linux负载均衡总结性说明（四层负载/七层负载）

一、前言

在常规的运维工作中，经常会用到负载均衡服务器。负载均衡分为四层负载均衡和七层负载均衡，那么这两者有什么不同？

二、什么是负载均衡

1）负载均衡建立在现有的网络结构之上，它提供了一种廉价有效透明的方法扩展网络设备和服务器的宽带，增加吞吐量，加强网络的处理能力，提高的网络的灵活性和可用性。负载均衡有两方面的含义：首先，大量的并发访问或者数据流量分担到多台节点设备上分别处理，减少用户访问等待时间；其次系统处理能力大幅度提升，增加用户的好感度

2）简单来说就是：其一是将大量的并发处理转发给后端的多个节点处理，减少工作响应时间；其二将单个繁重的工作转发给后端的多个节点处理，处理完在返回给负载均衡中心，在返回给用户。目前负载均衡技术大多数是用于提高诸如在web服务器，ftp服务器和其他关键任务服务上的Internet服务器程序的可用性和伸缩性。

三、负载均衡的分类

1）二层负载均衡（mac）

根据OSI模型分为二层负载，一般是用虚拟mac地址方式，外部对虚拟mac地址请求，负载均衡接收后分配后端实际的mac地址响应

2）三层负载均衡（ip）

一般是采用虚拟ip地址的方式，外部对虚拟的ip地址请求，负载均衡接收后分配后端实际的ip地址响应

3）四层负载均衡（tcp）

在三层负载均衡的基础上用ip+port接收请求，在转发到对应的服务器

4）七层负载均衡（http）

根据虚拟的URL或者ip，主机接收请求，在转发到响应的处理服务器

5）概述

我们在运维中最常见的是四层负载均衡和七层负载均衡，这里重点说着两种负载均衡

1）四层负载均衡就是基于IP+端口的负载均衡；在三层负载均衡的基础上，通过发布三层的ip地址（VIP），然后加四层的端口号，来决定那些流量需要做负载，对需要处理的流量进行nat处理，转发到后端的服务器，并记录这个tcp或udp流量由哪台服务器处理的，后续这个连接的所有流量都同样转发到同一台服务器处理。

对应的负载均衡器叫四层交换机，主要分析ip层以及TCP/UDP层，实现四层负载均衡。这种负载均衡不理解应用协议（如HTTP/FTP/MySQL等）。

实现四层负载均衡器的软件有：

F5:硬件负载均衡器，功能很好，但是成本很高

lvs：重量级的四层负载均衡

LVS 不像 HAProxy 等七层软负载面向的是 HTTP 包，所以七层负载可以做的 URL 解析等工作，LVS 无法完成。

LVS 是四层负载均衡，也就是说建立在 OSI 模型的第四层——传输层之上，传输层上有我们熟悉的 TCP/UDP，LVS 支持 TCP/UDP 的负载均衡。因为 LVS 是四层负载均衡，因此它相对于其它高层负载均衡的解决办法，比如 DNS 域名轮流解析、应用层负载的调度、客户端的调度等，它的效率是非常高的。

nginx：轻量级的四层负载软件，带缓存功能，正则表达式比较灵活

haproxy：模拟四层转发，比较灵活

2）七层负载均衡是基于虚拟的URL或者主机ip的负载均衡器；在四层负载均衡的基础上（没有四层是绝对不可能有七层的）

对应的负载均衡器称为7层交换机，除了支持四层负载均衡以外，还能分析应用层的信息，如HTTP协议URL或Cookie信息，实现七层负载均衡，此种负载均衡器能理解应用协议。

实现七层负载均衡的软件有：

haproxy：天生的负载均衡技能，全面支持七层代理，会话保持，标记，路径转移；

nginx：nginx的stream模块支持七层负载均衡，使用类似http模块，后面会专有一篇文章进行解读

三、两者之间的区别

1）从技术理论上分析

        所谓的四层负载均衡，也就是主要通过报文中的目标地址和端口，在加上负载均衡设备的服务选择方式，绝对最终选择的内部服务器 。

       以常见的TCP为例子，负载均衡设备在接收到一个来自客户的SYN请求时，通过报文中的目标ip和端口选择一个最佳的服务器，并对报文中的目标ip地址进行更改（改为后端服务器的ip），直接转发给该服务器。tcp的连接建立，即三次握手是客户端和服务端直接建立的，负载均衡设备只是起到一个类似路由器的转发动作。在某些部署的情况下，为保证服务器回包可以正确返回给负载均衡器，在转发报文的同时还会将报文中的源地址进行修改

        所谓七层负载均衡，也称为内容交换，也就是主要通过报文中的真正有意义的应用层内容，在加上负载均衡设备设置的服务器选择方式，决定最终选择的服务器

        以常见的TCP为例，负载均衡设备如果要根据真正的应用层内容在选择服务器，只能先代理最终的服务器和客户端建立连接（三次握手后），才能接受到客户端发送的真正应用层内容的报文，然后在根据报文中的特定字段，更类似于一个代理服务器。负载均衡和前端的客户端以及后端的服务器会分别建立TCP连接。所以从这个技术原理上来看，七层负载均衡明显的对负载均衡设备的要求更高，处理七层的能力也必然会低于四层模式的部署方式。

2）https://cloud.tencent.com/developer/article/1026930