“反向代理层”绝不能替代“DNS轮询”！

有朋友问我，DNS轮询是不是过时的技术了?有了反向代理层(Nginx、LVS、F5等)，是不是就不需要DNS轮询了?

然而，反向代理层绝不能替代DNS轮询!

反向代理层有什么用?架构实现时要注意什么?

(1) 作为服务端统一入口，屏蔽后端WEB集群细节，代表整个WEB集群;

画外音：这就是为啥它叫反向代理。

(2) 保证WEB集群的扩展性，Nginx后端可随时加WEB实例;

(3) 实施负载均衡，反向代理层会将请求均匀分发给后端WEB集群的每一个实例;

(4) 保证WEB集群的高可用，任何一个WEB实例挂了，服务都不受影响;

(5) 注意自身高可用，防止一台Nginx挂了，服务端统一入口受影响;

反向代理层还存在啥问题?

反向代理层自身的扩展性问题并没有得到很好的解决，例如当Nginx成为系统瓶颈的时候，无法扩容。

DNS轮询如何解决反向代理层的扩展性问题?

通过在DNS-server上对一个域名设置多个IP解析，能够增加入口Nginx实例个数，起到水平扩容的作用，解决反向代理层的扩展性问题。

因此，反向代理和DNS轮询并不是互斥的技术，however，这里详细展开讲一下接入层的架构渐进历程。

裸奔时代(1)单机架构

裸奔时代的架构图如上：

• 浏览器通过DNS-server，域名解析到ip;
• 浏览器通过ip访问web-server;

缺点：

• 非高可用，web-server挂了整个系统就挂了;
• 扩展性差，当吞吐量达到web-server上限时，无法扩容;

画外音：单机不涉及负载均衡问题。

简易扩容方案(2)DNS轮询

假设tomcat的吞吐量是1000次每秒，当系统总吞吐量达到3000时，如何扩容是首先要解决的问题，DNS轮询是一个很容易想到的方案。

画外音：DNS轮询解决扩展性问题。

此时的架构图如上：

• 多部署几份web-server，1个tomcat抗1000，部署3个tomcat就能抗3000;
• 在DNS-server层面，域名每次解析到不同的ip;

优点：

• 零成本：在DNS-server上多配几个ip即可，功能也不收费;
• 部署简单：多部署几个web-server即可，原系统架构不需要做任何改造;
• 负载均衡：变成了多机，负载也是均衡的;

缺点：

• 非高可用：DNS-server只负责域名解析ip，这个ip对应的服务是否可用，DNS-server是不保证的，假设有一个web-server挂了，部分服务会受到影响;
• 扩容非实时：DNS解析有一个生效周期;
• 暴露了太多的外网ip;

简易扩容方案(3)反向代理Nginx

tomcat的性能较差，但Nginx作为反向代理的性能就强很多，假设线上跑到1w，就比tomcat高了10倍，可以利用这个特性来做扩容。

此时的架构图如上：

• 站点层与浏览器层之间加入了一个反向代理层，利用高性能的Nginx来做反向代理;
• Nginx将http请求分发给后端多个web-server;

优点：

• DNS-server不需要动;
• 负载均衡：通过Nginx来保证;
• 只暴露一个外网ip，Nginx->tomcat之间使用内网访问;
• 扩容实时：Nginx内部可控，随时增加web-server随时实时扩容;
• 能够保证站点层的可用性：任何一台tomcat挂了，Nginx可以将流量迁移到其他tomcat;

画外音：反向代理，能够更实时，更方便的扩容了。

缺点：

• 时延增加+架构更复杂了：中间多加了一个反向代理层;
• 反向代理层成了单点，非高可用：tomcat挂了不影响服务，Nginx挂了怎么办?

高可用方案(4)keepalived

为了解决高可用的问题，keepalived出场了。

• 做两台Nginx组成一个集群，分别部署上keepalived，设置成相同的虚IP，保证Nginx的高可用;
• 当一台Nginx挂了，keepalived能够探测到，并将流量自动迁移到另一台Nginx上，整个过程对调用方透明;

优点：

• 解决了高可用的问题;

画外音：反向代理的高可用也解决了。

缺点：

• 资源利用率只有50%;
• Nginx仍然是接入单点，如果接入吞吐量超过的Nginx的性能上限怎么办，例如qps达到了50000咧?

scale up扩容方案(5)lvs/f5

Nginx是应用软件，性能比tomcat好，但总有个上限，超出了上限，还是扛不住。

lvs就不一样了，它实施在操作系统层面;f5的性能又更好了，它实施在硬件层面;它们性能比Nginx好很多，例如每秒可以抗10w，这样可以利用他们来扩容，常见的架构图如下：

• 如果通过Nginx可以扩展多个tomcat一样，可以通过lvs来扩展多个Nginx;
• 通过keepalived+VIP的方案可以保证可用性;

99.9999%的公司到这一步基本就结束了，解决了接入层高可用、扩展性、负载均衡的问题。

画外音：上游再加一层扩充性能。

完美了嘛，还有什么潜在问题?

好吧，不管是使用lvs还是f5，这些都是scale up的方案，根本上，lvs/f5还是会有性能上限，假设每秒能处理10w的请求，一天也只能处理80亿的请求(10w秒吞吐量*8w秒)，那万一系统的日PV超过80亿怎么办呢?

scale out扩容方案(6)DNS轮询

如之前文章所述，水平扩展，才是解决性能问题的根本方案，能够通过加机器扩充性能的方案才具备最好的扩展性。

facebook，google，baidu的PV是不是超过80亿呢，它们的域名只对应一个ip么，终点又是起点，还是得通过DNS轮询来进行扩容。

画外音：DNS轮询解决扩展性问题。

• 通过DNS轮询来线性扩展入口lvs层的性能;
• 通过keepalived来保证高可用;
• 通过lvs来扩展多个Nginx;
• 通过Nginx来做负载均衡，业务七层路由;

总结

稍微做一个简要的总结：

• 接入层架构要考虑的问题域为：高可用、扩展性、反向代理、负载均衡;
• Nginx、keepalived、lvs、f5可以很好的解决高可用、扩展性、反向代理、负载均衡的问题;
• 水平扩展scale out是解决扩展性问题的根本方案，DNS轮询是不能完全被Nginx/lvs/f5所替代的;

希望大家有收获。

【本文为51CTO专栏作者“58沈剑”原创稿件，转载请联系原作者】

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