前言��
為何寫(xiě)作本書(shū)

在云計(jì)算飛速發(fā)展的當(dāng)下，業(yè)務(wù)量的快速增長(zhǎng)和互聯(lián)網(wǎng)流量的激增使得應(yīng)用性能和服務(wù)的高可用性成為云租戶(hù)極為關(guān)注的問(wèn)題。云網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡作為互聯(lián)網(wǎng)接入層的關(guān)鍵流量入口，是解決這一挑戰(zhàn)的重要手段，也是云計(jì)算環(huán)境中不可或缺的網(wǎng)絡(luò)核心組件。它通過(guò)將多臺(tái)云服務(wù)器虛擬化為一個(gè)組，并設(shè)置一個(gè)公網(wǎng)或內(nèi)網(wǎng)的服務(wù)IP地址，將前端的高并發(fā)訪問(wèn)均勻分發(fā)到這些云服務(wù)器，從而實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序流量的均衡分布，并隨業(yè)務(wù)需求水平擴(kuò)展。此外，負(fù)載均衡還能通過(guò)自動(dòng)故障切換及時(shí)消除服務(wù)器的單點(diǎn)故障，從而提升服務(wù)的整體可用性。

然而，云網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡技術(shù)對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)知識(shí)的廣度和深度都有較高的要求，涉及從底層物理網(wǎng)絡(luò)到服務(wù)器上運(yùn)行的4~7層報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)處理軟件，再到上層的管理控制等多個(gè)技術(shù)領(lǐng)域。在日常工作中，我們注意到許多開(kāi)發(fā)、運(yùn)維和技術(shù)支持人員在使用云網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡時(shí)對(duì)其功能和原理了解不足。盡管互聯(lián)網(wǎng)上有不少關(guān)于云網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡技術(shù)的資料，但缺乏一本全面、系統(tǒng)地從技術(shù)架構(gòu)、控制器、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)等角度進(jìn)行詳細(xì)講解的書(shū)籍。因此，作者經(jīng)常受邀分享這方面的知識(shí)和技能。

作者在云計(jì)算網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域有多年的深耕經(jīng)驗(yàn)，參與研發(fā)了多個(gè)云計(jì)算服務(wù)廠商的負(fù)載均衡產(chǎn)品，并全天候維護(hù)著分布在多個(gè)地域的服務(wù)器集群，這些集群每秒處理著數(shù)億并發(fā)連接和數(shù)千萬(wàn)互聯(lián)網(wǎng)訪問(wèn)請(qǐng)求�；�于這些豐富的研發(fā)和運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)，希望通過(guò)這本書(shū)幫助讀者深入理解云網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡技術(shù)的原理、架構(gòu)和實(shí)踐。作者整合了多年的經(jīng)驗(yàn)精華和知識(shí)實(shí)踐心得，旨在讓讀者能夠深入了解這項(xiàng)技術(shù)的內(nèi)在機(jī)制，并更好地將其應(yīng)用于實(shí)際業(yè)務(wù)中。

此外，也希望通過(guò)這本書(shū)，為推動(dòng)云網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡技術(shù)在行業(yè)內(nèi)的普及和應(yīng)用貢獻(xiàn)一份力量。

讀者對(duì)象

云網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡是云計(jì)算的重要產(chǎn)品之一。本書(shū)專(zhuān)為云計(jì)算領(lǐng)域的技術(shù)人員、架構(gòu)師、開(kāi)發(fā)者和運(yùn)維人員編寫(xiě)，旨在深入探討相關(guān)原理、機(jī)制及常見(jiàn)問(wèn)題，是一本全面的參考書(shū)籍。通過(guò)閱讀本書(shū)，讀者不僅能夠深刻理解云網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡技術(shù)，還能積累豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，從而為企業(yè)創(chuàng)造更多價(jià)值。

此外，本書(shū)也是高校學(xué)生的寶貴資源。對(duì)于希望學(xué)習(xí)云計(jì)算相關(guān)課程的學(xué)生而言，本書(shū)能夠幫助他們快速熟悉云網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡技術(shù)，建立扎實(shí)的知識(shí)體系，為未來(lái)的職業(yè)生涯奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
如何閱讀本書(shū)

本書(shū)深入探討了云網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡系統(tǒng)的架構(gòu)及其主要功能，涵蓋了控制器、4層轉(zhuǎn)發(fā)、7層轉(zhuǎn)發(fā)等多個(gè)方面的架構(gòu)設(shè)計(jì)、關(guān)鍵技術(shù)、性能優(yōu)化以及安全措施。通過(guò)翔實(shí)的案例分析與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的分享，旨在為讀者提供切實(shí)可行的解決方案和寶貴建議。在本書(shū)的最后，從實(shí)際應(yīng)用的角度出發(fā)，詳細(xì)介紹了云網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡的使用與運(yùn)維流程，以幫助讀者更好地理解和運(yùn)用這一技術(shù)。

第1章介紹網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡和云網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡的概念、作用及其分類(lèi)，并列舉了云網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡的典型應(yīng)用場(chǎng)景，以及在云原生網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的應(yīng)用。

第2章闡述云網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡系統(tǒng)的架構(gòu)和主要功能，包括系統(tǒng)整體框架、集群架構(gòu)、支持多租戶(hù)的網(wǎng)絡(luò)虛擬化，以及訪問(wèn)負(fù)載均衡時(shí)的常見(jiàn)數(shù)據(jù)流工作模式。此外，還將介紹云網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡的功能特性。

第3章介紹云網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡系統(tǒng)的控制面架構(gòu)及其相關(guān)技術(shù)。首先從云虛擬網(wǎng)絡(luò)控制器的系統(tǒng)架構(gòu)出發(fā)，在此基礎(chǔ)上深入探討負(fù)載均衡控制器的北向、南向技術(shù)，接著闡述流量采集技術(shù)在控制器中的落實(shí)與應(yīng)用，以及負(fù)載均衡分集群技術(shù)在控制器中的策略和業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)，最后會(huì)深入探討控制器的性能優(yōu)化策略。

第4章詳細(xì)介紹了云網(wǎng)絡(luò)4層負(fù)載均衡的轉(zhuǎn)發(fā)功能原理。首先回顧了4層負(fù)載均衡技術(shù)在過(guò)去10年中的演進(jìn)歷程。接著，從網(wǎng)絡(luò)報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制的角度，闡述了其關(guān)鍵工作機(jī)制，并介紹了4層負(fù)載均衡支持的安全與訪問(wèn)控制附加功能。此外，還探討了4層負(fù)載均衡技術(shù)在私有云環(huán)境下的容器化部署，以及在大流量場(chǎng)景下的軟硬件結(jié)合技術(shù)。

第5章介紹了云網(wǎng)絡(luò)7層負(fù)載均衡的關(guān)鍵技術(shù)原理。首先回顧了7層負(fù)載均衡技術(shù)的發(fā)展歷程和技術(shù)特點(diǎn)。然后，以Nginx軟件為例，闡述了反向代理軟件如何在云計(jì)算環(huán)境中支持多租戶(hù)、進(jìn)入VPC虛擬網(wǎng)絡(luò)和動(dòng)態(tài)配置等關(guān)鍵技術(shù)。此外，介紹了SSL硬件加速卡及其集群的應(yīng)用，并探討了國(guó)密HTTPS和QUIC協(xié)議在7層負(fù)載均衡上的實(shí)現(xiàn)。

第6章以百度智能云負(fù)載均衡產(chǎn)品為例，詳細(xì)介紹了云網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡的使用方法。本章內(nèi)容涵蓋了控制臺(tái)、OpenAPI、SDK三種形式的實(shí)踐操作，以及云原生自動(dòng)部署的典型場(chǎng)景和負(fù)載均衡的性能測(cè)試實(shí)踐。通過(guò)這些內(nèi)容，旨在幫助讀者更深入地理解并掌握負(fù)載均衡產(chǎn)品的使用。
由于本書(shū)為黑白印刷，因此本章中的彩圖可掃描下方二維碼查看。
此外，在云計(jì)算業(yè)界，云網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡也常常被簡(jiǎn)稱(chēng)為負(fù)載均衡。在本書(shū)中，除非有特殊說(shuō)明，否則“負(fù)載均衡”一詞均指代云網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡。

致謝

衷心感謝清華大學(xué)出版社，同時(shí)，也對(duì)百度智能云團(tuán)隊(duì)的幾位部門(mén)——基礎(chǔ)公有云部負(fù)責(zé)人孟憲軍、系統(tǒng)部負(fù)責(zé)人王佩龍和云計(jì)算架構(gòu)師鄭然表達(dá)最誠(chéng)摯的感激。他們?yōu)閳F(tuán)隊(duì)打造了一個(gè)的技術(shù)研發(fā)平臺(tái)，并提供了極其寶貴的支持。此外，還要向共同創(chuàng)建了杰出云網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品的虛擬網(wǎng)絡(luò)研發(fā)、產(chǎn)品、質(zhì)量和運(yùn)維等團(tuán)隊(duì)表示深深的感謝。

最后，要向我們的團(tuán)隊(duì)同事表達(dá)感謝，他們都是在負(fù)載均衡領(lǐng)域深耕多年的。在開(kāi)始寫(xiě)作時(shí)，作者對(duì)能否完成這項(xiàng)任務(wù)并沒(méi)有足夠的信心。在過(guò)去的兩年時(shí)間里，作者在面對(duì)日常工作的壓力的同時(shí)，還利用業(yè)余時(shí)間進(jìn)行總結(jié)和寫(xiě)作，這無(wú)疑需要極大的堅(jiān)持和毅力。在整個(gè)編寫(xiě)過(guò)程中，大家積極參與討論，分享各自的觀點(diǎn)和經(jīng)驗(yàn)，相互補(bǔ)充和完善，這種團(tuán)隊(duì)協(xié)作的精神幫助作者克服了重重困難，最終呈現(xiàn)出一本高質(zhì)量的書(shū)籍。

全書(shū)由張鋒輝負(fù)責(zé)寫(xiě)作主題和統(tǒng)稿工作。本書(shū)第1、2章由張鋒輝撰寫(xiě)； 第3章由姜琳負(fù)責(zé)寫(xiě)作，與彭濤、張萌、程云波、劉澤陽(yáng)、周向前等控制器團(tuán)隊(duì)成員共同完成； 第4章由張鋒輝負(fù)責(zé)寫(xiě)作，與梁愛(ài)義、陳格非、杜杰、王紅祥、張林共同完成； 第5章由張鋒輝負(fù)責(zé)寫(xiě)作，與陳都、杜杰、陳志共同完成； 第6章由彭濤負(fù)責(zé)寫(xiě)作，與段曉森、陳格非、王吟霄、梁繼端、夏晟祺共同完成。得益于各位作者的寶貴貢獻(xiàn)和無(wú)私合作，我們順利地完成了這本書(shū)的編寫(xiě)和整理工作。

由于作者水平和編寫(xiě)時(shí)間有限，書(shū)中難免出現(xiàn)一些疏漏或者不足的地方，懇請(qǐng)讀者批評(píng)指正。
作者2025年6月于北京