四层负载均衡和七层负载均衡的探究

Posted 2022-08-05 流楚丶格念

文章目录

• 前言
• 概述
• 详细探究
• • 四层负载均衡
  • • 七层的负载均衡
• 二者区别
• • 1. 技术原理区别
  • 2.应用场景区别

前言

关于负载均衡，经常听到四层负载均衡和七层负载均衡的说法，也看了很多文章，整理的乱的很，也是给我整懵了，之前还以为是四个层都是负载均衡呢（ps：这是不正确的），所以这些到底是啥意思呢？他们之间有什么关系和区别呢？

下面我们来一起探究一下：

概述

我们先用一句话来说：四层负载均衡就是工作在计算机网络OSI七层分层的第四层（传输层）的，七层负载军和则是工作在第七层（应用层）的。

首先回顾一下OSI网络的七层结构：

我们知道了四层是第四层，七层是第七层，那么再看，也就是说：

• 四层负载均衡是基于IP+端口（TCP/UDP，例如：60.233.126.66:10）的负载均衡
• 七层负载均衡是基于URL（HTTP等，例如：http://www.test.com/uua）等应用层信息的负载均衡。

扩展：其实还有基于MAC地址的二层负载均衡和基于IP地址的三层负载均衡，他们一般是对硬件进行配置。

• 二层负载均衡(mac)
  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。
• 三层负载均衡(ip)
  一般采用虚拟IP地址方式,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。
• 四层负载均衡(tcp)
  用虚拟ip+port接收请求,再转发到对应的真实机器。
• 七层负载均衡(http)
  用虚拟的url或主机名接收请求,再转向相应的处理服务器。

在实际应用中,比较常见的就是四层负载及七层负载。

详细探究

总的来说：所谓的四到七层负载均衡，就是在对后台的服务器进行负载均衡时，依据四层的信息或七层的信息来决定怎么样转发流量。

四层负载均衡

四层的负载均衡就是基于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，来决定哪些流量需要做负载均衡，对需要处理的流量进行NAT处理，转发至后台服务器，并记录下这个TCP或者UDP的流量是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。

对应的负载均衡器称为四层交换机（L4 switch），主要分析IP层及TCP/UDP层，实现四层负载均衡。此种负载均衡器不理解应用协议（如HTTP/FTP/mysql等等），常见例子有：LVS，F5。

七层的负载均衡

注意：没有四层是绝对不可能有七层的

七层的负载均衡，就是在四层的基础上，再考虑应用层的特征，比如同一个Web服务器的负载均衡，除了根据VIP加80端口辨别是否需要处理的流量，还可根据七层的URL、浏览器类别、语言来决定是否要进行负载均衡。

举个例子，如果你的Web服务器分成两组，一组是中文语言的，一组是英文语言的，那么七层负载均衡就可以当用户来访问你的域名时，自动辨别用户语言，然后选择对应的语言服务器组进行负载均衡处理。

二者区别

1. 技术原理区别

四层负载均衡，也就是主要通过报文中的目标地址和端口，再加上负载均衡设备设置的服务器选择方式，决定最终选择的内部服务器。

以常见的TCP为例，负载均衡设备在接收到第一个来自客户端的SYN 请求时，即通过上述方式选择一个最佳的服务器，并对报文中目标IP地址进行修改(改为后端服务器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器直接建立的，负载均衡设备只是起到一个类似路由器的转发动作。

在某些部署情况下，为保证服务器回包可以正确返回给负载均衡设备，在转发报文的同时可能还会对报文原来的源地址进行修改。

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，再加上负载均衡设备设置的服务器选择方式，决定最终选择的内部服务器。

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再选择服务器，只能先代理最终的服务器和客户端建立连接(三次握手)后，才可能接受到客户端发送的真正应用层内容的报文，然后再根据该报文中的特定字段，再加上负载均衡设备设置的服务器选择方式，决定最终选择的内部服务器。

负载均衡设备在这种情况下，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.应用场景区别

七层因为可以代理任意修改和处理用户的请求，所以可以使整个应用更加智能化和安全，代价就是设计和配置会更复杂。所以是否有必要使用七层负载均衡是一个需要权衡的问题。

现在的7层负载均衡，主要还是着重于应用HTTP协议，所以其应用范围主要是众多的网站或者内部信息平台等基于B/S开发的系统。 4层负载均衡则对应其他TCP应用，例如基于C/S开发的ERP等系统。

其他4、7负载均衡内容 也可以参考下nginx的官网文档：https://www.nginx.com/resources/glossary/layer-4-load-balancing/