nginx 服务器），nginx 响应请求后，产生响应数据包。
然后以 CIP 查找出方向的路由，确定下一跳信息和发送网卡设备信息。此时数据包源、目的 IP 分别是 VIP、CIP，而源 MAC 地址是 RS1 的 RMAC，目的 MAC 是下一跳（路由器）的 MAC 地址，记为 CMAC（为了容易理解，记为 CMAC）。然后数据包通过 RS 相连的路由器转发给真正客户端，完成了请求响应的全过程。
从整个过程可以看出，DR 模式 LVS 逻辑比较简单，数据包通过直接路由方式转发给后端服务器，而且响应数据包是由 RS 服务器直接发送给客户端，不经过 LVS。
我们知道通常请求数据包会比较小，响应报文较大，经过 LVS 的数据包基本上都是小包，所以这也是 LVS 的 DR 模式性能强大的主要原因。
（二）优缺点和使用场景
DR 模式的优点
1.响应数据不经过 lvs，性能高
2.对数据包修改小，信息保存完整（携带客户端源 IP）
DR 模式的缺点
1.lvs 与 rs 必须在同一个物理网络（不支持跨机房）
2.服务器上必须配置 lo 和其它内核参数
3.不支持端口映射
DR 模式的使用场景
如果对性能要求非常高，可以首选 DR 模式，而且可以透传客户端源 IP 地址。
NAT 模式实现原理
（一）实现原理与过程
① 用户请求数据包经过层层网络，到达 lvs 网卡，此时数据包源 IP 是 CIP，目的 IP 是 VIP。
② 经过网卡进入网络层 prerouting 位置，根据目的 IP 查找路由，确认是本机 IP，将数据包转发到 INPUT 上，此时源、目的 IP 都未发生变化。
③ 到达 lvs 后，通过目的 IP 和目的 port 查找是否为 IPVS 服务。若是 IPVS 服务，则会选择一个 RS 作为后端服务器，将数据包目的 IP 修改为 RIP，并以 RIP 为目的 IP 查找路由信息，确定下一跳和出口信息，将数据包转发至 output 上。
④ 修改后的数据包经过 postrouting 和链路层处理后，到达 RS 服务器，此时的数据包源 IP 是 CIP，目的 IP 是 RIP。
⑤ 到达 RS 服务器的数据包经过链路层和网络层检查后，被送往用户空间 nginx 程序。nginx 程序处理完毕，发送响应数据包，由于 RS 上默认网关配置为 lvs 设备 IP，所以 nginx 服务器会将数据包转发至下一跳，也就是 lvs 服务器。此时数据包源 IP 是 RIP，目的 IP 是 CIP。
⑥ lvs 服务器收到 RS 响应数据包后，根据路由查找，发现目的 IP 不是本机 IP，且 lvs 服务器开启了转发模式，所以将数据包转发给 forward 链，此时数据包未作修改。
⑦ lvs 收到响应数据包后，根据目的 IP 和目的 port 查找服务和连接表，将源 IP 改为 VIP，通过路由查找，确定下一跳和出口信息，将数据包发送至网关，经过复杂的网络到达用户客户端，最终完成了一次请求和响应的交互。
NAT 模式双向流量都经过 LVS，因此 NAT 模式性能会存在一定的瓶颈。不过与其它模式区别的是，NAT 支持端口映射，且支持 windows 操作系统。
NAT 模式优点
1.能够支持 windows 操作系统
2.支持端口映射。
如果 rs 端口与 vport 不一致，lvs 除了修改目的 IP，也会修改 dport 以支持端口映射。
NAT 模式缺点
1.后端 RS 需要配置网关
2.双向流量对 lvs 负载压力比较大
NAT 模式的使用场景
如果你是 windows 系统，使用 lvs 的话，则必须选择 NAT 模式了。
Tunnel 模式在国内使用的比较少，不过据说腾讯使用了大量的 Tunnel 模式。它也是一种单臂的模式，只有请求数据会经过 lvs，响应数据直接从后端服务器发送给客户端，性能也很强大，同时支持跨机房。下边继续看图分析原理。
（一）实现原理与过程
① 用户请求数据包经过多层网络，到达 lvs 网卡，此时数据包源 IP 是 cip，目的 ip 是 vip。
② 经过网卡进入网络层 prerouting 位置，根据目的 ip 查找路由，确认是本机 ip，将数据包转发到 input 链上，到达 lvs，此时源、目的 ip 都未发生变化。
③ 到达 lvs 后，通过目的 ip 和目的 port 查找是否为 IPVS 服务。若是 IPVS 服务，则会选择一个 rs 作为后端服务器，以 rip 为目的 ip 查找路由信息，确定下一跳、dev 等信息，然后 IP 头部前边额外增加了一个 IP 头（以 dip 为源，rip 为目的 ip），将数据包转发至 output 上。
④ 数据包根据路由信息经最终经过 lvs 网卡，发送至路由器网关，通过网络到达后端服务器。
⑤ 后端服务器收到数据包后，ipip 模块将 Tunnel 头部卸载，正常看到的源 ip 是 cip，目的 ip 是 vip，由于在 tunl0 上配置 vip，路由查找后判定为本机 ip，送往应用程序。应用程序 nginx 正常响应数据后以 vip 为源 ip，cip 为目的 ip 数据包发送出网卡，最终到达客户端。
Tunnel 模式具备 DR 模式的高性能，又支持跨机房访问，听起来比较完美。不过国内运营商有一定特色性，比如 RS 的响应数据包的源 IP 为 VIP，VIP 与后端服务器有可能存在跨运营商的情况，很有可能被运营商的策略封掉，Tunnel 在生产环境确实没有使用过，在国内推行 Tunnel 可能会有一定的难度吧。
（二）优点、缺点与使用场景
Tunnel 模式的优点
1.单臂模式，对 lvs 负载压力小
2.对数据包修改较小，信息保存完整
3.可跨机房（不过在国内实现有难度）
Tunnel 模式的缺点
1.需要在后端服务器安装配置 ipip 模块
2.需要在后端服务器 tunl0 配置 vip
3.隧道头部的加入可能导致分片，影响服务器性能
4.隧道头部 IP 地址固定，后端服务器网卡 hash 可能不均
5.不支持端口映射
Tunnel 模式的使用场景
理论上，如果对转发性能要求较高，且有跨机房需求，Tunnel 可能是较好的选择。
以上是主题为：什么是负载均衡？的教学全部内容，希望对您有帮助！
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为什么元宇宙APP恶意攻击如此严重？
随着元宇宙概念的逐渐普及，越来越多的人开始了解和使用元宇宙APP。然而，元宇宙APP在使用过程中可能会遭受恶意攻击，这种攻击的威胁极其严重。本文将介绍为什么元宇宙APP恶意攻击如此严重，并提供相应的解决方案。元宇宙APP涉及的信息非常重要元宇宙APP通常涉及到用户的个人信息、虚拟资产等重要数据。攻击者可以通过攻击元宇宙APP来窃取用户的个人信息，或者直接盗窃用户的虚拟资产。这种攻击可能会给用户带来巨大的经济损失和隐私泄露的风险。元宇宙APP使用的技术复杂元宇宙APP通常使用的是复杂的技术，例如区块链、智能合约等。攻击者可以利用技术漏洞或者代码缺陷来攻击APP。这种攻击的影响可能非常严重，因为攻击者可以利用漏洞来直接盗取虚拟资产。元宇宙APP使用的场景多样元宇宙APP可以在不同的场景中使用，例如游戏、交易等。这意味着攻击者可以通过攻击元宇宙APP来影响这些场景的正常运作，从而实现恶意目的。例如，攻击者可以通过DDoS攻击来占用服务器资源，使得元宇宙APP无法正常运行，从而破坏整个游戏场景的平衡。为了应对元宇宙APP的恶意攻击，需要采取以下措施：加强安全措施元宇宙APP需要采取充分的安全措施来保护用户的个人信息和虚拟资产。这包括使用加密技术、防火墙、WAF等安全措施，以保障用户的数据安全。建立安全机制元宇宙APP需要建立完善的安全机制，包括多重验证、身份认证等机制，以确保用户的信息和资产的安全性。同时，也需要建立应急响应机制，及时处理安全事件。采用去中心化技术元宇宙APP可以采用去中心化技术，避免单一节点被攻击而导致整个APP的瘫痪。这种技术可以使得元宇宙APP更加安全和可靠。定期进行安全检查元宇宙APP需要定期进行安全检查，发现潜在的安全风险，并及时修复漏洞。这可以通过定期的安全评估、渗透测试等方式来实现。建立安全意识最后，元宇宙APP需要建立安全意识，让用户了解安全问题，并采取措施来保护自己的个人信息和虚拟资产。这可以通过加强安全教育、发布安全通知等方式来实现。总之，元宇宙APP恶意攻击的威胁非常严重，需要采取充分的安全措施来保障用户的数据安全。只有通过建立完善的安全机制、采用先进的安全技术和定期进行安全检查，才能有效地防止元宇宙APP遭受恶意攻击。同时，也需要建立安全意识，让用户了解安全问题，提高自身的安全意识。
如何能高效防御DDOS攻击呢？
高效防御DDoS（分布式拒绝服务）攻击是当今互联网环境下，网站和应用程序运营者必须面对的一个重要问题。DDoS攻击旨在通过大量的无效请求和恶意流量来超负荷服务器，导致服务不可用。为了保护网络安全和稳定性，采取以下一些措施可以高效防御DDoS攻击，减轻服务器负载。网络流量监测和分析：实时监测网络流量，监控数据包的源地址、目的地址和传输协议等信息。利用流量分析工具识别攻击行为，及时采取相应措施应对。弹性扩展和负载均衡：构建弹性基础架构，通过负载均衡技术将流量分散到多个服务器上。当网络流量超过服务器处理能力时，自动扩展服务器资源，确保系统能够更好地应对DDoS攻击。CDN加速和缓存：利用CDN服务将网站的静态资源缓存在离用户更近的节点服务器上。通过分发内容、解析DNS和缓存静态资源，减轻服务器压力，有效抵御DDoS攻击。防火墙和入侵检测系统：配置强大的防火墙和入侵检测系统（IDS/IPS），实时监控和阻止恶意流量。通过设置黑名单、白名单和限制连接数等策略，有效控制攻击行为。分布式流量分析和对抗：采用分布式流量分析系统，将流量分解为多个包，通过源地址、目的地址和传输协议等信息进行分析，识别恶意请求。针对攻击流量采取相应的对抗措施，如阻断源IP或源IP段。自动化响应和报告：建立自动化的DDoS攻击检测和响应系统。一旦检测到攻击行为，自动触发防御措施，并生成报告用于事后审查和改进防御策略。安全意识培训和演练：加强员工的安全意识，定期组织安全培训和DDoS攻击演练，提高对攻击的感知和应对能力。通过演练和培训，员工可以更快速地发现和应对DDoS攻击，减少安全漏洞和弱点。高效防御DDoS攻击需要综合应用上述措施，建立多层次、多维度的网络安全防护体系。只有通过实时监测、流量过滤、自动化响应和安全培训等手段，才能更好地保护网络安全、保障服务的连续性和可用性。
弹性云服务器是什么？看五点就懂了
在当今互联网高速发展的背景下，服务器的性能直接决定了网站、应用或服务的响应速度与承载能力。对于刚接触服务器技术的小白来说，所谓“大宽带服务器”，指的是具备高带宽接入能力的服务器，能够同时处理大量数据传输请求，适用于高并发、大数据量的业务场景。理解并合理运用大宽带服务器，是提升网络服务质量的重要一步。一、大宽带服务器的基本含义宽带指的是网络传输的“通道宽度”，决定了单位时间内可以传输的数据量。大宽带服务器，顾名思义，就是拥有更高带宽资源的服务器，能够支持更高的数据吞吐量和并发访问量。新手可以将其想象为一条“高速公路”，相比普通服务器的“单车道”，它更像是“八车道”，可以同时容纳更多车辆（数据）通行而不拥堵。二、大宽带服务器的应用价值理解大宽带服务器的意义，不能脱离实际业务场景。在一些对网络速度和并发访问要求较高的场景中，大宽带服务器发挥着不可替代的作用：1.视频直播与点播平台：需要持续传输高清视频流，对带宽需求极高。2.大型电商平台：促销期间访问量激增，大宽带能保障用户流畅浏览和下单。3.在线游戏服务器：实时交互要求高，低延迟、高并发是关键。4.企业级数据传输：如远程备份、异地容灾等任务，依赖高速稳定的网络支持。这些场景都说明了大宽带服务器在现代网络服务中的重要性。三、小白如何选择合适的大宽带服务器？对于刚入门的小白来说，选择合适的大宽带服务器应从以下几个方面考虑：1.了解业务需求：评估自己的应用是否需要大带宽支持，比如是否涉及视频传输、大量用户并发访问等。2.关注带宽单位与计费方式**：不同服务商对带宽的计费方式不同，有的按峰值计费，有的按固定带宽计费，需根据预算和实际需求选择。3.选择可靠的云服务商：如阿里云、腾讯云、华为云等主流平台，提供稳定的大宽带资源和良好的技术支持。4.测试与监控：上线前进行压力测试，上线后持续监控带宽使用情况，避免资源浪费或瓶颈出现。四、大宽带服务器的配置与优化建议？在实际使用过程中，小白还需要掌握一些基本的配置与优化技巧：1.合理分配带宽资源：通过QoS（服务质量）策略，优先保障关键业务流量。2.使用CDN加速：结合内容分发网络，将静态资源缓存到离用户更近的节点，减轻服务器压力。3.启用负载均衡：当单台服务器带宽无法满足需求时，可以通过负载均衡将流量分发到多台服务器。4.定期优化网络配置：包括调整TCP/IP参数、优化Web服务器设置等，提升整体传输效率。五、使用大宽带服务器时的常见误区虽然大宽带服务器性能强大，但小白在使用过程中也容易陷入一些误区：1.认为带宽越大越好：实际上，带宽要与业务需求匹配，盲目追求高带宽会增加成本。2.忽视服务器性能配置：即使带宽充足，如果CPU、内存或硬盘性能不足，依然会导致服务卡顿。3.忽略网络安全防护：大宽带服务器更容易成为DDoS攻击的目标，必须配备相应的防护机制。4.不进行监控与日志分析：缺乏对带宽使用情况的了解，容易造成资源浪费或突发问题无法及时处理。通过不断学习和实践，小白也能逐步掌握大宽带服务器的使用方法，并将其应用于实际项目中。从理解带宽的基本概念开始，到学会选择、配置和优化，每一步都是提升网络服务能力的关键。掌握这些知识，不仅有助于应对高并发、大数据量的挑战，也为深入学习云计算、网络架构等领域打下坚实基础。
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基于上述需求，我们要使用统一的流量入口来对外提供服务，本质上就是需要一个流量调度器，通过均衡的算法，将用户大量的请求流量均衡地分发到集群中不同的服务器上。这其实就是我们今天要说的负载均衡，什么是负载均衡？
使用负载均衡可以给我们带来的几个好处：
提高了系统的整体性能；
提高了系统的扩展性；
提高了系统的可用性；
负载均衡类型
什么是负载均衡？广义上的负载均衡器大概可以分为 3 类，包括：DNS 方式实现负载均衡、硬件负载均衡、软件负载均衡。
（一）DNS 实现负载均衡
DNS 实现负载均衡是最基础简单的方式。一个域名通过 DNS 解析到多个 IP，每个 IP 对应不同的服务器实例，这样就完成了流量的调度，虽然没有使用常规的负载均衡器，但实现了简单的负载均衡功能。
通过 DNS 实现负载均衡的方式，最大的优点就是实现简单，成本低，无需自己开发或维护负载均衡设备，不过存在一些缺点：
①服务器故障切换延迟大，服务器升级不方便。我们知道 DNS 与用户之间是层层的缓存，即便是在故障发生时及时通过 DNS 修改或摘除故障服务器，但中间经过运营商的 DNS 缓存，且缓存很有可能不遵循 TTL 规则，导致 DNS 生效时间变得非常缓慢，有时候一天后还会有些许的请求流量。
②流量调度不均衡，粒度太粗。DNS 调度的均衡性，受地区运营商 LocalDNS 返回 IP 列表的策略有关系，有的运营商并不会轮询返回多个不同的 IP 地址。另外，某个运营商 LocalDNS 背后服务了多少用户，这也会构成流量调度不均的重要因素。
③流量分配策略太简单，支持的算法太少。DNS 一般只支持 rr 的轮询方式，流量分配策略比较简单，不支持权重、Hash 等调度算法。
④DNS 支持的 IP 列表有限制。我们知道 DNS 使用 UDP 报文进行信息传递，每个 UDP 报文大小受链路的 MTU 限制，所以报文中存储的 IP 地址数量也是非常有限的，阿里 DNS 系统针对同一个域名支持配置 10 个不同的 IP 地址。
（二）硬件负载均衡
硬件负载均衡是通过专门的硬件设备来实现负载均衡功能，是专用的负载均衡设备。目前业界典型的硬件负载均衡设备有两款：F5和A10。
这类设备性能强劲、功能强大，但价格非常昂贵，一般只有土豪公司才会使用此类设备，中小公司一般负担不起，业务量没那么大，用这些设备也是挺浪费的。
硬件负载均衡的优点：
功能强大：全面支持各层级的负载均衡，支持全面的负载均衡算法。
性能强大：性能远超常见的软件负载均衡器。
稳定性高：商用硬件负载均衡，经过了良好的严格测试，经过大规模使用，稳定性高。
安全防护：还具备防火墙、防 DDoS 攻击等安全功能，以及支持 SNAT 功能。
硬件负载均衡的缺点也很明显：
①价格贵；
②扩展性差，无法进行扩展和定制；
③调试和维护比较麻烦，需要专业人员；
（三）软件负载均衡
软件负载均衡，可以在普通的服务器上运行负载均衡软件，实现负载均衡功能。目前常见的有 Nginx、HAproxy、LVS。其中的区别：
Nginx：七层负载均衡，支持 HTTP、E-mail 协议，同时也支持 4 层负载均衡；
HAproxy：支持七层规则的，性能也很不错。OpenStack 默认使用的负载均衡软件就是 HAproxy；
LVS：运行在内核态，性能是软件负载均衡中最高的，严格来说工作在三层，所以更通用一些，适用各种应用服务。
软件负载均衡的优点：
易操作：无论是部署还是维护都相对比较简单；
便宜：只需要服务器的成本，软件是免费的；
灵活：4 层和 7 层负载均衡可以根据业务特点进行选择，方便进行扩展和定制功能。
负载均衡LVS
软件负载均衡主要包括：Nginx、HAproxy 和 LVS，三款软件都比较常用。四层负载均衡基本上都会使用 LVS，据了解 BAT 等大厂都是 LVS 重度使用者，就是因为 LVS 非常出色的性能，能为公司节省巨大的成本。
LVS，全称 Linux Virtual Server 是由国人章文嵩博士发起的一个开源的项目，在社区具有很大的热度，是一个基于四层、具有强大性能的反向代理服务器。
它现在是标准内核的一部分，它具备可靠性、高性能、可扩展性和可操作性的特点，从而以低廉的成本实现最优的性能。
Netfilter基础原理
LVS 是基于 Linux 内核中 netfilter 框架实现的负载均衡功能，所以要学习 LVS 之前必须要先简单了解 netfilter 基本工作原理。netfilter 其实很复杂，平时我们说的 Linux 防火墙就是 netfilter，不过我们平时操作的都是 iptables，iptables 只是用户空间编写和传递规则的工具而已，真正工作的是 netfilter。通过下图可以简单了解下 netfilter 的工作机制：
netfilter 是内核态的 Linux 防火墙机制，作为一个通用、抽象的框架，提供了一整套的 hook 函数管理机制，提供诸如数据包过滤、网络地址转换、基于协议类型的连接跟踪的功能。
通俗点讲，就是 netfilter 提供一种机制，可以在数据包流经过程中，根据规则设置若干个关卡（hook 函数）来执行相关的操作。netfilter 总共设置了 5 个点，包括：
①PREROUTING ：刚刚进入网络层，还未进行路由查找的包，通过此处
②INPUT ：通过路由查找，确定发往本机的包，通过此处
③FORWARD ：经路由查找后，要转发的包，在POST_ROUTING之前
④OUTPUT ：从本机进程刚发出的包，通过此处
⑤POSTROUTING ：进入网络层已经经过路由查找，确定转发，将要离开本设备的包，通过此处
当一个数据包进入网卡，经过链路层之后进入网络层就会到达 PREROUTING，接着根据目标 IP 地址进行路由查找，如果目标 IP 是本机，数据包继续传递到 INPUT 上，经过协议栈后根据端口将数据送到相应的应用程序。
应用程序处理请求后将响应数据包发送到 OUTPUT 上，最终通过 POSTROUTING 后发送出网卡。
如果目标 IP 不是本机，而且服务器开启了 forward 参数，就会将数据包递送给 FORWARD 上，最后通过 POSTROUTING 后发送出网卡。
LVS基础原理
LVS 是基于 netfilter 框架，主要工作于 INPUT 链上，在 INPUT 上注册 ip_vs_in HOOK 函数，进行 IPVS 主流程，大概原理如图所示：
当用户访问 www.sina.com.cn 时，用户数据通过层层网络，最后通过交换机进入 LVS 服务器网卡，并进入内核网络层。
进入 PREROUTING 后经过路由查找，确定访问的目的 VIP 是本机 IP 地址，所以数据包进入到 INPUT 链上
LVS 是工作在 INPUT 链上，会根据访问的 IP:Port 判断请求是否是 LVS 服务，如果是则进行 LVS 主流程，强行修改数据包的相关数据，并将数据包发往 POSTROUTING 链上。
POSTROUTING 上收到数据包后，根据目标 IP 地址（后端真实服务器），通过路由选路，将数据包最终发往后端的服务器上。
开源 LVS 版本有 3 种工作模式，每种模式工作原理都不同，每种模式都有自己的优缺点和不同的应用场景，包括以下三种模式：
①DR 模式
②NAT 模式
③Tunnel 模式
这里必须要提另外一种模式是 FullNAT，这个模式在开源版本中是模式没有的。这个模式最早起源于百度，后来又在阿里发扬光大，由阿里团队开源，代码地址如下：
https://github.com/alibaba/lvs
LVS 官网也有相关下载地址，不过并没有合进到内核主线版本。
后面会有专门章节详细介绍 FullNAT 模式。下边分别就 DR、NAT、Tunnel 模式分别详细介绍原理。
DR 模式实现原理
LVS 基本原理图中描述的比较简单，表述的是比较通用流程。下边会针对 DR 模式的具体实现原理，详细的阐述 DR 模式是如何工作的。
（一）实现原理过程
① 当客户端请求 www.sina.com.cn 主页，请求数据包穿过网络到达 Sina 的 LVS 服务器网卡：源 IP 是客户端 IP 地址 CIP，目的 IP 是新浪对外的服务器 IP 地址，也就是 VIP；此时源 MAC 地址是 CMAC，其实是 LVS 连接的路由器的 MAC 地址（为了容易理解记为 CMAC），目标 MAC 地址是 VIP 对应的 MAC，记为 VMAC。
② 数据包经过链路层到达 PREROUTING 位置（刚进入网络层），查找路由发现目的 IP 是 LVS 的 VIP，就会递送到 INPUT 链上，此时数据包 MAC、IP、Port 都没有修改。
③ 数据包到达 INPUT 链，INPUT 是 LVS 主要工作的位置。此时 LVS 会根据目的 IP 和 Port 来确认是否是 LVS 定义的服务，如果是定义过的 VIP 服务，就会根据配置信息，从真实服务器列表 中选择一个作为 RS1，然后以 RS1 作为目标查找 Out 方向的路由，确定一下跳信息以及数据包要通过哪个网卡发出。最后将数据包投递到 OUTPUT 链上。
④ 数据包通过 POSTROUTING 链后，从网络层转到链路层，将目的 MAC 地址修改为 RealServer 服务器 MAC 地址，记为 RMAC；而源 MAC 地址修改为 LVS 与 RS 同网段的 selfIP 对应的 MAC 地址，记为 DMAC。此时，数据包通过交换机转发给了 RealServer 服务器（注：为了简单图中没有画交换机）。
⑤ 请求数据包到达后端真实服务器后，链路层检查目的 MAC 是自己网卡地址。到了网络层，查找路由，目的 IP 是 VIP（lo 上配置了 VIP），判定是本地主机的数据包，经过协议栈拷贝至应用程序（比如 nginx 服务器），nginx 响应请求后，产生响应数据包。
然后以 CIP 查找出方向的路由，确定下一跳信息和发送网卡设备信息。此时数据包源、目的 IP 分别是 VIP、CIP，而源 MAC 地址是 RS1 的 RMAC，目的 MAC 是下一跳（路由器）的 MAC 地址，记为 CMAC（为了容易理解，记为 CMAC）。然后数据包通过 RS 相连的路由器转发给真正客户端，完成了请求响应的全过程。
从整个过程可以看出，DR 模式 LVS 逻辑比较简单，数据包通过直接路由方式转发给后端服务器，而且响应数据包是由 RS 服务器直接发送给客户端，不经过 LVS。
我们知道通常请求数据包会比较小，响应报文较大，经过 LVS 的数据包基本上都是小包，所以这也是 LVS 的 DR 模式性能强大的主要原因。
（二）优缺点和使用场景
DR 模式的优点
1.响应数据不经过 lvs，性能高
2.对数据包修改小，信息保存完整（携带客户端源 IP）
DR 模式的缺点
1.lvs 与 rs 必须在同一个物理网络（不支持跨机房）
2.服务器上必须配置 lo 和其它内核参数
3.不支持端口映射
DR 模式的使用场景
如果对性能要求非常高，可以首选 DR 模式，而且可以透传客户端源 IP 地址。
NAT 模式实现原理
（一）实现原理与过程
① 用户请求数据包经过层层网络，到达 lvs 网卡，此时数据包源 IP 是 CIP，目的 IP 是 VIP。
② 经过网卡进入网络层 prerouting 位置，根据目的 IP 查找路由，确认是本机 IP，将数据包转发到 INPUT 上，此时源、目的 IP 都未发生变化。
③ 到达 lvs 后，通过目的 IP 和目的 port 查找是否为 IPVS 服务。若是 IPVS 服务，则会选择一个 RS 作为后端服务器，将数据包目的 IP 修改为 RIP，并以 RIP 为目的 IP 查找路由信息，确定下一跳和出口信息，将数据包转发至 output 上。
④ 修改后的数据包经过 postrouting 和链路层处理后，到达 RS 服务器，此时的数据包源 IP 是 CIP，目的 IP 是 RIP。
⑤ 到达 RS 服务器的数据包经过链路层和网络层检查后，被送往用户空间 nginx 程序。nginx 程序处理完毕，发送响应数据包，由于 RS 上默认网关配置为 lvs 设备 IP，所以 nginx 服务器会将数据包转发至下一跳，也就是 lvs 服务器。此时数据包源 IP 是 RIP，目的 IP 是 CIP。
⑥ lvs 服务器收到 RS 响应数据包后，根据路由查找，发现目的 IP 不是本机 IP，且 lvs 服务器开启了转发模式，所以将数据包转发给 forward 链，此时数据包未作修改。
⑦ lvs 收到响应数据包后，根据目的 IP 和目的 port 查找服务和连接表，将源 IP 改为 VIP，通过路由查找，确定下一跳和出口信息，将数据包发送至网关，经过复杂的网络到达用户客户端，最终完成了一次请求和响应的交互。
NAT 模式双向流量都经过 LVS，因此 NAT 模式性能会存在一定的瓶颈。不过与其它模式区别的是，NAT 支持端口映射，且支持 windows 操作系统。
NAT 模式优点
1.能够支持 windows 操作系统
2.支持端口映射。
如果 rs 端口与 vport 不一致，lvs 除了修改目的 IP，也会修改 dport 以支持端口映射。
NAT 模式缺点
1.后端 RS 需要配置网关
2.双向流量对 lvs 负载压力比较大
NAT 模式的使用场景
如果你是 windows 系统，使用 lvs 的话，则必须选择 NAT 模式了。
Tunnel 模式在国内使用的比较少，不过据说腾讯使用了大量的 Tunnel 模式。它也是一种单臂的模式，只有请求数据会经过 lvs，响应数据直接从后端服务器发送给客户端，性能也很强大，同时支持跨机房。下边继续看图分析原理。
（一）实现原理与过程
① 用户请求数据包经过多层网络，到达 lvs 网卡，此时数据包源 IP 是 cip，目的 ip 是 vip。
② 经过网卡进入网络层 prerouting 位置，根据目的 ip 查找路由，确认是本机 ip，将数据包转发到 input 链上，到达 lvs，此时源、目的 ip 都未发生变化。
③ 到达 lvs 后，通过目的 ip 和目的 port 查找是否为 IPVS 服务。若是 IPVS 服务，则会选择一个 rs 作为后端服务器，以 rip 为目的 ip 查找路由信息，确定下一跳、dev 等信息，然后 IP 头部前边额外增加了一个 IP 头（以 dip 为源，rip 为目的 ip），将数据包转发至 output 上。
④ 数据包根据路由信息经最终经过 lvs 网卡，发送至路由器网关，通过网络到达后端服务器。
⑤ 后端服务器收到数据包后，ipip 模块将 Tunnel 头部卸载，正常看到的源 ip 是 cip，目的 ip 是 vip，由于在 tunl0 上配置 vip，路由查找后判定为本机 ip，送往应用程序。应用程序 nginx 正常响应数据后以 vip 为源 ip，cip 为目的 ip 数据包发送出网卡，最终到达客户端。
Tunnel 模式具备 DR 模式的高性能，又支持跨机房访问，听起来比较完美。不过国内运营商有一定特色性，比如 RS 的响应数据包的源 IP 为 VIP，VIP 与后端服务器有可能存在跨运营商的情况，很有可能被运营商的策略封掉，Tunnel 在生产环境确实没有使用过，在国内推行 Tunnel 可能会有一定的难度吧。
（二）优点、缺点与使用场景
Tunnel 模式的优点
1.单臂模式，对 lvs 负载压力小
2.对数据包修改较小，信息保存完整
3.可跨机房（不过在国内实现有难度）
Tunnel 模式的缺点
1.需要在后端服务器安装配置 ipip 模块
2.需要在后端服务器 tunl0 配置 vip
3.隧道头部的加入可能导致分片，影响服务器性能
4.隧道头部 IP 地址固定，后端服务器网卡 hash 可能不均
5.不支持端口映射
Tunnel 模式的使用场景
理论上，如果对转发性能要求较高，且有跨机房需求，Tunnel 可能是较好的选择。
以上是主题为：什么是负载均衡？的教学全部内容，希望对您有帮助！
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为什么元宇宙APP恶意攻击如此严重？
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弹性云服务器是什么？看五点就懂了
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