负载均衡(Load Balance)简介

本文深入解析负载均衡(Load Balance, LB)技术,涵盖四层与七层服务器负载均衡原理、链路负载均衡策略,以及TCP连接复用和SSL卸载等优化手段。详细介绍了负载均衡在服务器群和网络设备集群中的应用,包括报文交互流程和优化方法。

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负载均衡(Load Balance,简称LB)是一种服务器或网络设备的集群技术。负载均衡将特定的业务(网络服务、网络流量等)分担给多个服务器或网络设备,从而提高了业务处理能力,保证了业务的高可用性。负载均衡基本概念有:实服务、实服务组、虚服务、调度算法、持续性等,其常用应用场景主要是服务器负载均衡,链路负载均衡。

一 服务器负载均衡

服务器负载均衡根据LB设备处理到的报文层次,分为四层服务器负载均衡和七层负载均衡,四层处理到IP包的IP头,不解析报文四层以上载荷(L4 SLB);七层处理到报文载荷部分,比如HTTP,RTSP,SIP报文头,有时也包括报文内容部分(L7 SLB)。

1.四层服务器负载均衡技术

客户端将请求发送给服务器群前端的负载均衡设备,负载均衡设备上的虚服务接收客户端请求,通过调度算法,选择真实服务器,再通过网络地址转换,用真实服务器地址重写请求报文的目标地址后,将请求发送给选定的真实服务器;真实服务器的响应报文通过负载均衡设备时,报文的源地址被还原为虚服务的VSIP,再返回给客户,完成整个负载调度过程。报文交互流程如下:
在这里插入图片描述
NAT方式的服务器负载均衡报文交互流程图报文交互流程说明:

(1)Host发送服务请求报文,源IP为Host IP、目的IP为VSIP

(2)LB Device接收到请求报文后,借助调度算法计算出应该将请求分发给哪台Server

(3)LB Device使用DNAT技术分发报文,源IP为Host IP、目的IP为Server IP

(4)Server接收并处理请求报文,返回响应报文,源IP为Server IP、目的IP为Host IP

(5)LB Device接收响应报文,转换源IP后转发,源IP为VSIP、目的IP为Host IP

*即先做一个DNAT,再做一个SNAT,其中请求次数为一次,客户端直接请求服务器。

2.七层服务器负载均衡技术

七层负载均衡和四层负载均衡相比,只是进行负载均衡的依据不同,而选择确定的实服务器后,所做的处理基本相同,下面以HTTP应用的负载均衡为例来说明。

由于在TCP握手阶段,无法获得HTTP真正的请求内容,因此也就无法将客户的TCP握手报文直接转发给服务器, 必须由负载均衡设备先和客户完成TCP握手,等收到足够的七层内容后,再选择服务器,由负载均衡设备和所选服务器建立TCP连接。

七层负载均衡组网和四层负载均衡组网有一个显著的区别:四层负载均衡每个虚服务对应一个实服务组,实服务组内的所有实服务器提供相同的服务;七层负载均衡每个虚服务对应多个实服务组,每组实服务器提供相同的服务。根据报文内容选择对应的实服务组,然后根据实服务组调度算法选择某一个实服务器。
报文交互流程图如下:
在这里插入图片描述
七层负载均衡报文交互流程图报文交互流程说明:

(1)-(3):Client和LB建立TCP连接;

(4):Client发送HTTP请求,目的IP为虚IP;

(5):LB设备分析报文,根据调度算法选择实服务器,注意此时会缓存该报文;

(6):LB设备向实服务器发Syn报文,序列号为Client的Syn报文序列号

(7):Server发送Syn/Ack报文,目的IP为Client;

(8):LB接收Server的Syn/Ack报文后,回应ACK报文

(9):修改步骤(5)中缓存的报文目的IP和TCP序列号,然后发给Server;

(10):Server发送响应报文到LB;

(11):LB修改步骤(9)中的报文的源地址和TCP序列号后转发给Client。

*即先做一个DNAT+SNAT,请求到数据后再做一个DNAT+SNAT,其中请求次数为两次,客户端请求负载均衡,然后负载均衡再请求Server,客户端与服务器不直接进行连接,且7层的负载均衡可以在应用层进行负载。

二 链路负载均衡

在企业网、运营商链路出口需要部署LB设备以优化链路选择,提升访问体验,链路负载均衡按照流量发起方向分为Inbound负载均衡和Outbound负载均衡

1.Inbound入方向负载均衡

Inbound负载均衡技术是DNS智能解析的一种,外网用户通过域名访问内部服务器时,Local DNS的地址解析请求到达LB设备,LB根据对Local DNS的就近性探测结果响应一个最优的IP地址,外网用户根据这个最优的IP响应进行对内部服务器的访问。

新一代负载均衡产品技术实现
Inbound链路负载均衡组网图

在这里插入图片描述
入方向负载均衡

流程简述如下:

(1)外部用户进行资源访问前先进行DNS解析,向其本地DNS服务器发送DNS请求。

(2)本地DNS服务器将DNS请求的源IP地址替换为自己的IP地址,并转发给域名对应的权威服务器——LB device。

(3)LB device根据DNS请求的域名和配置的Inbound链路负载均衡规则进行域名解析。

(4)LB device按照域名解析的结果,将DNS应答发送给本地DNS服务器。

(5)本地DNS服务器将解析结果转发给用户。

(6)用户使用解析结果选择的链路,直接对LB device进行资源访问。

2.Outbound出方向负载均衡

内网用户访问Internet上其他服务器。 Outbound链路负载均衡中VSIP为内网用户发送报文的目的网段。用户将访问VSIP的报文发送到负载均衡设备后,负载均衡设备依次根据策略、持续性功能、就近性算法、调度算法选择最佳的链路,并将内网访问外网的业务流量分发到该链路。

新一代负载均衡产品技术实现
Outbound链路负载均衡组网图

Outbound负载均衡报文交互流程如下:

新一代负载均衡产品技术实现
Outbound 链路负载均衡流程图

Outbound负载均衡报文交互流程说明:

(1)LB Device接收内网用户流量 -

(2)LB Device依次根据策略、持续性功能、就近性算法、调度算法进行链路选择 在Outbound链路负载均衡组网中,通常使用就近性算法或带宽调度算法实现流量分发

(3)LB device按照链路选择的结果将流量转发给选定的链路 -

(4)LB Device接收外网用户流量 -

(5)LB Device将流量转发给内网用户

三 负载均衡优化及应用
1.TCP连接复用
2.SSL卸载

转载自:http://network.51cto.com/art/201509/492457.htm

<think>好的,我现在需要帮助用户解决如何在Linux中使用iptables配置负载均衡的问题。首先,我得回忆一下用户提供的引用内容,特别是引用3,里面提到了使用iptables的FORWARD链和ACCEPT规则来允许流量到多个服务器。另外,引用4提到了不同的负载均衡算法,比如轮询(Round-Robin),用户可能想了解如何应用这些算法到iptables配置中。 用户的问题明确要求使用iptables实现负载均衡,所以我要重点放在iptables的具体配置步骤上。首先,我需要确认负载均衡的基本原理,即如何将流量分发到多个后端服务器。根据引用3中的例子,用户需要设置nat表的PREROUTING链,使用statistic模块的mode nth来实现轮询,这可能对应引用4中的轮询算法。 接下来,我需要考虑配置的步骤是否全面。例如,是否需要启用IP转发?是的,因为负载均衡通常涉及将流量转发到其他服务器,所以需要修改sysctl.conf中的net.ipv4.ip_forward参数。另外,引用3中提到的FORWARD链的规则也是必要的,因为默认策略可能是DROP,所以必须允许目标和服务器的流量通过。 然后,我需要验证这些步骤是否正确。比如,iptables的statistic模块是否支持轮询模式?根据之前的经验,是的,mode nth可以按顺序选择服务器。同时,每个规则后面的every参数需要正确设置,比如每3个包分发到不同的服务器,这样三个服务器依次处理请求。 另外,用户可能关心如何测试配置是否生效。这时候可以建议使用curl或ab命令进行测试,观察请求是否被均匀分配到不同的后端服务器。日志记录也是一个好方法,可以在服务器上监控访问日志,确认请求的来源和分布。 还要注意可能的常见问题,比如防火墙规则是否正确保存,避免重启后丢失配置。需要提醒用户使用iptables-save和iptables-restore,或者安装持久化包如iptables-persistent。 最后,需要根据引用5提到的DR(直接路由)模式,指出iptables的负载均衡属于NAT模式,而DR模式可能更高效,但配置更复杂。这可能作为后续优化的建议。 总结下来,回答的结构应该是先介绍原理,再分步骤配置,包括启用IP转发、设置NAT规则、配置FORWARD链,然后测试和持久化配置。同时,注意事项和算法扩展也需要提及,比如加权轮询或其他算法,但由于iptables的限制,可能需要更复杂的脚本或其他工具如ipvs来实现更高级的算法。</think>### 如何在Linux中使用iptables配置负载均衡 #### 1. 负载均衡原理 通过`iptables`的`statistic`模块实现流量分发,支持轮询(Round-Robin)算法,将请求按顺序分配到多个后端服务器。例如,将流量从$10.0.0.1:80$分发到$10.0.0.2:80$、$10.0.0.3:80$、$10.0.0.4:80$[^3][^4]。 #### 2. 具体配置步骤 **1. 启用IP转发** ```bash echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward # 永久生效需修改/etc/sysctl.conf sysctl -p ``` **2. 配置NAT表规则(轮询算法)** ```bash # 清除现有规则 iptables -t nat -F # 添加轮询规则(每3个请求依次分配) iptables -t nat -A PREROUTING -p tcp --dport 80 -m statistic --mode nth --every 3 --packet 0 -j DNAT --to-destination 10.0.0.2:80 iptables -t nat -A PREROUTING -p tcp --dport 80 -m statistic --mode nth --every 2 --packet 0 -j DNAT --to-destination 10.0.0.3:80 iptables -t nat -A PREROUTING -p tcp --dport 80 -j DNAT --to-destination 10.0.0.4:80 # 设置MASQUERADE(用于响应包路径) iptables -t nat -A POSTROUTING -j MASQUERADE ``` **3. 配置FORWARD链允许流量** ```bash iptables -t filter -A FORWARD -d 10.0.0.2/32 -p tcp --dport 80 -j ACCEPT iptables -t filter -A FORWARD -d 10.0.0.3/32 -p tcp --dport 80 -j ACCEPT iptables -t filter -A FORWARD -d 10.0.0.4/32 -p tcp --dport 80 -j ACCEPT ``` #### 3. 验证与优化 - **测试方法**:使用`curl`或`ab`工具发送请求,观察后端服务器日志。 - **权重调整**:修改`--every`参数实现加权轮询(例如`--every 2`表示该服务器处理50%流量)。 - **算法扩展**:`iptables`原生仅支持轮询,如需最小连接数等算法需结合`ipvs`[^4]。 #### 4. 持久化配置 ```bash apt install iptables-persistent # Debian/Ubuntu yum install iptables-services # CentOS/RHEL iptables-save > /etc/iptables/rules.v4 ``` #### 注意事项 - 需确保后端服务器网关指向负载均衡器[^5]。 - 若使用DR模式(直接路由),需关闭ARP响应并配置VIP[^5]。
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