41-互联网架构模板：“网络层”技术

前言

除了复杂性，互联网业务的另外二个特点就是高性能和高可用。通常情况下，我们在设计高可用和高性能的系统的时候，主要关注点在系统本身的复杂度，然后通过各种手段来实现高可用和高性能的要求，如计算高性能架构模式、存储高可用架构模式等。但从一个公司的角度来思考架构时，单个系统的高可用和高性能并不等于整个业务的高可用和高性能。互联网业务的高可用和高性能需要从更高的角度来设计，这个高度就是“网络”。

负载均衡

负载均衡就是将请求平衡地分配到多个系统上。使用负载均衡的原因：每个系统的处理能力有限，为了应对大容量的访问，必须使用多个系统。

DNS

DNS是最简单也是最常见的负载均衡方式，一般用于实现地理级别的负载。

DNS的优点是通用(全球通用)、成本低(申请域名、注册DNS即可)。

其缺点是：
- DNS缓存时间比较长，即使将某台业务机器从DNS服务器上删除，但由于缓存的原因，还是会有很多的用户访问已经删除的机器。
- DNS不够灵活。DNS无法感知后端服务器的状态，只能根据配置策略进行负载均衡，无法做到更加灵活的负载均衡策略。
对于时延和故障敏感的业务，有实力的公司可能会尝试实现HTTP-DNS的功能，即使用HTTP协议实现一个私有的DNS系统。HTTP-DNS主要应用在通过App提供服务的业务上，因为在App端可以实现灵活的服务访问策略。

HTTP-DNS的优缺点：
- 灵活：HTTP-DNS可以根据业务需求灵活的设置各种策略。
- 可控：HTTP-DNS是自己开发的系统，IP更新、策略更新无需依赖外部服务商。
- 及时：HTTP-DNS不受传统DNS缓存的影响，可以非常快的更新数据、隔离故障。
- 开发成本高：没有通用的解决方案，需要自己开发。
- 侵入性：需要App基于HTTP-DNS进行改造。
Nginx、LVS、F5

DNS实现地理级别的负载、而Nginx、LVS、F5用于对同一个地点内机器级别的负载均衡。基于Nginx是软件的7层负载均衡，LVS是内核层的负载均衡、F5是硬件的4层负载均衡。

软件和硬件的区别在于性能、硬件远远高于软件，nginx的系统是万级、LVS的系统是十万级、F5的性能是百万级。虽然硬件的性能高，但是单台硬件的成本也很高。通常情况下，如果性能要求不高，可以使用软件负载均衡、如果性能要求高，推荐用硬件负载均衡。

4层和7层的区别在于协议和灵活性。Nginx支持HTTP、e-mail协议、而LVS和F5是4层负载均衡，和协议无关，几乎所有应用都可以做，例如聊天、数据库等。

CDN

CDN是为了解决用户网络访问时的“最后一公里”效应，本质上是一种“以空间换时间”的加速策略，即将内容缓存在离用户最近的地方，用户访问的是缓存的内容，而不是站点的实时内容。

Alt CNS请求示意图

CDN经过多年的发展，已经变成一个庞大的体系：分布式存储、全局负载均衡、网络重定向、流量控制等都属于CDN的范畴，尤其在视频、直播等领域。如果没有CDN，用户是无法实现流畅观看内容的。

CDN作为网络的基础服务，独立搭建的成本很大，很少有公司自己设计和搭建CDN系统，从CDN服务商购买CDN服务即可。如网宿和蓝讯等。

多机房

从架构上来看，单机房就是一个全局的网络单点，在发生比较大的故障或灾害时，单机房难以保证业务的高可用。如：停电、机房网络中断、地震、水灾都可能导致一个机房完全瘫痪。

多机房设计最核心的因素是如何处理时延带来的影响，常见的策略是：

同城多机房
同一个城市多个机房，距离不会太远，可以投入重金，搭建私有的高速的网络，基本上能够做到同一个机房的效果。

这种方式对业务影响很小，但是投入较大，如果不是大公司，一般是承受不起的。而且遇到极端的地震、水灾等自然灾害，同城多机房也是有很大的风险的。
跨城多机房

在不同的城市搭建多个机房、机房间通过网络进行数据复制，但由于跨城网络时延的问题，业务需要做一定的妥协和兼容，比如不需要数据的强实时一致性、只要保证最终一致性。
跨国多机房

和跨城多机房类似，只是地理上的分布更远，时延更大。由于时延太大和用户跨国访问实在太慢，跨国多机房一般用于备份和服务本国用户。