网络负载平衡如何保障系统稳定？如何提高数据处理效率？-世讯电科融合通信

一、网络负载平衡（Network Load Balancing）概述

1、定义和原理

定义

网络负载平衡（Network Load Balancing，简称NLB）是一种将网络流量、请求或工作负载分配到多个服务器或计算资源上的技术。其目的是提高系统的性能、可靠性和可扩展性。

原理

网络负载平衡的基本原理是通过负载均衡器（Load Balancer）将客户端请求或流量路由到多个服务器上，以实现以下目标：

高效分配负载：在多台服务器之间高效分配客户端请求或网络负载，避免任何一台服务器出现流量瓶颈。
提高可用性：当某个服务器发生故障或不可用时，负载均衡器可以自动将流量转移到其他可用的服务器上，保证系统的可用性和稳定性。
实现可扩展性：通过添加更多的服务器，负载均衡可以实现系统的水平扩展，满足不断增长的流量和负载需求。

2、应用场景

高访问量业务

流量分发：将高访问量的业务通过负载均衡分发到多台后端服务器上，减轻单台服务器的压力。
会话保持：使用会话保持功能将同一客户端的请求转发到同一台后端服务器，提高访问效率。

消除单点故障

故障转移：当其中一部分后端服务器不可用时，负载均衡可自动屏蔽故障的服务器实例，保障应用系统正常工作。

横向扩展

弹性伸缩：根据业务发展的需要，按需扩展应用系统的服务能力，适用于各种 Web Server和 App Server。结合弹性伸缩，在需求高峰时自动增加服务器实例数量，需求较少时减少实例数量以降低成本。

全局负载均衡

异地容灾：结合云解析 DNS，可支持全局多地域负载均衡。在不同地域部署负载均衡实例，并分别绑定对应地域的后端服务器，使用云解析 DNS 将域名解析到各个地域的负载均衡 VIP 下，当某个地域不可用时，暂停对应地域负载均衡 VIP 的解析即可保障业务不受影响。

物联网业务入口

海量并发连接：在智能家居、智能停车、视频监控、车联网等业务场景中，NLB作为业务入口可以同时处理海量并发连接，同时提供 TCP SSL 卸载、连接限速等能力保障物联网业务安全稳定运行。

互联网云上业务入口

超高四层处理能力：NLB作为互联网流量入口，单实例提供超高的四层处理能力，同时可以基于业务变化自动弹性伸缩，业务波动时无需手工干预，降低了运维管理成本。

混合云业务入口

线下云上互通：NLB支持挂载本地 IDC（Internet Data Center）服务器，可以搭配云企业网等产品将云上请求转发至线下服务器处理，轻松实现线下 IDC 与云上服务互通。

3、优缺点

优点
- 提高系统性能：通过将流量分发到多个服务器上，可以提高系统的处理能力和响应速度，减少单个服务器的负载压力。
- 提高系统可靠性：负载均衡器可以自动检测服务器问题并将客户端流量重定向到可用服务器，提供容错能力，简化服务器维护或升级操作。
- 增强安全性：负载均衡器具有多项内置的安全功能，如监控流量并阻止恶意内容，应对分布式拒绝服务攻击等。
- 可扩展性：可以方便地添加或移除服务器，适应业务需求的变化。
缺点
- 单点故障风险：如果负载均衡器出现故障，整个系统将受到影响。
- 复杂性：需要更复杂的硬件和软件设施来实现负载均衡，增加了系统的复杂性和成本。
- 客户端负载均衡的局限性：客户端负载均衡需要客户端参与，增加了客户端的复杂性，可能存在数据一致性和安全性问题。

二、网络负载平衡通常用在哪些场合

网络负载平衡是一种技术，它通过将工作负载均匀地分配到多个服务器或网络设备上，以防止任何单一节点过载，从而提高整体系统的可用性和性能。以下是网络负载平衡的一些主要应用场景：

高访问量业务：当应用面临高访问量时，负载平衡可以将流量分发到不同的服务器上，确保每个服务器都能均衡地处理请求，避免单一服务器过载，提高服务的整体性能和稳定性。
横向扩张系统：随着业务的不断发展，负载平衡技术可以帮助轻松实现系统服务能力的扩展。通过随时添加和移除服务器，负载均衡可以根据实际需求调整资源分配，保证应用系统始终具备高效的服务能力。
消除单点故障：在传统的架构中，单点故障可能导致整个系统瘫痪。而负载均衡技术可以自动屏蔽故障的服务器，将请求分发给正常运行的其他服务器，从而保证应用系统仍能正常工作，提高服务的可用性和可靠性。
同城容灾：负载均衡可以快速切换到备用的可用区，确保服务能力不受影响。当主可用区恢复时，负载均衡又会自动切换回主可用区，保证服务依然正常运行，增强服务的稳定性和可靠性。
跨区域负载均衡：在多地部署应用的情况下，跨区域负载均衡成为了一个重要的使用场景。通过在多个可用区之间均匀分配流量，负载均衡可以有效增强服务的容错能力和可扩展性，确保在不同地区的用户都能获得稳定、高效的服务体验。
用户粘性保持：在许多业务场景中，保持用户的持续访问和粘性是至关重要的。通过将用户连接到特定的后端服务器，负载均衡可以帮助确保会话的连续性和个性化体验，提高用户的满意度和忠诚度，促进业务的长期发展。

以上场景展示了网络负载平衡在不同业务场景中的实际应用和价值，无论是在提高系统性能、扩展服务能力还是在保障系统稳定性方面，负载平衡都发挥着关键作用。

三、网络负载平衡如何保证系统的高可用性和性能

1、网络负载平衡的基本概念

网络负载平衡是一种技术，它通过将网络或应用流量分布到多个服务器的方式来确保资源的均衡利用、提高系统性能和可用性。负载均衡器位于客户端和服务器之间，监测服务器的状态并根据预定义的策略将请求分发到不同的服务器。

2、负载均衡算法

负载均衡算法决定了请求如何分配到各个服务器。常见的算法包括：

轮询算法：简单而常见，按顺序分配请求。
最小连接算法：将请求发送到当前连接数最少的服务器。
IP哈希算法：根据客户端的IP地址将请求路由到特定的服务器。
加权轮询算法：根据服务器的性能设置不同的权重，分配请求。

3、实现高可用性和性能的步骤

选择负载均衡器：根据系统架构和需求选择硬件、软件或云服务提供商的负载均衡服务。
配置负载均衡器：设置网络参数、负载均衡策略和健康检查机制，确保流量正确路由到后端服务器。
后端服务器准备：确保服务器配置与负载均衡器兼容，能处理请求。
监控和优化：持续监控系统性能，根据需要调整负载均衡策略。

4、高可用性和性能的保证

负载均衡通过以下方式保证系统的高可用性和性能：

故障转移：在服务器故障时，负载均衡系统可以将请求自动分发到其他服务器，确保服务连续性。
弹性扩展：根据系统负载自动调整服务器数量和配置，实现弹性扩展。
性能监控：监控服务器性能指标，动态调整负载分配策略，优化资源使用。

网络负载平衡是确保系统高可用性和性能的关键技术。通过合理选择和配置负载均衡策略及算法，可以有效地提高系统的稳定性、响应速度和处理能力，同时也能提升用户体验。

四、网络负载平衡如何实现高可用性

网络负载平衡通过以下几种方式实现高可用性：

负载均衡器：负载均衡器充当企业在互联网上的唯一接入点，即使企业由于高需求或大量内容而使用多个后端服务器。可用性通过负载平衡多个内容主机和故障转移支持来实现。
区域托管实例组：结合区域托管实例组，将流量从繁忙或不可用的虚拟机实例重定向到其他位置，即使在地区服务中断时也能确保高可用性。
DNS负载平衡：DNS负载平衡将传入的网络流量分配到多个服务器或资源之间，通过在多个服务器实例之间分散负载来提高服务或应用的可用性、可扩展性和性能。当今大多数域名都采用多个DNS服务器来防止服务器故障或处理高流量。
跨连接器的流量分布：连接器基于高可用性原则建立连接，不能保证流量均匀地分布在各个连接器之间，也不存在会话亲和性。但是，使用情况各异，请求被随机发送到应用程序代理服务实例，因此流量通常在连接器之间几乎均匀分布。
高可用性的最佳做法：
- 一个连接器组中必须始终至少要有两个连接器，首选三个连接器，以便在连接器之间提供额外的缓冲。
- 为避免单一故障点，请将连接器放在不同的出站连接上。
- 不要在连接到生产应用程序时强制连接器重启。
- 避免对连接器与Azure之间的出站传输层安全性(TLS)通信进行任何形式的内联检查。
- 确保对连接器运行自动更新。
后端应用程序服务器之间的流量流：当应用程序通过Microsoft Entra应用程序代理发布时，从用户到应用程序的流量流经三个跃点。在多台服务器上运行后端Web应用程序时，负载均衡也很重要。根据后端应用程序是否需要会话持久性，有不同的负载均衡方案。
全局服务器负载平衡(GSLB)：GSLB可用于在服务器或网络中断时提高网站的可靠性和可用性。例如，如果某个地区发生停电，负载均衡器可以将流量从那里托管的资源引导到其他可用地区的资源。
负载均衡方法：有多种负载均衡方法可用于在后端应用程序服务器之间分配流量，如循环法、加权循环法和最少连接数等。
Linux虚拟服务器(LVS)和HAProxy：
- LVS在OSI第4层（传输层）上运行，可配置内核的网络层，所需资源更少但处理的负载更多。
- HAProxy在第7层（应用层）上的用户空间中运行，可以检查流量，执行SSL终止，并根据流量内容做出调度决策。