4.3.2 四层负载均衡高可用设计
到目前为止，我们讨论的都是单个四层负载均衡器的设计以及工作模式，那假如这个负载均衡器在生产环境中宕机了呢？作为大型分布式系统入口，如果四层负载均衡器是单节点部署，一旦宕机，对于整个系统而言绝对是毁灭级别的灾难。
1. 主备方式
先来看最常见的主/备方式。
如图 4-11 所示的设计方案，一对主/备边缘路由器提供若干 VIP（virtual IP，虚拟 IP），并通过 BGP 协议通告 VIP：
- 主边缘路由器的 BGP 权重比备边缘路由器的高，正常情况下处理所有流量；
- 主四层负载均衡器向边缘路由器宣告它的权重比备用四层负载均衡器大，正常情况下主四层负载均衡器处理所有流量。
主/备四层负载均衡器之间交叉连接，共享所有的连接跟踪状态，假如主挂了，备可以马上接管所有活动连接。
图 4-11 负载均衡主/备设计
主/备方式的方案在现今的分布式系统中很常见，但这种方式存在明显的缺陷：
- 平稳状态下 50% 的资源是空闲的，备用服务器一直空转，资源无法充分利用。
- 其次，现代分布式系统追求更高的容错性。理想情况下，一个系统就算多个实例同时挂掉，预期仍能继续运行，而主/备实例同时挂掉时，服务就彻底挂了。
2.一致性哈希容错方式
接下来我们继续看基于集群的一致性哈希容错和可扩展设计方案，它的工作原理如图 4-12 所示。
图 4-12 负载均衡一致性哈希容错和可扩展设计方案
- 多个边缘路由器以相同的 BGP 权重通告所有 Anycast VIP，通过 ECMP（Equal-cost, Multi-path routing，等价多路由）保证每个 flow 的所有包都会到达同一个边缘路由器。
- 多个四层负载均起以相同的 BGP 权重向所有的边缘路由器通告所有的 VIP 继续使用 ECMP 的方式为相同 flow 的包选择相同的四层负载均衡器。
- 每个四层负载均衡器实例会做部分连接跟踪（conntrack）工作，然后使用一致性哈希为每个 flow 选择 一个后端。通过 GRE 封装将包从负载均衡器发送到后端。
- 然后使用三角传输模式将应答包从后端直接发送到边缘路由器，最后到客户端。
综合上述，看看一致性哈希容错模式是如何避免主备方式的缺陷：
- 边缘路由器和负载均衡器实例可以按需添加。因为每一层都用到了 ECMP，当新实例加入的时候，能最大程度地减少受影响的 flow 数量；
- 在预留足够的突发量和容错的前提下，系统的资源利用率想达到多高就可以到多高。
各类云厂商中的 SLB 以及绝大部分的现代四层负载均衡系统都在朝着这种设计演进。
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