“反向代理层”绝不能替代“DNS轮询”！

Posted 2021-04-25 架构师之路

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：

(1) 浏览器通过DNS-server，域名解析到ip；

(2) 浏览器通过ip访问web-server；

缺点：

(1) 非高可用，web-server挂了整个系统就挂了；

(2) 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：

(1) 多部署几份web-server，1个tomcat抗1000，部署3个tomcat就能抗3000；

(2) 在DNS-server层面，域名每次解析到不同的ip；

优点：

(1) 零成本：在DNS-server上多配几个ip即可，功能也不收费；

(2) 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；

(3) 负载均衡：变成了多机，负载也是均衡的；

缺点：

(1) 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；

(2) 扩容非实时：DNS解析有一个生效周期；

(3) 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：

(1) 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；

(2) Nginx将http请求分发给后端多个web-server；

优点：

(1) DNS-server不需要动；

(2) 负载均衡：通过Nginx来保证；

(3) 只暴露一个外网ip，Nginx->tomcat之间使用内网访问；

(4) 扩容实时：Nginx内部可控，随时增加web-server随时实时扩容；

(5) 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：

(1) 时延增加+架构更复杂了：中间多加了一个反向代理层；

(2) 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。

(1) 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；

(2) 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：

(1) 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：

(1) 资源利用率只有50%；

(2) 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：

(1) 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；

(2) 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。

(1) 通过DNS轮询来线性扩展入口lvs层的性能；

(2) 通过keepalived来保证高可用；

(3) 通过lvs来扩展多个Nginx；

(4) 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：

(1) 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；

(2) 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；

(3) 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。

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