路由、负载均衡与 CDN
5.1 路由基础
路由表核心字段：目的网络/掩码、下一跳（Next Hop）、出接口、管理距离/度量值（metric）。
最长前缀匹配原则：一个目的 IP 可能同时命中多条路由（如默认路由 0.0.0.0/0 与 10.1.1.0/24），路由器始终选掩码最长（最精确）的那条。这是路由转发的根本规则，也是策略路由/流量精细化控制的基础。
静态路由 vs 动态路由：
| 维度 | 静态路由 | 动态路由 |
|---|---|---|
| 配置方式 | 手工逐条配置 | 路由协议自动学习、收敛 |
| 优点 | 精确可控、无协议开销 | 自动适应拓扑变化、适合大规模 |
| 缺点 | 不能自动适应故障、维护量大 | 占用资源、有收敛延迟 |
| 场景 | 小网络、出口默认路由、精确引流 | 中大型网络 |
常见动态路由协议：
- RIP（距离矢量）：以跳数为度量，最大 15 跳（16 = 不可达），周期性广播整表，收敛慢、有环路风险（水平分割缓解），只适合小网络；
- OSPF（链路状态）：每台路由器泛洪链路状态通告（LSA），全网同步一张拓扑图，跑 Dijkstra（SPF）算法算最短路径；以带宽计算开销，支持区域化分层，收敛快，中大网络主流内部网关协议（IGP）；
- BGP（路径矢量）：自治系统（AS）之间的外部网关协议（EGP），基于策略选路，互联网骨干的黏合剂（校招了解概念即可）。
5.2 负载均衡（LB）
四层负载均衡（LVS 为代表）：
- 工作在传输层，只看 IP + 端口，不解析应用内容；
- 通过修改报文头（NAT 模式改 IP/端口；DR 模式改 MAC；TUN 隧道模式）把流量转发给后端；
- 在内核态转发，性能极高、吞吐大、协议无关（TCP/UDP 都行，甚至 MySQL、Redis、K8s 流量）。
七层负载均衡（Nginx 为代表）：
- 工作在应用层，完整解析 HTTP/HTTPS；
- 可以按 URL 路径、Host 域名、Cookie、Header 做精细化分流和改写；
- 支持 HTTPS 加解密卸载、缓存、压缩、限流、重写等高级功能；
- 用户态处理，性能低于四层，但功能强、灵活。
四层健康检查：对后端端口做 TCP 三次握手探测——握手成功即认为服务存活（只证明端口活着，不证明应用正常）。
七层健康检查：向后端发真实 HTTP 请求，根据返回状态码判断：200 正常；301/302 视策略；404/502 等视为异常。检查路径常配专用接口（如 /healthz）。
常用调度算法：
| 算法 | 规则 | 适用 |
|---|---|---|
| 轮询（RR） | 依次分发 | 后端性能相同 |
| 加权轮询（WRR） | 按权重比例分发 | 后端性能不均 |
| 最小连接（LC） | 分给当前连接数最少的 | 请求处理时长差异大 |
| 源 IP 哈希 | 同一 IP 固定打到同一后端 | 需要会话保持（但破坏均衡，后端挂了会话丢失） |
| 一致性哈希 | 环形哈希空间，节点变动只影响相邻区间 | 缓存代理（CDN、Redis 客户端分片） |
5.3 CDN：内容分发网络
核心原理：把内容缓存到离用户物理距离近的边缘节点，让用户就近取数，降低时延、减轻源站压力。
工作流程：
- 用户解析域名时，DNS 通过 CNAME 把解析导向 CDN 的智能调度系统（GSLB）；
- GSLB 根据用户 IP 归属、节点负载、网络质量，返回最优边缘节点的 IP；
- 用户向边缘节点请求资源：
- 命中缓存 → 直接返回（绝大多数请求到此结束）；
- 未命中（miss）→ 边缘节点回源（向上层节点或源站拉取），缓存一份再返回给用户。
关键概念：边缘节点（用户侧缓存）、中心节点（回源汇聚层）、回源（缓存未命中向上拉取）、缓存过期策略（TTL、purge 刷新）。
适用场景：静态资源（图片、视频、JS/CSS、安装包、直播拉流）；动态请求无法直接缓存（可用动态加速/边缘计算优化链路）。
CDN 的好处：降低访问延迟、分担源站带宽与压力、抗流量高峰与部分 DDoS、提高可用性（就近多节点冗余）。
5.4 LVS vs Nginx 选型（必考）
什么时候选 LVS（四层）：
- 大流量、高并发、追求极致转发性能；
- 转发的是非 HTTP 协议：MySQL、Redis、Kafka、K8s Service（kube-proxy 的 IPVS 模式就是 LVS 技术）。
什么时候选 Nginx（七层）：
- 需要按 URL 路径、Host、Cookie 做内容分流（如 /api 走 A 集群、/static 走 B 集群）；
- 需要 HTTPS 加解密卸载、Gzip 压缩、缓存、限流、灰度发布等应用层能力。
企业典型架构（标准答法）：
用户 → DNS 解析 → LVS（四层，扛流量入口） → Nginx（七层，按内容分流 + TLS 卸载） → 后端应用服务器集群 → 数据库/缓存。
分工：LVS 顶在最前面负责高性能转发，Nginx 在后面做精细化流量治理，各取所长。