全局负载均衡（GSLB）的实现方案

大家好，又见面了，我是你们的朋友全栈君。

What is GSLB

Global Server Load Balancing

中文:全局负载均衡

SLB(Server load balancing)是对集群内物理主机的负载均衡，而GSLB是对物理集群的负载均衡。
这里的负载均衡可能不只是简单的流量均匀分配,而是会根据策略的不同实现不同场景的应用交付。

GSLB是依赖于用户和实际部署环境的互联网资源分发技术，不同的目的对应着一系列不同的技术实现。

Why GSLB

总结为:

• 高可用性
• 更快的响应时间
• 多版本分发

具体：

1. Disater recovery,发生故障时提供一个备用的位置来获取资源或者能提供可简易调整流量的装置，或两者都能提供。

2. Load sharing,基于多个地理位置的流量分发，可以做到：

   a.尽量节省带宽
   b.限制给定位置的能力
   c.限制暴露断电,地理灾害等问题

3. Performance,将资源置于离用户更近的地方，增强用户体验。

4. 多版本,根据本地政策提供不同版本的资源，或者根据自定义的规则提供为特殊用户提供特殊版本，如灰度交付等。

How implements GSLB

主流的技术实现

DNS

GSLB会替代最终的DNS的服务器从而实现自己的解析策略，返回给用户最合适的IP(列表)。

一个普通的DNS请求：

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① 用户提交域名
② 客户端解析域名
③ DNS服务器解析出IP
④ 客户端请求IP
⑤ 返回结束

加入了GSLB的请求：

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① 提交域名
② 客户端解析域名
③ NS解析到GSLB-
④ GSLB解析并返回IP
⑤ 客户端请求IP
⑥ 返回结束

特点：

• 这个技术对原业务的侵入性最小，被商业ADC广泛实现，如A10，F5等。

• 但是可以得到的信息很有限，IP的定位只能靠Local DNS，因为得不到源IP.

HTTP redirection

使用HTTP重定向将内容转发到不同位置.

a. 请求的域名均解析为GSLB机器的IP.
b. GSLB根据源IP等信息解析出新的IP并使用HTTP重定向技术将用户请求重定向到目标主机.

请求过程：

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① 提交域名
② 客户端解析域名
③ DNS解析域名为GSLB
④ 客户端提交请求给GSLB服务器
⑤ GSLB解析出目标IP并发起HTTP转发
⑥ 客户读转发请求到目标IP
⑦ 返回结束

特点：

• 这个方案只适用于HTTP.

• 这个方案的实现可以是L7负载均衡工具如Nginx、HTTPD等

IP Route

更改IP首部实现使用跳转.并利用IP tunneling技术实现只对请求负载均衡(响应直接返回).

a. 请求的域名均解析为GSLB机器的IP.
b. 负载均衡设备可以解析出目标地址,然后封装IP包发给目标地址.
c. 目标服务器收到请求包并处理,解析出被封装的IP包可以得到客户端地址,把响应直接返回.

请求过程:

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① 提交域名
② 客户端解析域名
③ DNS解析域名为GSLB-
④ 客户端提交请求给GSLB服务器
⑤ GSLB发送请求到目标服务器
⑥ 目标服务器直接返回请求给客户端结束

特点

• 这个方案能解决不能获得源IP和HTTP Only的问题，也不会成为性能瓶颈.但由于是IP层的LB，因此得到的信息很有限，也就是做分发的策略会很有限.*

• 实现方式主要就是LVS的VS/TUN模式.如果自己编写会更灵活，但难度较大.*

统一调度服务层

客户端SDK+调度服务完成GSLB设备的功能。

a. 客户端使用原地址请求服务时，SDK会交付一个解析过的地址给客户端.(或对网络请求模块做Proxy)
b. SDK会通过一定的策略从调度服务中获取解析地址(一个或多个).
c. SDK和调度服务会某种形式保持联系(HTTP or TCP).
d. 出于性能考虑，SDK本身有Cache功能同时有时效限制(TTL)。

调用试请求过程:

① 客户端请求
② 调用SDK
③ SDK没有命中缓存
 ④ SDK请求调度服务
 ⑤ 调度服务返回新地址
 ⑥ 客户端用新地址发起请求

代理式请求过程:

① 客户端发起请求
② 网络请求Proxy拦截请求
③ Proxy没有命中缓存
④ Proxy请求调度服务
⑤ 调度服务返回新地址
⑥ Proxy请求新地址

特点

• 让客户端(SDK)具备了负载均衡知识,而因此让服务端可以获得任何想要知道的信息，从而可以做更全面的解析策略，但侵入性是最大的。

常见策略实现

1. 地理区域。地理&IP表。
2. IP权重，为每个IP分配权重，权重决定流量比例。
3. 往返时间RTT，分active RTT(请求时ping)和passive RTT(采集tcp的syn->act的时间)。
4. 业务自定义条件,如根据语言,UserID等.

方案的对比

方案1：

工具：使用现有的商用解决方案：F5，A10 Thunder.
优点：
  能灵活配置GSLB,满足就近选择，位置备份等基本GSLB需求。
  除了GSLB以外，还能带来对性能和安全的全解决方案，如防DDos，硬件加速SSL加解密等等。
  当我们的业务群越来越庞大时，这些需求会越来越迫切。

缺点：
  贵。

方案2

工具：编写HTTP转发服务或使用Nginx,HTTPD
优点：自由实现，HTTP层可获取的信息更多因此LB策略更灵活.
缺点：只能是HTTP的转发，另外可能会成为性能瓶颈.

方案3

工具：使用LVS的VS/TUN模式
优点：free
缺点: 能实现的LB策略只能是LVS所支持的那些，如果想自己定义似乎不可能。

方案4

工具：编写统一调度服务
优点：有HTTP转发的所有优点，而且不需要流量经过，因此性能要比HTTP转发高很多。
缺点：
  1. 需要客户端的参与。（基本排除了浏览器和升级困难）。稍显复杂的缓存策略。
  2. 这个服务会成为一个`移动接入层`，将会具备相当规模。(成本)。

总结

选择方案首先选择能完全满足自己业务需求的方案.然后在从中选择功能&性能/价格比最高的.

以上四个方案，也可以分为L7层和其他.对于需要更多业务信息参与的负载均衡，则必须从7层协议入手.

方案2和方案4都可以解析7层协议的内容，其中方案4则能更灵活的实现通用的负载均衡,条件是必须有客户端的支持.因此如果能解决客户端的问题则方案4是比较好的方案，否则只能选择方案2了.

另外也不一定选择一种方案，能有效结合这些方案会使负载均衡能力更强大.

比如方案4无法干预浏览器的请求,这个时候就需要使用其他方案来弥补(方案1,2,3皆可).

同时还要区分动态资源和静态资源的请求，以上方案主要使针对动态资源的负载均衡,对于静态资源,CDN提供了更好的解决方案.

参考资料：

Citrix的NetScaler说明书： http://support.citrix.com/servlet/KbServlet/download/22506-102-671576/gslb-primer_FINAL_1019.pdf

GSLB和CND: http://blog.csdn.net/u010340143/article/details/9062213

智能DNS: http://www.cnblogs.com/peon/archive/2007/12/30/1021219.html

负载均衡: http://blog.arganzheng.me/posts/load-balance.html

LVS: http://www.linuxvirtualserver.org/zh/lvs1.html