Azure Load Balancer : 简介

Posted 2021-02-05 sparkdev

Azure 提供的负载均衡服务叫 Load Balancer，它工作在 ISO 七层模型的第四层，通过分析 IP 层及传输层(TCP/UDP)的流量实现基于 "IP + 端口" 的负载均衡。

Azure Load Balancer 的主要功能

负载均衡
基于 ISO 四层的负载均衡，请参考下图(此图来自互联网)：

端口转发
通过创建入站 NAT 规则，可以实现端口转发，将来自前端 IP 地址的特定端口的流量转发到虚拟网络中特定后端实例的特定端口。比如我可以映射前端 IP 的 10022 端口到后端 VM1 的 22 端口；映射前端 IP 的 20022 端口到后端 VM2 的 22 端口。

对应用程序透明
协议握手始终在客户端与后端池中的虚机实例之间直接发生。 对入站请求做出的响应始终是来自虚拟机的响应。 当请求抵达虚拟机时，也会保留原始的源 IP 地址。

自动探测后端主机状态
为确定后端池中实例的运行状况，负载均衡器会使用预定义的规则检测后端实例的运行状况。当探测到故障时负载均衡器会停止向该实例发送新连接。 现有连接不受影响，会一直保留到应用程序终止了请求、超时或虚机关闭为止。
注意：基础版的 Load Balancer 只支持 TCP 和 HTTP 协议的探测规则，而标准版还支持 HTTPS 协议的探测规则。

出站连接(SNAT)
从虚拟网络中的私有 IP 地址发往 Internet 上的公共 IP 地址的所有出站流量都被转换为负载均衡器的前端 IP 地址。通过负载均衡规则将前端公共 IP 地址端绑定到后端 VM 后，Azure 会将出站连接设定为自动转换成前端的公共 IP 地址。

内部负载均衡和公共负载均衡

我们可以通过下图来理解内部负载均衡(Internal Load Balancer)和公共负载均衡(Public Load Balancer)的区别(此图来自互联网)：

简单的说就是公共负载均衡的前端 IP 是公网 IP，是面向 Internet 的；而内部负载均衡的前端 IP 则是面向私有网络的私有 IP，并不直接与公网交互。

通过 Azure 门户创建 Load Balancer 示例

在 Azure 门户网站中添加 Load Balancer 类型的资源，设置基本信息，比如下图所示：

这里我们创建一个面向 Internet 的具有公共 IP 的的 Load Balancer，因此随 Load Balancer 一起创建的还有一个公共的 IPv4 地址：

在 Load Balancer 创建完成后，我们就可以开始设置其详细的属性了。比较常用的配置有前端 IP、后端池、运行状况探测、负载均衡规则和入站 NAT 规则：

配置前端 IP

前端 IP 是访问负载均衡后端资源的接口，相关的基本配置在我们创建 Load Balancer 已经随之完成了(就是面向公网的一个 IPv4 地址)：

配置后端池

所谓的后端池就是藏在 Load Balancer 背后真正干活的主儿，这里我们先去创建两台虚机，然后再把这两台虚机添加到 Load Balancer 的后端池中。

下面是创建虚机时的一些注意事项。
把新建的虚机放入同一个可用性集中(AvailabilitySet)
因为我们创建的是基础版的 Load Balancer，它的后端池只支持在同一个可用性集中的虚机，所以我们要创建一个可用性集，并把所有的虚机加入到这个可用性集中(只有在创建虚机时才能加入可用性集)：

不需要入站规则
因为我们的主机是隐藏在 Load Balancer 后面的，所以不需要设置入站端口规则：

也不需要公用 IP 和网络安全组(因为虚机在私有的子网中)

对虚机的访问可用通过配置 Load Balancer 的入站 NAT 规则实现。

新建虚机后就可以把它们加入 Load Balancer 的后端池了，下面是创建虚机的过程中创建出的资源：

添加后端池
新建一个后端池，并把我们创建的可用性集 nicklbavailabilityset 中的虚机加入其中：

添加完成后可以看到后端池中的虚机及其状态：

运行状况探测

Load Balancer 需要通过运行状况探测机制来监控后端池中资源的状态，可以使用运行状况探测来检测后端实例上应用程序的故障。这里我们通过检测后端虚机的 80 号端口来判断其服务的状态：

默认的规则是每隔 5 秒检测一次，如果连续失败两次就认为虚机提供的服务离线。

负载均衡规则

负载均衡规则定义了 Load Balancer 以何种方式把用户的请求分配给后端池中的虚机：

上面的规则把 Load Balancer 前端 IPv4 80 端口收到的请求分配到后端池中虚机的 80 端口。注意这里的 "会话属性"，"无" 表示请求可以由后端的任何一台虚机处理。除了 "无" 你还可以选择 "客户端 IP" 和 "客户端 IP 和协议"。"客户端 IP" 表示只要是来自同一个客户端 IP 地址的连续请求都由后端的同一台虚机处理；而 "客户端 IP 和协议" 则表示来自同一客户端 IP 和端口号的组合连续请求将由后端的同一台虚机处理。

入站 NAT 规则

入站 NAT 规则主要用来控制对后端主机的访问方式。因为后端的主机都在私有的局域网中，所以需要通过入站 NAT 规则来建立公共 IP 地址上端口和虚拟主机上端口的映射，以便通过公共 IP 地址上的端口号访问后端虚机。比如我们计划通过 Load Balancer 公共 IP 地址上的 10022 端口访问后端虚机 nicklbvm1 的 22 端口，其配置如下：

这样就可以通过 ssh -p 10022 [email protected]前端IP地址 的方式远程登录后端虚机 nicklbvm1 了。通过类似的配置，我们可以通过 20022 端口连接到后端主机 nicklbvm2：

至此，一个基本的 Load Balancer 已经配置完成了，如果你在后端的虚机中部署上网站，它就可以正常的响应用户的请求了。

总结

通过 Azure 提供的 Load Balancer 服务，我们可以简单、快速的搭建起负载均衡的基础架构。对于一些简单的应用这样的配置基本也就够用了，但是针对一些特殊的用例，比如支持 IPv6 和 HTTPS 等情况，还需要有更多针对性的配置。在后续的文章中，笔者将介绍如何创建支持 IPv6 的 Load Balancer，以及如何扩展 Load Balancer 后端的虚机池。

参考：
Azuer Load Balancer 官方文档
创建基本负载均衡器
2 VMs in a Load Balancer and load balancing rules(windows)