揭秘AZ-104负载均衡器配置：5步实现高可用网络架构

第一章：揭秘AZ-104负载均衡器核心概念

Azure 负载均衡器是实现高可用性和可扩展性的关键网络服务，广泛应用于 AZ-104 认证所涵盖的 Azure 管理任务中。它通过将入站流量智能分发到多个后端实例，确保应用程序的稳定运行和高效响应。

负载均衡器的工作模式

Azure 负载均衡器支持两种主要类型：公共（面向互联网）和内部（私有网络）。无论哪种类型，其核心组件包括前端 IP 配置、后端地址池、负载均衡规则、探测健康状态的探针等。

• 前端 IP 配置：接收来自客户端的流量，可为公网或内网 IP
• 后端地址池：包含虚拟机或虚拟机规模集的 NIC IP 地址
• 负载均衡规则：定义如何将流量从前端端口映射到后端端口
• 健康探针：定期检查后端实例的可用性，自动剔除不健康的实例

配置健康探针示例

以下是一个使用 Azure CLI 创建 HTTP 健康探针的代码示例：

# 创建 HTTP 健康探针，每 5 秒检测一次，连续 2 次失败判定为不可用
az network lb probe create \
  --resource-group MyResourceGroup \
  --lb-name MyLoadBalancer \
  --name MyHealthProbe \
  --protocol http \
  --port 80 \
  --path '/health' \
  --interval 5 \
  --threshold 2

上述命令创建一个基于 HTTP 的健康检查，访问路径为 /health，适用于运行 Web 服务的应用实例。

负载均衡规则与流量分发策略

负载均衡器支持五元组哈希（源 IP、源端口、目标 IP、目标端口、协议）进行流量分发，确保同一会话始终路由到相同后端实例。此外，可通过启用“出站规则”统一管理 SNAT（源网络地址转换）连接。

组件	作用说明
前端 IP	接收外部请求的入口点
后端池	承载实际工作负载的 VM 或实例集合
健康探针	决定哪些实例可以接收新流量

graph LR A[客户端请求] --> B(负载均衡器前端IP) B --> C{健康检查通过?} C -->|是| D[分发至后端实例] C -->|否| E[排除故障节点]

第二章：Azure负载均衡器类型与工作原理

2.1 理解公网与内部负载均衡器的适用场景

在构建现代云原生应用架构时，合理选择负载均衡器类型至关重要。公网负载均衡器用于将外部流量分发到后端服务，适用于面向互联网的应用入口。

公网负载均衡器典型场景

• 对外提供Web服务，如电商平台前端访问
• 移动App后端API的统一接入点

内部负载均衡器应用场景

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: internal-service
  annotations:
    cloud.google.com/load-balancer-type: "Internal" # 指定为内部负载均衡

该配置创建一个仅限VPC内访问的负载均衡器，常用于微服务间通信，提升安全性和网络性能。

类型	访问范围	安全性
公网	互联网可访问	需配合防火墙策略
内部	私有网络内访问	隔离性高

2.2 探究标准与基本SKU的关键差异

在电商系统架构中，SKU（库存保有单位）的分类直接影响商品管理效率。标准SKU通常包含完整属性组合，如颜色、尺寸、材质等，适用于精细化库存控制。

数据结构对比

• 基本SKU：仅标识商品主体，不区分变体，常用于物流与仓储基础单元。
• 标准SKU：由基本SKU派生，附加属性维度，支持多维筛选与精准追踪。

示例代码：SKU生成逻辑

// GenerateStandardSKU 根据基础信息与属性生成标准SKU
func GenerateStandardSKU(baseSKU string, attrs map[string]string) string {
    hash := md5.Sum([]byte(fmt.Sprintf("%s-%v", baseSKU, attrs)))
    return fmt.Sprintf("%s-%x", baseSKU, hash[:6])
}

上述函数通过MD5哈希合并基础SKU与属性映射，确保同一属性组合生成唯一标准SKU，避免重复上架问题。

关键差异总结

维度	基本SKU	标准SKU
粒度	粗粒度	细粒度
用途	仓储计量	销售与库存管理

2.3 负载均衡规则与入站NAT池工作机制

负载均衡规则定义了如何将外部请求分发到后端实例，通常与入站NAT池协同工作。入站NAT池预分配公网IP和端口范围，用于映射到内部虚拟机的私有IP和端口。

负载均衡规则核心参数

• 前端IP配置：绑定公网IP，接收外部流量；
• 协议与端口：指定TCP/UDP及监听端口；
• 后端池：包含实际处理请求的虚拟机实例；
• 健康探测：确保只将流量路由至健康的实例。

NAT池端口映射示例

{
  "frontendIP": "203.0.113.10",
  "protocol": "TCP",
  "frontendPortRangeStart": 8000,
  "frontendPortRangeEnd": 8999,
  "backendPort": 80,
  "backendPool": [ "10.0.0.4", "10.0.0.5" ]
}

该配置表示从8000-8999的公网端口映射到后端服务器的80端口，实现多实例共享同一公网IP的入站访问。

2.4 配置前端IP配置与后端池连接策略

在负载均衡架构中，前端IP配置决定了流量入口的可达性。通过绑定公网IP或私网IP，可灵活控制服务暴露范围。通常使用静态IP绑定以确保DNS解析稳定性。

后端池健康检查机制

为保障服务高可用，需配置合理的健康检查策略。以下为典型配置示例：

{
  "intervalSeconds": 5,
  "timeoutSeconds": 2,
  "unhealthyThreshold": 3,
  "healthyThreshold": 2,
  "protocol": "HTTP",
  "path": "/health"
}

该配置表示每5秒发起一次健康检查，超时2秒判定失败，连续3次失败则标记为不可用，恢复需连续2次成功。路径/health应返回200状态码。

连接转发策略配置

支持轮询、最少连接、源IP哈希等调度算法。推荐在会话保持场景使用源IP哈希，避免频繁重登录。

• 轮询（Round Robin）：适用于无状态服务
• 最少连接（Least Connections）：动态负载更优
• 源IP哈希：保证会话一致性

2.5 实践：通过门户创建首个负载均衡器实例

在云平台门户中创建负载均衡器是实现应用高可用的关键第一步。登录控制台后，进入“网络”服务，选择“负载均衡器”并点击“创建实例”。

配置基础参数

填写实例名称、选择区域与虚拟私有云（VPC）。确保子网具备足够的IP地址空间，并开启公网访问以支持外部流量接入。

监听协议与后端服务器组

配置监听器时，选择HTTP或HTTPS协议，设置前端端口（如80）。后端服务器组需绑定至少两台云服务器实例，实现流量分发。

{
  "LoadBalancerName": "web-lb",
  "Protocol": "HTTP",
  "FrontendPort": 80,
  "BackendPort": 8080,
  "VpcId": "vpc-123456"
}

上述JSON示例定义了负载均衡器的核心配置：前端接收80端口的HTTP请求，并转发至后端8080端口。VPC标识确保资源在同一网络内安全通信。

验证部署结果

创建完成后，系统分配一个公网IP。可通过浏览器访问该IP，确认请求被均匀分发到后端服务器。

第三章：高可用性网络架构设计原则

3.1 可用性集与可用区在负载均衡中的角色

在构建高可用的云架构时，可用性集（Availability Set）和可用区（Availability Zone）是确保服务持续运行的关键组件。它们通过物理资源的隔离与分布，降低单点故障对整体系统的影响。

可用性集的作用机制

可用性集将虚拟机分布在多个容错域和更新域中，确保在维护或硬件故障期间至少有一台实例保持运行。例如，在 Azure 中创建可用性集：

az vm availability-set create \
  --name myAvailabilitySet \
  --resource-group myResourceGroup \
  --platform-fault-domain-count 2 \
  --platform-update-domain-count 2

上述命令创建一个包含两个容错域和两个更新域的可用性集，提升虚拟机部署的冗余性。

可用区与负载均衡协同

相比可用性集，可用区提供物理位置上的隔离——每个可用区是独立的数据中心。结合负载均衡器，流量可跨区分配，实现区域级容灾。

特性	可用性集	可用区
故障隔离级别	机架级	数据中心级
地理分布	同一区域	同一区域内不同位置
适用场景	单数据中心高可用	区域级容灾

3.2 健康探测机制与故障转移逻辑解析

健康探测机制设计

为确保集群节点的高可用性，系统采用主动式健康探测机制。通过周期性发送心跳请求，检测目标节点的响应状态。探测协议支持HTTP/TCP两种模式，可根据服务类型灵活配置。

type HealthChecker struct {
    Interval time.Duration // 探测间隔
    Timeout  time.Duration // 超时时间
    Retries  int           // 重试次数
}

func (hc *HealthChecker) Check(target string) bool {
    for i := 0; i < hc.Retries; i++ {
        ctx, cancel := context.WithTimeout(context.Background(), hc.Timeout)
        defer cancel()
        if resp, err := http.GetWithContext(ctx, "http://"+target+"/health"); err == nil && resp.StatusCode == http.StatusOK {
            return true
        }
    }
    return false
}

上述代码实现了一个基础健康检查器，通过设定超时和重试策略避免误判。Interval决定探测频率，Timeout防止阻塞，Retries提升判断准确性。

故障转移触发逻辑

当连续多次探测失败后，系统将该节点标记为“不健康”，并触发故障转移流程。负载均衡器动态更新节点列表，流量自动切换至可用实例，保障服务连续性。

3.3 实践：构建跨区域容灾的负载均衡方案

在高可用架构中，跨区域容灾的负载均衡是保障服务连续性的关键环节。通过将流量智能调度至多个地理区域的后端集群，系统可在单点故障时自动切换。

全局负载均衡器配置

使用DNS级负载均衡（如云厂商提供的Global Load Balancer）实现跨区域流量分发：

{
  "regions": ["us-east-1", "ap-southeast-1"],
  "health_check_path": "/healthz",
  "failover_policy": "geo_proximity"
}

上述配置定义了两个服务区域，并启用基于地理位置的故障转移策略。健康检查路径确保后端服务状态实时监控，一旦某区域服务不可用，流量自动导向最近健康节点。

多活数据中心同步机制

• 数据层采用异步复制，保证最终一致性
• 会话状态通过分布式缓存（如Redis Cluster）跨区共享
• 配置中心统一推送路由规则，确保策略一致

第四章：AZ-104考试重点配置实战

4.1 配置多IP前端实现多应用共存

在高可用架构中，通过为前端服务器绑定多个IP地址，可实现多个独立应用在同一物理机或虚拟机上共存运行，互不干扰。

网络配置示例

# 为网卡添加辅助IP
ip addr add 192.168.1.101/24 dev eth0
ip addr add 192.168.1.102/24 dev eth0
ip addr add 192.168.1.103/24 dev eth0

上述命令为eth0网卡配置三个不同IP，每个IP可绑定一个Nginx虚拟主机或Docker容器，服务于不同应用。

应用场景与优势

• 隔离不同业务系统的访问入口，提升安全性
• 便于SSL证书按IP部署，避免域名冲突
• 支持基于IP的负载均衡和故障切换

结合反向代理，可实现基于IP的流量路由，增强系统灵活性。

4.2 实现VMSS与负载均衡器集成

在Azure环境中，虚拟机规模集（VMSS）需与负载均衡器集成以实现流量分发和高可用性。通过平台自动创建的标准负载均衡器，可将外部请求均匀分配至各实例。

配置后端地址池关联

VMSS实例通过网络配置文件自动加入负载均衡器的后端池。关键配置如下：

"loadBalancerBackendAddressPools": [
  {
    "id": "/subscriptions/{sub-id}/resourceGroups/{rg}/providers/Microsoft.Network/loadBalancers/{lb-name}/backendAddressPools/backend-pool"
  }
]

该配置确保所有从VMSS创建的NIC接口自动注册到指定后端池，实现动态成员管理。

健康探针与自动修复

负载均衡器通过HTTP或TCP探针检测实例健康状态。异常实例将被自动移出后端池，并触发VMSS自动修复策略替换故障节点，保障服务连续性。

4.3 使用NSG与路由表保障流量安全

在Azure虚拟网络中，网络安全组（NSG）与自定义路由表协同工作，实现精细化的流量控制与路径引导。

NSG规则配置示例

{
  "priority": 100,
  "sourceAddressPrefix": "10.0.1.0/24",
  "destinationPortRange": "80",
  "protocol": "Tcp",
  "access": "Allow",
  "direction": "Inbound"
}

该规则允许来自子网10.0.1.0/24的HTTP流量进入目标资源。优先级数值越低，规则越早执行，确保关键策略优先匹配。

路由表与子网关联

路由名称	目标地址前缀	下一跳类型
Route-To-Firewall	0.0.0.0/0	Virtual Appliance

通过将路由表绑定至子网，可强制所有出站流量经由防火墙设备，实现集中式安全检测与日志审计。

4.4 实践：通过PowerShell自动化部署LB资源

在Azure环境中，使用PowerShell可高效实现负载均衡器（Load Balancer）资源的自动化部署。通过脚本化方式定义前端IP、后端地址池、探测规则与负载均衡规则，提升部署一致性与可重复性。

部署流程概览

• 登录Azure账户并选择目标订阅
• 创建资源组与虚拟网络
• 配置公共IP用于负载均衡器前端
• 部署负载均衡器并关联健康探测与规则

核心PowerShell代码示例

# 创建公共IP
$publicIP = New-AzPublicIpAddress -Name "lb-public-ip" -ResourceGroupName "rg-demo" `
  -Location "EastUS" -AllocationMethod Static -Sku Standard

# 创建前端IP配置
$frontendIP = New-AzLoadBalancerFrontendConfig -Name "frontend" -PublicIpAddress $publicIP

# 创建健康探测
$probe = New-AzLoadBalancerProbeConfig -Name "http-probe" -Protocol http -Port 80 `
  -RequestPath "/" -IntervalInSeconds 15 -ProbeCount 2

# 创建负载均衡规则
$lbrule = New-AzLoadBalancerRuleConfig -Name "http-rule" -FrontendIpConfiguration $frontendIP `
  -BackendAddressPool $backendPool -Probe $probe -Protocol Tcp -FrontendPort 80 -BackendPort 80

# 创建标准负载均衡器
New-AzLoadBalancer -Name "demo-lb" -ResourceGroupName "rg-demo" -Location "EastUS" `
  -FrontendIpConfiguration $frontendIP -BackendAddressPool $backendPool `
  -Probe $probe -LoadBalancingRule $lbrule -Sku Standard

上述脚本中，New-AzPublicIpAddress 创建静态公网IP，确保LB入口稳定；ProbeConfig 定义健康检查机制，自动隔离异常实例；LoadBalancingRule 明确流量分发策略。整个过程实现基础设施即代码（IaC），便于版本控制与CI/CD集成。

第五章：5步完成高可用网络架构部署总结

需求分析与拓扑设计

在某金融企业核心系统升级中，首先明确高可用性指标需达到99.99%。基于此，采用双活数据中心架构，通过BGP实现跨站点路由冗余。网络拓扑包含核心层、汇聚层与接入层，核心交换机部署VRRP保障网关冗余。

设备选型与链路规划

关键设备选用支持堆叠与NSF/GR特性的高端交换机，如华为CE6850系列。所有上行链路配置LACP动态聚合，确保单链路故障不影响业务连续性。

冗余协议部署

核心层启用OSPF Graceful Restart机制，避免主备切换时路由震荡。以下为关键配置片段：

# 配置VRRP主备网关
interface Vlanif100
 vrrp vrid 1 virtual-ip 192.168.100.1
 vrrp vrid 1 priority 120
 vrrp vrid 1 track interface GigabitEthernet1/0/1 reduced 30

负载均衡与故障切换测试

使用F5 BIG-IP部署服务器负载均衡，健康检查间隔设为3秒，超时时间9秒。模拟Web服务器宕机后，流量在4.2秒内自动迁移至备用节点。

测试项	预期结果	实测结果
链路故障收敛	<500ms	380ms
设备主备切换	<1s	820ms

监控与自动化维护

集成Prometheus + Grafana实现全链路监控，自定义告警规则检测接口错包率突增。通过Ansible定期备份配置，确保变更可追溯。