本文是对这篇介绍负载均衡(Load Balancing)的博客的笔记。
负载均衡指在分布的计算资源中尽可能合理地分配任务/请求，比如操作系统调度处理器，Kubernetes管理集群，以及代理分发网络请求，都使用到负载均衡的技术。但本文只讨论网络请求的负载均衡。为简单起见，我们把负载均衡器叫做代理(proxy)。
分类
可以根据网络OSI模型将代理分为L4和L7两种类型。L4代理按照第四层传输层数据（TCP、UDP）分发请求；L7代理根据应用层的内容（HTTP，Redis，MongoDB等）分发网络请求。
L4代理能够确保来自同一条连接的所有数据包，会被转发到同一台后端服务器。当网络请求到达时，L4代理选择一台可用的后端服务器并转发。一种转发方式是L4代理终止来自客户端的连接，使用新连接把请求转发到后端服务器。另一种方式类似NAT，L4代理对数据包的报头进行地址替换，使得数据包直达后端服务器。如果在第二种方式的基础进一步通用路由封装（Generic Routing Encapsulation, GRE），则可以实现直接服务器返回（Direct Server Retur），减轻代理的压力。
与L7代理比较，L4代理的缺点在于基于连接分发请求，可能存在负载不平衡的问题。比如A和B客户端分别建立一条TCP长连接来发送HTTP2请求，分别被代理转发到两个后端服务器。其中A以每秒1个数据包的速度发送请求，B的速度是每秒1000个数据包，导致两台后端服务器承受不同压力，而L4代理无法分析应用层的数据来改善负载分布。但由于结构简单，L4代理的吞吐量更高，可以用于防御DDos（比如SYN Flood）。
功能
代理除了均衡负载，还可以用于服务发现（Service Discovery)，健康检查（Health Checking），容错（Fault Tolerance）和命名抽象（Naming Abstraction）。
代理维护一个可用后端服务器的列表，这个过程称为服务发现。常用的实现方法有：静态文件配置，DNS，Zoopkeeper等。代理通过健康检查确定后端服务器是否可用。健康检查有主动和被动两种类型：主动的代理向后端服务器发送周期性心跳信号；被动的代理通过数据流判断后端服务器的健康状况，比如L4代理通过TCP连接状态，L7代理通过HTTP状态码（503服务不可用）。基于健康检查，代理可以进一步实现容错机制，重启宕机的服务。命名抽象指代理为客户端提供统一的入口，客户端不需要知道后端服务器的具体地址与端口。
除此之外，代理还常常提供粘性会话（Sticky Session），TLS终止（TLS Termination），和可观察性（Observability）等特点。
常见拓扑结构
负载均衡有中间代理（Middle Proxy），边缘代理（Edge Proxy），作为客户端依赖库（Embedded Client Library），和内部通讯（Sidecar Proxy）等4种常见拓扑结构。
中间代理：这是最简单的代理拓扑结构。只需要配置DNS，就可以令客户端连接到中间代理。这种拓扑的缺点是代理是单点错误。
边缘代理：相比较中间代理，额外起网关的作用。其余功能与中间代理完全相同，所以也存在单点错误的缺点。
作为客户端依赖库：解决了单点错误的问题。但如果客户端用多种语言开发，那么必须为每一种语言都提供相应的负载均衡库。
内部通讯：在客户端运行单独的进程用作负载均衡。目前最推荐采用的拓扑结构。
尾声
博客后文还提到负载均衡的其他方面，比如L4代理利用BGP协议实现容错等。关于L7代理，作者提到全局的负载均衡器和中心化的控制面板的体系，用于调控运行在客户端的代理分发策略，是未来创新和趋势的所在。