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负载均衡:产品架构

更新时间:Jan 15, 2024

传统型负载均衡基础架构采用集群部署,提供四层(TCP和UDP协议)和七层(HTTP和HTTPS协议)的负载均衡,可实现会话同步,消除服务器单点故障,提升冗余性和服务稳定性。

基础架构说明

负载均衡作为流量转发服务,将来自客户端的请求通过负载均衡集群转发至后端服务器,后端服务器再将响应通过内网返回给负载均衡。

阿里云当前提供四层和七层的负载均衡服务。

  • 四层采用四层专用集群+ keepalived的方式实现负载均衡。

  • 七层采用七层专用集群实现负载均衡。相比传统自建Nginx集群,七层专用集群针对海量访问、HTTPS卸载等场景进行了性能优化,并添加了很多高级功能和特性。

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如下图所示,各个地域的四层负载均衡实际上是由多台机器部署成一个四层专用集群来运行的。采用集群部署模式极大地保证了异常情况下负载均衡服务的可用性、稳定性与可扩展性。

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四层专用集群内的每台机器都会将所有会话通过组播报文同步到该集群内的其他机器上。如下图所示,当客户端向服务端传输三个数据包后,在机器1上建立的会话A开始同步到其他机器上。图中实线表示现有的连接,图中虚线表示当机器1出现故障或进行维护时,这部分流量会走到一台可以正常运行的机器2上。因而负载均衡集群支持热升级,并且在机器故障和集群维护时最大程度对用户透明,不影响用户业务。

说明

对于连接未建立(三次握手未完成),或者已建立连接但未触发会话同步机制,热升级不保证连接不中断,需要依靠客户端重新发起连接。

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入网流量路径

对于入网流量,CLB会根据用户在控制台或开发者门户上配置的转发策略,对来自前端的访问请求进行转发和处理,数据流转如下图所示。

图 1. 入网流量路径

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  1. TCP/UDP协议和HTTP/HTTPS协议的流量都需要经过四层集群进行转发。

  2. 四层集群内的每一台节点服务器均匀地分配海量访问请求,并且每一台节点服务器之间都有会话同步策略,以保证高可用。

    • 如果相应的CLB实例服务端口使用的是四层协议(TCP或UDP),那么四层集群内每个节点都会根据CLB实例的策略,将其承载的服务请求按策略直接分发到后端云服务器 ECS(Elastic Compute Service)

    • 如果相应的CLB实例服务端口使用的是七层HTTP协议,那么四层集群内每个节点会先将其承载的服务请求均分到七层集群,七层集群内的每个节点再根据CLB策略,将服务请求按策略最终分发到后端ECS服务器。

    • 如果相应的CLB实例服务端口使用的是七层HTTPS协议,与上述HTTP处理过程类似,差别是在按策略将服务请求最终分发到后端ECS服务器前,先调用Key Server进行证书验证及数据包加解密等前置操作。

出网流量路径

CLB和后端ECS之间是通过内网进行通信的。

  • 如果ECS仅仅处理来自CLB的请求,可以不购买公网带宽(ECS、公网IP、弹性公网IP(Elastic IP Address,简称EIP)、任播弹性公网IP( Anycast Elastic IP Address,简称Anycast EIP)、NAT网关等)。

    说明

    早期创建的一些ECS上直接分配了公网IP(在实例中执行ipconfig命令可以查看公网IP地址),此类ECS如果仅通过CLB对外提供服务,即便在公网接口(网卡)上看到有流量统计,也不会产生ECS的公网费用。

  • 如果需要直接通过后端ECS对外提供服务,或后端ECS有访问外网的需求,那么需要相应的配置或购买ECS、公网IP、EIP、Anycast EIP、NAT网关等服务。

ECS的公网流量访问路径如下图所示。

图 2. 出网流量路径

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总体原则:流量从哪里进来,就从哪里出去。

  • 通过CLB进入的流量在CLB上限速或计费,CLB到ECS之间是阿里云内网通信,不收取公网流量费用。

  • 来自EIP或NAT网关的流量,分别在EIP或NAT网关上进行限速或计费。如果在购买ECS时选择了公网带宽,限速/计费点在ECS上。

  • CLB仅提供被动访问公网的能力,即后端ECS只能在收到通过CLB转发来的公网的请求时,才能访问公网回应该请求,如后端ECS希望主动发起公网访问,则需要ECS绑定EIP或搭配NAT网关来实现。

  • ECS公网带宽(购买ECS时配置)、EIP、Anycast EIP、NAT网关均可以实现ECS的双向公网访问(访问或被访问),但没有流量分发和负载均衡的能力。