本书全面介绍了云网络负载均衡技术的通用原理、架构和关键技术，并附有实际使用案例，以帮助读者深入理解和应用这一技术。全书共分为6章。第1章介绍网络负载均衡和云网络负载均衡的概念、作用及其分类，并列举了云网络负载均衡的典型应用场景，以及在云原生网络环境中的应用。第2章阐述云网络负载均衡系统的架构和主要功能，包括系统整体框架、集群架构、支持多租户的网络虚拟化，以及访问负载均衡时的常见数据流工作模式。第3章讲解了云网络负载均衡控制器的架构和技术，涵盖了控制器的核心技术、集群管理和容灾的实现，以及控制器的性能优化措施。第4、5章主要介绍云网络4层负载均衡和7层负载均衡的演进历程、关键工作机制、功能实现方式，以及一些前沿热点技术。第6章从实际应用的角度出发，介绍云网络负载均衡的使用与压力测试，旨在帮助读者掌握在云环境中有效地使用负载均衡产品。本书适合云计算领域的技术人员、架构师、开发者和运维人员阅读，也适合希望学习云计算相关技术的高校学生使用。
本书基于百度智能云计算丰富的实践经验，理论与实践结合，全面介绍云网络负载均衡技术的通用原理、架构和关键技术。
前言
为何写作本书
在云计算飞速发展的当下，业务量的快速增长和互联网流量的激增使得应用性能和服务的高可用性成为云租户极为关注的问题。云网络负载均衡作为互联网接入层的关键流量入口，是解决这一挑战的重要手段，也是云计算环境中不可或缺的网络核心组件。它通过将多台云服务器虚拟化为一个组，并设置一个公网或内网的服务IP地址，将前端的高并发访问均匀分发到这些云服务器，从而实现应用程序流量的均衡分布，并随业务需求水平扩展。此外，负载均衡还能通过自动故障切换及时消除服务器的单点故障，从而提升服务的整体可用性。
然而，云网络负载均衡技术对计算机网络知识的广度和深度都有较高的要求，涉及从底层物理网络到服务器上运行的4~7层报文转发处理软件，再到上层的管理控制等多个技术领域。在日常工作中，我们注意到许多开发、运维和技术支持人员在使用云网络负载均衡时对其功能和原理了解不足。尽管互联网上有不少关于云网络负载均衡技术的资料，但缺乏一本全面、系统地从技术架构、控制器、数据转发等角度进行详细讲解的书籍。因此，作者经常受邀分享这方面的知识和技能。
作者在云计算网络领域有多年的深耕经验，参与研发了多个云计算服务厂商的负载均衡产品，并全天候维护着分布在多个地域的服务器集群，这些集群每秒处理着数亿并发连接和数千万互联网访问请求。基于这些丰富的研发和运维经验，希望通过这本书帮助读者深入理解云网络负载均衡技术的原理、架构和实践。作者整合了多年的经验精华和知识实践心得，旨在让读者能够深入了解这项技术的内在机制，并更好地将其应用于实际业务中。
此外，也希望通过这本书，为推动云网络负载均衡技术在行业内的普及和应用贡献一份力量。
读者对象
云网络负载均衡是云计算的重要产品之一。本书专为云计算领域的技术人员、架构师、开发者和运维人员编写，旨在深入探讨相关原理、机制及常见问题，是一本全面的参考书籍。通过阅读本书，读者不仅能够深刻理解云网络负载均衡技术，还能积累丰富的实践经验，从而为企业创造更多价值。
此外，本书也是高校学生的宝贵资源。对于希望学习云计算相关课程的学生而言，本书能够帮助他们快速熟悉云网络负载均衡技术，建立扎实的知识体系，为未来的职业生涯奠定坚实的基础。
如何阅读本书
本书深入探讨了云网络负载均衡系统的架构及其主要功能，涵盖了控制器、4层转发、7层转发等多个方面的架构设计、关键技术、性能优化以及安全措施。通过翔实的案例分析与实践经验的分享，旨在为读者提供切实可行的解决方案和宝贵建议。在本书的最后，从实际应用的角度出发，详细介绍了云网络负载均衡的使用与运维流程，以帮助读者更好地理解和运用这一技术。
第1章介绍网络负载均衡和云网络负载均衡的概念、作用及其分类，并列举了云网络负载均衡的典型应用场景，以及在云原生网络环境中的应用。
第2章阐述云网络负载均衡系统的架构和主要功能，包括系统整体框架、集群架构、支持多租户的网络虚拟化，以及访问负载均衡时的常见数据流工作模式。此外，还将介绍云网络负载均衡的功能特性。
第3章介绍云网络负载均衡系统的控制面架构及其相关技术。首先从云虚拟网络控制器的系统架构出发，在此基础上深入探讨负载均衡控制器的北向、南向技术，接着阐述流量采集技术在控制器中的落实与应用，以及负载均衡分集群技术在控制器中的策略和业务实现，最后会深入探讨控制器的性能优化策略。
第4章详细介绍了云网络4层负载均衡的转发功能原理。首先回顾了4层负载均衡技术在过去10年中的演进历程。接着，从网络报文转发机制的角度，阐述了其关键工作机制，并介绍了4层负载均衡支持的安全与访问控制附加功能。此外，还探讨了4层负载均衡技术在私有云环境下的容器化部署，以及在大流量场景下的软硬件结合技术。
第5章介绍了云网络7层负载均衡的关键技术原理。首先回顾了7层负载均衡技术的发展历程和技术特点。然后，以Nginx软件为例，阐述了反向代理软件如何在云计算环境中支持多租户、进入VPC虚拟网络和动态配置等关键技术。此外，介绍了SSL硬件加速卡及其集群的应用，并探讨了国密HTTPS和QUIC协议在7层负载均衡上的实现。
第6章以百度智能云负载均衡产品为例，详细介绍了云网络负载均衡的使用方法。本章内容涵盖了控制台、OpenAPI、SDK三种形式的实践操作，以及云原生自动部署的典型场景和负载均衡的性能测试实践。通过这些内容，旨在帮助读者更深入地理解并掌握负载均衡产品的使用。
由于本书为黑白印刷，因此本章中的彩图可扫描下方二维码查看。
此外，在云计算业界，云网络负载均衡也常常被简称为负载均衡。在本书中，除非有特殊说明，否则“负载均衡”一词均指代云网络负载均衡。
致谢
衷心感谢清华大学出版社，同时，也对百度智能云团队的几位部门——基础公有云部负责人孟宪军、系统部负责人王佩龙和云计算架构师郑然表达最诚挚的感激。他们为团队打造了一个的技术研发平台，并提供了极其宝贵的支持。此外，还要向共同创建了杰出云网络产品的虚拟网络研发、产品、质量和运维等团队表示深深的感谢。
最后，要向我们的团队同事表达感谢，他们都是在负载均衡领域深耕多年的。在开始写作时，作者对能否完成这项任务并没有足够的信心。在过去的两年时间里，作者在面对日常工作的压力的同时，还利用业余时间进行总结和写作，这无疑需要极大的坚持和毅力。在整个编写过程中，大家积极参与讨论，分享各自的观点和经验，相互补充和完善，这种团队协作的精神帮助作者克服了重重困难，最终呈现出一本高质量的书籍。
全书由张锋辉负责写作主题和统稿工作。本书第1、2章由张锋辉撰写； 第3章由姜琳负责写作，与彭涛、张萌、程云波、刘泽阳、周向前等控制器团队成员共同完成； 第4章由张锋辉负责写作，与梁爱义、陈格非、杜杰、王红祥、张林共同完成； 第5章由张锋辉负责写作，与陈都、杜杰、陈志共同完成； 第6章由彭涛负责写作，与段晓森、陈格非、王吟霄、梁继端、夏晟祺共同完成。得益于各位作者的宝贵贡献和无私合作，我们顺利地完成了这本书的编写和整理工作。
由于作者水平和编写时间有限，书中难免出现一些疏漏或者不足的地方，恳请读者批评指正。
作者2025年6月于北京
目录
第1章网络负载均衡简介
1.1网络负载均衡概述
1.2网络负载均衡分类
1.2.1按网络层次划分
1.2.2按应用的地理结构划分
1.2.3按实现载体划分
1.3云网络负载均衡
1.3.1云网络负载均衡的概念
1.3.2云网络4层负载均衡和7层负载均衡
1.4云网络负载均衡的典型应用场景
1.5云原生网络中的负载均衡
1.5.1Service负载均衡
1.5.2Ingress负载均衡
第2章云网络负载均衡系统架构与功能
2.1负载均衡整体框架
2.1.1整体架构概述
2.1.2SDN架构的控制器系统
2.1.34层+7层集群转发系统
2.2负载均衡集群架构
2.2.1物理网络与集群拓扑
2.2.2服务器大集群架构
2.2.3服务器分集群架构
2.3网络虚拟化架构
2.3.1支撑多租户的网络虚拟化原理
2.3.2网络虚拟化后分集群架构
2.4访问负载均衡数据流处理
2.4.1访问公网4层负载均衡数据流处理
2.4.2访问内网4层负载均衡数据流处理
2.4.3跨地域访问4层负载均衡数据流处理
2.4.4健康检查数据流处理
2.5负载均衡功能特性
第3章云网络负载均衡控制器原理
3.1负载均衡控制器概述
3.1.1云网络控制器发展简介
3.1.2负载均衡控制器架构
3.1.3负载均衡控制器发展阶段与展望
3.2负载均衡控制器核心技术
3.2.1控制器北向技术
3.2.2控制器南向技术
3.2.3控制器流量采集技术
3.3负载均衡控制器集群管理功能
3.3.1服务器分集群管理模型
3.3.2服务器分集群运维
3.3.3服务器分集群的价值
3.4负载均衡控制器性能优化
3.4.1控制器性能优化概述
3.4.2控制器变配模型
3.4.3控制器性能挑战
3.4.4控制器性能优化
第4章云网络4层负载均衡关键技术原理
4.14层负载均衡技术演进
4.1.1LVS内核态软件负载均衡
4.1.2基于DPDK框架的用户态软件负载均衡
4.1.3软硬件融合的软件负载均衡
4.1.4NFV弹性能力软件负载均衡
4.2与转发相关的关键机制
4.2.1数据报文转发处理
4.2.2健康检查
4.2.3调度算法
4.2.4集群内Session同步
4.2.5主备服务器组
4.2.6网络流量抓包
4.3安全与访问控制
4.3.1SYN代理防护
4.3.2ACL和SG
4.3.3限速限流机制
4.4负载均衡容器化
4.4.1网关低资源占用的需求
4.4.2负载均衡容器化设计
4.4.3负载均衡容器化关键配置
4.5负载均衡软硬件结合技术
4.5.1软硬件结合技术的必要性
4.5.2软硬件结合Offload技术概述
4.5.3负载均衡转发Offload技术
第5章云网络7层负载均衡关键技术原理
5.17层负载均衡技术演进
5.1.17层负载均衡技术的发展历程
5.1.27层负载均衡技术的关键特性
5.1.3Nginx软件负载均衡概述
5.2变配和转发相关的关键机制
5.2.1配置的热加载
5.2.2配置的热更新
5.2.3后端服务器热更新
5.37层负载均衡VPC转发技术
5.3.17层负载均衡VPC技术概述
5.3.27层负载均衡VPC关键技术
5.4访问日志服务
5.4.1访问日志实现原理
5.4.2访问日志推送服务架构
5.5国产密码算法负载均衡
5.5.1国产密码算法标准简介
5.5.2国产密码算法协议
5.5.3国产密码算法负载均衡系统
5.6硬件加速SSL与加速集群
5.6.1SSL/TLS的性能问题
5.6.2SSL硬件加速器解决方案
5.6.3Keyserver加速卡集群
5.7基于QUIC的HTTP/3负载均衡
5.7.1QUIC和HTTP/3协议概述
5.7.2HTTP/3协议关键特性
5.7.3HTTP/3协议7层负载均衡
第6章云网络负载均衡使用实践
6.1负载均衡实践
6.1.1负载均衡使用概述
6.1.2负载均衡使用实践
6.2负载均衡云监控实践
6.2.1负载均衡云监控概述
6.2.2负载均衡云监控实践
6.3负载均衡OpenAPI实践
6.3.1负载均衡OpenAPI概述
6.3.2负载均衡OpenAPI使用实践
6.4负载均衡SDK实践
6.4.1负载均衡SDK概述
6.4.2负载均衡SDK使用实践
6.5负载均衡与云原生服务自动部署实践
6.5.1负载均衡与云原生服务自动部署概述
6.5.2负载均衡与云原生服务自动部署实践
6.6负载均衡性能压力测试实践
6.6.1负载均衡压力测试概述
6.6.2负载均衡压力测试实践
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