从网络到高并发负载均衡

在现在这个时代，上网并具消费能力的群体有2亿多。如果要获得这些流量，从技术这个角度来看，系统需要承受亿级的并发，那么怎么hold住这么大的并发呢。本篇就从网络出发，讲解下应对高并发的技术—负载均衡器。

流量最直接的来源是网络，所以我先从网络开始讲起。这里我们从五层架构体系出发，如下图，简单介绍下各层的作用。

物理层：信号传输的媒介，电缆，wifi等。

链路层：节点间通讯，比如arp协议

网络层：端点间通讯，ip协议

传输控制层：传输控制，如TCP（三次握手，四次挥手）,UDP协议等

应用层：服务应用发出网络请求

当我们在应用层发起一个请求后，应用层会阻塞等待传输控制层的返回。传输控制层规定了怎样才算和目标主机连接成功。网络层根据目标的ip去网络中寻找目标主机，这个过程中可能有多个网络，我们要知道请求去往哪个网络，所以我们需要路由器，路由器里有路由表，告诉你目标网络在哪条路上。在每个网络中，主机之间可以相互通讯，这里就需要交换机了。网络层将消息给链路层后，等待链路层的返回，链路层需要找到路由器，才能知道接下去要去哪个网络。那怎么知道自己要找的路由器呢，链路层有一个协议叫arp,该协议规定一台主机开机时，网卡就会发包去找路由器的mac地址，找到就存下来了。物理层可以理解为一个传输介质，通过其链路层找到路由器了，然后去往下一个网络，循环往复，最后找到指定的ip。目标主机收到请求后，会一层层解包传递到应用层，一个请求算是结束了。

在这种情况下，要是有很多的用户，发请求到同一台服务器，整个过程中路由器可以有很多台，交换机可以有很多台，但目标ip的主机只有一台。它收到请求后本身就要干很多活，又一下子来了那么多，那就很容易扛不住。那怎么办呢，我们很容易想到一个词，分而治之，可是ip只有一个，请求只能打到指定ip的主机上。既然无法避免收到那么请求，那收到请求后要干的活能不能给别人干呢，答案是能。这个只做转发的机子就叫负载均衡服务器。加入负载均衡器后的网络如下图所示。

上面提到负载均衡器将收到的请求要转发给后面的服务器，这里就涉及到网络地址转换了。

目标地址转换。打到负载均衡器，负载均衡器转变目标地址，将请求给到服务器。服务器返回给负载均衡器，负载均衡器转变地址后返回客户端。这种传输方式是非对称，来的信息和返回的信息大小不一致。来回都经过负载均衡服务器，消耗服务器带宽，算力。

在这种模型中，VIP是客户端请求目标的ip，服务器会隐藏一个VIP。请求打到负载均衡器，通过arp协议找到服务器，服务器通过隐藏的VIP直接将请求返回客户端。由于是通过arp协议找到的服务器，这里要求服务器和负载均衡器需要在一个局域网里。

在这种模型中，VIP是客户端请求目标的ip，服务器也会隐藏一个VIP。请求打到负载均衡器，负载均衡服务器会在CIP->VIP上套上其到服务器的ip(DIP->RIP)。服务器处理完请求后，会根据包着的ip返回请求到客户端。相对于D-R模型，这里负载均衡器和服务器不会受限于局域网。

本文从网络架构知识出发，推导出了三种网络模型。现实中实现负载均衡的技术为LVS（Linux Virtual Server）,下篇会用LVS做一个小实验，实现DR模型。