負載均衡(Load Balance)是集羣技術(Cluster)的一種應用技術。負載均衡可以將工作任務分攤到多個處理單元，從而提高併發處理能力。目前最常見的負載均衡應用是Web負載均衡。根據實現的原理不同，常見的web負載均衡技術包括：DNS輪詢、IP負載均衡和CDN。其中IP負載均衡可以使用硬件設備或軟件方式來實現。
什麼是web負載均衡
服務器集羣(Cluster)使得多個服務器節點能夠協同工作，根據目的的不同，服務器集羣可以分爲：
高性能集羣：將單個重負載的請求分散到多個節點進行處理，最後再將處理結果進行彙總。
高可用集羣：提高冗餘單元，避免單點故障。
負載均衡集羣：將大量的併發請求分擔到多個處理節點。由於單個處理節點的故障不影響整個服務，負載均衡集羣同時也實現了高可用性。
一般提到的負載均衡(Load Balance)，是指實現負載均衡集羣。負載均衡實現了橫向擴展，避免縱向的升級換代。本文中的web負載均衡，特指能夠分擔web請求(http，https等)的負載均衡技術。
基本原理
任何的負載均衡技術都要想辦法建立某種一對多的映射機制: 一個請求的入口映射到多個處理請求的節點，從而實現分而治之（Divide and Conquer）。
這種映射機制使得多個物理存在對外體現爲一個虛擬的整體，對服務的請求者屏蔽了內部的結構。
採用不同的機制建立映射關係，可以形成不同的負載均衡技術，常見的包括：a)DNS輪詢、b) CDN加速、c) IP負載均衡。
DNS輪詢
DNS輪詢是最簡單的負載均衡方式。以域名作爲訪問入口，通過配置多條DNS A記錄使得請求可以分配到不同的服務器。
DNS輪詢沒有快速的健康檢查機制，而且只支持WRR的調度策略導致負載很難“均衡”，通常用於要求不高的場景。並且DNS輪詢方式直接將服務器的真實地址暴露給用戶，不利於服務器安全。
DNS負載均衡技術的實現原理是在DNS服務器中爲同一個主機名配置多個IP地址，在應答DNS查詢時，DNS服務器對每個查詢將以DNS文件中主機記錄的IP地址按順序返回不同的解析結果，將客戶端的訪問引導到不同的機器上去，使得不同的客戶端訪問不同的服務器，從而達到負載均衡的目的。
最早的負載均衡技術是通過DNS來實現的，在DNS中爲多個地址配置同一個名字，因而查詢這個名字的客戶機將得到其中一個地址，從而使得不同的客戶訪問不同的服務器，達到負載均衡的目的。
DNS負載均衡是一種簡單而有效的方法，但是它不能區分服務器的差異，也不能反映服務器的當前運行狀態。
CDN
CDN(Content Delivery Network，內容分發網絡)。通過發佈機制將內容同步到大量的緩存節點，並在DNS服務器上進行擴展， 找到裏用戶最近的緩存節點作爲服務提供節點。
因爲很難自建大量的緩存節點，所以通常使用CDN運營商的服務。目前國內的服務商很少，而且按流量計費，價格也比較昂貴。
IP負載均衡
IP負載均衡是基於特定的TCP/IP技術實現的負載均衡，比如NAT、DR、Tunneling等是最經常使用的方式。
IP負載均衡可以使用硬件設備，也可以使用軟件實現。硬件設備的主要產品是F5-BIG-IP-GTM（簡稱F5)， 軟件產品主要有LVS、HAProxy、NginX。其中LVS、HAProxy可以工作在4-7層，NginX工作在7層。
硬件負載均衡設備可以將核心部分做成芯片，性能和穩定性更好，而且商用產品的可管理性、文檔和服務都比較好。唯一的問題就是價格。
軟件負載均衡通常是開源軟件。自由度較高，但學習成本和管理成本會比較大。
當一個Web系統從日訪問量10萬逐步增長到1000萬，甚至超過1億的過程中，Web系統承受的壓力會越來越大，在這個過程中，我們會遇到很多的問題。爲了解決這些性能壓力帶來問題，我們需要通過搭建不同的服務和架構來解決。
當單機容量達到極限時，我們需要考慮業務拆分和分佈式部署，來解決大型網站訪問量大，併發量高，海量數據的問題。從單機到分佈式，很重要的區別是業務拆分和分佈式部署，將應用拆分後，部署到不同的機器上，實現大規模分佈式系統。
分佈式和業務拆分解決了，從集中到分佈的問題，但是每個部署的獨立業務還存在單點的問題和訪問統一入口問題，爲解決單點故障，我們可以採取冗餘的方式。將相同的應用部署到多臺機器上。解決訪問統一入口問題，我們可以在集羣前面增加負載均衡設備，實現流量分發。
Web負載均衡(Load Balancing)
簡單地說就是將負載（工作任務，訪問請求）進行平衡、分攤到多個操作單元（服務器，組件）上進行執行。對於保護處於後端的Web服務器來說，非常重要，是解決高性能，單點故障（高可用），擴展性（水平伸縮）的終極解決方案。
負載均衡的策略有很多，我們從簡單的講起哈。
1、HTTP負載均衡
當用戶發來請求的時候，Web服務器通過修改HTTP響應頭中的Location標記來返回一個新的url，然後瀏覽器再繼續請求這個新url，實際上就是頁面重定向。通過重定向，來達到“負載均衡”的目標。例如，我們在下載PHP源碼包的時候，點擊下載鏈接時，爲了解決不同國家和地域下載速度的問題，它會返回一個離我們近的下載地址。重定向的HTTP返回碼是302，如下圖：
如果使用PHP代碼來實現這個功能，方式如下：
這個重定向非常容易實現，並且可以自定義各種策略。但是，在大規模訪問量下，性能不佳。而且，給用戶的體驗也不好，實際請求發生重定向，增加了網絡延時。
2、反向代理負載均衡
參考：反向代理-銀行系統使用，在防火牆外面放代理服務器，在防火牆裏面放上真正的內容服務器
反向代理服務的核心工作主要是轉發HTTP請求，扮演了瀏覽器端和後臺Web服務器中轉的角色。因爲它工作在HTTP層(應用層)，也就是網絡七層結構中的第七層，因此也被稱爲“七層負載均衡”。可以做反向代理的軟件很多，比較常見的一種是Nginx。
Nginx是一種非常靈活的反向代理軟件，可以自由定製化轉發策略，分配服務器流量的權重等。反向代理中，常見的一個問題，就是Web服務器存儲的session數據，因爲一般負載均衡的策略都是隨機分配請求的。
同一個登錄用戶的請求，無法保證一定分配到相同的Web機器上，會導致無法找到session的問題。解決方案主要有兩種：
a) 配置反向代理的轉發規則，讓同一個用戶的請求一定落到同一臺機器上（通過分析cookie），複雜的轉發規則將會消耗更多的CPU，也增加了代理服務器的負擔。
b) 將session這類的信息，專門用某個獨立服務來存儲，例如redis/memchache，這個方案是比較推薦的。
反向代理服務，也是可以開啓緩存的，如果開啓了，會增加反向代理的負擔，需要謹慎使用。這種負載均衡策略實現和部署非常簡單，而且性能表現也比較好。但是，它有“單點故障”的問題，如果掛了，會帶來很多的麻煩。而且，到了後期Web服務器繼續增加，它本身可能成爲系統的瓶頸。
3、DNS負載均衡
DNS(Domain Name System)負責域名解析的服務，域名url實際上是服務器的別名，實際映射是一個IP地址，解析過程，就是DNS完成域名到IP的映射。而一個域名是可以配置成對應多個IP的。因此，DNS也就可以作爲負載均衡服務。
這種負載均衡策略，配置簡單，性能極佳。但是，不能自由定義規則，而且，變更被映射的IP或者機器故障時很麻煩，還存在DNS生效延遲的問題。
4、CDN內容分發網絡 (DNS /GSLB負載均衡)
參考：CDN加速-內容分發網絡。我們常用的CDN(內容分發網絡)實現方式，其實就是在同一個域名映射爲多IP的基礎上更進一步，通過GSLB（Global Server Load Balance，全局負載均衡）按照指定規則映射域名的IP。一般情況下都是按照地理位置，將離用戶近的IP返回給用戶，減少網絡傳輸中的路由節點之間的跳躍消耗。
圖中的“向上尋找”，實際過程是LDNS（Local DNS）先向根域名服務（Root Name Server）獲取到頂級根的Name Server（例如.com的），然後得到指定域名的授權DNS，然後再獲得實際服務器IP。
CDN在Web系統中，一般情況下是用來解決大小較大的靜態資源（html/Js/Css/圖片等）的加載問題，讓這些比較依賴網絡下載的內容，儘可能離用戶更近，提升用戶體驗。
例如，我訪問了一張imgcache.gtimg.cn上的圖片（騰訊的自建CDN，不使用qq.com域名的原因是防止http請求的時候，帶上了多餘的cookie信息），我獲得的IP是183.60.217.90。
這種方式，和前面的DNS負載均衡一樣，不僅性能極佳，而且支持配置多種策略。但是，搭建和維護成本非常高。互聯網一線公司，會自建CDN服務，中小型公司一般使用第三方提供的CDN。
IP負載均衡
IP負載均衡服務是工作在網絡層（修改IP）和傳輸層（修改端口，第四層），比起工作在應用層（第七層）性能要高出非常多。原理是，他是對IP層的數據包的IP地址和端口信息進行修改，達到負載均衡的目的。這種方式，也被稱爲“四層負載均衡”。常見的負載均衡方式，是LVS（Linux Virtual Server，Linux虛擬服務），通過IPVS（IP Virtual Server，IP虛擬服務）來實現。
在負載均衡服務器收到客戶端的IP包的時候，會修改IP包的目標IP地址或端口，然後原封不動地投遞到內部網絡中，數據包會流入到實際Web服務器。實際服務器處理完成後，又會將數據包投遞迴給負載均衡服務器，它再修改目標IP地址爲用戶IP地址，最終回到客戶端。
上述的方式叫LVS-NAT，除此之外，還有LVS-RD（直接路由），LVS-TUN（IP隧道），三者之間都屬於LVS的方式，但是有一定的區別，篇幅問題，不贅敘。
IP負載均衡的性能要高出Nginx的反向代理很多，它只處理到傳輸層爲止的數據包，並不做進一步的組包，然後直接轉發給實際服務器。不過，它的配置和搭建比較複雜。