前言：

负载均衡是互联网系统架构中必不可少的一个技术，通过负载均衡，可以将高并发的用户请求分发到多台应用服务器组成的一个服务器集群上，利用更多的服务器资源处理高并发下的计算压力。

早期负载均衡的实现，使用专门的负载均衡硬件设备，这些硬件通常比较昂贵，随着互联网的普及，越来越多的企业需要部署自己的互联网应用系统，而这些专业的负载均衡硬件，对于成本的要求比较高，于是出现了各种通过软件实现负载均衡的技术方案。

HTTP重定向负载均衡：

HTTP重定向负载均衡是一种比较简单的负载均衡技术实现。来自用户的HTTP请求到达负载均衡服务器以后，负载均衡服务器根据某种负载均衡算法计算得到一个应用服务器的地址，通过HTTP状态码302重定向响应，将新的IP地址发送给用户浏览器，用户浏览器重定向响应以后，重新发送请求到真正的应用服务器，来达到负载均衡的目的。

这种负载均衡实现方法比较简单，如果是用Java开发的话，只需要在Servlet代码中调用响应重定向方法就可以了，在简化的情况下，只需要不到十行代码就可以实现一个HTTP重定向的负载均衡服务器了。

HTTP重定向负载均衡的优点是设计比较简单，但是它的缺点也比较明显，一方面用户完成了一次访问，就需要请求两次数据中心，一次请求负载均衡服务器，一次是请求应用服务器，请求处理性能就会受很大的影响。

另一个问题是因为响应要重定向到真正的应用服务器，所以需要把应用服务器的IP地址暴露给外部用户，这样可能会带来安全性的问题，负载均衡服务器通常不部署应用代码，也会关闭不必要的访问端口，设置比较严格的防火墙权限，通常安全性更好一点，因此，一个互联网通常只将负载均衡服务器的IP地址外暴露，供用户访问，而应用服务器则只是用内网的IP，外部访问者无法直接连接应用服务器，但是使用HTTP重定向负载均衡，应用服务器不得不使用公网IP，外部访问者可以直接连接到应用服务器，系统的安全性会降低。因此HTTP重定向负载均衡在实战中很少使用。

DNS负载均衡：

另一种实现负载均衡的技术方案是DNS负载均衡，我们知道浏览器或者APP应用访问数据中心的时候，通常是用域名进行访问，HTTP协议则必须知道IP地址才能建立通信连接，那么域名是如何转换成IP地址的，就是通过DNS服务器来完成，当用户从浏览器发起HTTP请求的时候，首先要到DNS域名服务器进行域名分析，解析得到IP地址以后，用户才能根据IP地址建立HTTP连接，访问真正的数据中心的应用服务器，这个时候就可以在DNS域名解析的时候进行负载均衡，也就是说，不同的用户进行域名解析的时候，返回不同的IP地址，从而实现负载均衡。

从上面的架构图可以看出来，DNS负载均衡和HTTP重定向负载均衡很像。

DNS与HTTP重定向的分析：

首先和HTTP重定向不同，用户不需要每次请求都进行DNS域名的结息，第一次解析以后，域名缓存在本机，后面较长一部分时间，不会再进行域名的解析了，因此性能方面不会是问题。

其次，域名解析直接得到应用服务器的IP地址，确实会存在安全性问题，但是大型互联网应用通常并不直接通过DNS解析得到应用服务器IP地址，而是结息得到负载均衡服务器的IP，也就是说，大型互联网应用需要两次负载均衡，一次通过DNS负载均衡，用户请求访问数据中心负载均衡服务器集群的某台机器，然后这台负载均衡服务器再进行一次负载均衡，将用户请求分别分发到应用服务器集群的某台服务器上，通过这种方式，应用服务器不需要用公网IP将自己暴露给外部的访问者，避免了安全性的问题。

DNS域名解析是域名服务商提供的一项基本服务，几乎所有的域名服务商都支持域名解析负载均衡，只需要在域名服务商的服务控制台进行一下配置，不需要开发代码进行部署，就可以拥有DNS负载均衡了，目前大型互联网应用，都是使用的DNS负载均衡。比如说不同的电脑，比如说北京的电脑与苏州的电脑ping www.baidu.com的时候，可以看到不同的IP地址。

反向代理负载均衡

缓存架构中得到用户请求到达数据中心以后，最先到达就是反向代理服务器，反向代理服务器查找本机是否有请求的资源，如果有的话就直接返回资源数据，如果没有，就将该请求发送给后面的应用服务器继续处理，事实上，发送请求给应用服务器的时候，就可以进行负载均衡，将不同的用户请求分发到不同的服务器上面。Nginx这样的HTTP服务器就会同时提高反向代理与负载均衡功能。

反向代理服务器是工作在HTTP协议层之上的，所以它代理的也是HTTP的请求和响应，作为互联网应用层的一个协议，HTTP协议相对来说比较重，效率比较低，所以反向代理负载均衡通常用在小规模的互联网系统上，只有几台或者几十台服务器的规模。

IP负载均衡：

反向代理负载均衡是工作在应用层网络协议上的负载均衡，因此也叫应用层的负载均衡，应用层的负载均衡之下的负载均衡方法是在TCP、IP协议的IP层进行负载均衡，IP层是网络通信协议的网络层，所以有时候叫做网络层负载均衡。它的主要工作原理是当用户的请求到达负载均衡服务器以后，负载均衡服务器会对网络层的数据包的IP地址进行转换，修改IP地址，将其修改问英语服务器的IP地址，然后把数据包重新发送出去，请求数据就会到达应用服务器。

IP负载均衡不需要在HTTP协议层工作，可以在操作系统内核直接修改IP数据包的地址，因此，效率比应用层的反向代理负载均衡高的多，但是它依然有一个缺陷，不管是否请求还是响应的数据包，都要通过负载均衡服务器进行IP地址转换，才能正确的把请求数据分发到应用服务器，或者正确地将响应数据包发送到用户端程序，请求的数据通常比较小，一个URL或者是一个简单的表单，但是响应的数据不管是HTML还是图片，或者JS、CSS这样的资源文件通常都会比较大，因此负载均衡服务器会成为响应数据的流量瓶颈。

数据链路层负载均衡：

数据链路层负载均衡可以解决响应数据量大而导致的负载均衡服务器输出带宽不足的问题，也就是说，负载均衡服务器并不修改数据包的IP地址，而是修改数据链路层的网卡mac地址，在数据链路层实现负载均衡。而应用服务器和负载均衡服务器都使用相同的虚拟IP地址，这样IP路由就不会受到影响，但是网卡会根据自己的mac地址，选择负载均衡服务器发送到自己网卡的数据包，交给对应的应用程序取处理，处理结束以后，当把响应的数据包发送到网络上的时候，因为IP地址没有修改过，所以这个响应会直接到达用户的浏览器，而不会经过负载均衡服务器。

链路层负载均衡避免响应数据再经过负载均衡服务器，因而可以承受较大的数据传输压力，所以，目前大型互联网应用基本都是有链路层负载均衡。

Linux上实现IP负载均衡和链路层负载均衡的技术是LVS，目前LVS的功能已经集成到Linux中了，通过Linux可以直接配置实现这两种负载均衡了。

小结：

负载均衡技术在早期刚出现的时候，设备昂贵，使用复杂，只有大型企业也才用，但是到了今天，随着互联网技术的发展与普及，负载均衡已经是最常用的分布式技术之一，使用也非常简单，如果使用云计算平台，只需要在控制台点击几下，就可以配置实现一个负载均衡了，即使是自己部署一个负载均衡服务器，不管是直接使用Linux还是用Nginx，也不是很复杂了。