DNS轮询是否可被完全替代

DNS轮询是否可被完全替代

有人会有以下观点

1. nginx前端加入lvs和keepalived可以替代“DNS轮询”
2. F5能搞定接入层高可用、扩展性、负载均衡，可以替代“DNS轮询”

    “DNS轮询”究竟是不是过时的技术，是不是可以被其他方案替代，接入层架构技术演进，是本文将要细致讨论的内容。

问题域

    nginx、lvs、keepalived、f5、DNS轮询，每每提到这些技术，往往讨论的是接入层的这样几个问题：

1. 可用性：任何一台机器挂了，服务受不受影响
2. 扩展性：能否通过增加机器，扩充系统的性能
3. 反向代理+负载均衡：请求是否均匀分摊到后端的操作单元执行

技术介绍

    1. nginx：一个高性能的web-server和实施反向代理的软件

    2. lvs：Linux Virtual Server，使用集群技术，实现在linux操作系统层面的一个高性能、高可用、负载均衡服务器

    3. keepalived：一款用来检测服务状态存活性的软件，常用来做高可用

    4. f5：一个高性能、高可用、负载均衡的硬件设备（听上去和lvs功能差不多？）

    5. DNS轮询：通过在DNS-server上对一个域名设置多个ip解析，来扩充web-server性能及实施负载均衡的技术

接入层技术演进

【裸奔时代  >  单机架构】

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

• 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
• 负载均衡：单机不涉及负载均衡的问题

【简易扩容方案  >  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：

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

• 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，但负载基本是均衡的

    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  >  nginx】

       tomcat的性能较差，但nginx作为反向代理的性能就强多了，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

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

• 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

    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  >  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

• 解决了高可用的问题

    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？

【垂直扩容方案  >  lvs/f5】

       nginx毕竟是软件，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。

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能解决接入层高可用、扩展性、负载均衡的问题。

    是否完美？

       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？

【水平扩容方案  >  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。

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

结论

    1. 接入层架构要考虑的问题域为：高可用、扩展性、反向代理+扩展均衡

    2. nginx、keepalived、lvs、f5可以很好的解决高可用、扩展性、反向代理+扩展均衡的问题

    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