负载均衡器对比(LVS & Nginx)

负载均衡器对比(LVS & Nginx)

应用层 : 网络服务与最终用户的一个接口。协议有:HTTP FTP TFTP SMTP SNMP DNS

表示层: 数据的表示、安全、压缩 格式有，JPEG、ASCll、DECOIC、加密格式等在五层模型里面已经合并到了应用层)

会话层 建立、管理、终止会话。(在五层模型里面已经合并到了应用层)

传输层 定义传输数据的协议端口号，以及流控和差错效验。协议有:TCP UDP，数据包一旦离开网卡即进入网络传输层

网络层 进行逻辑地址寻址，实现不同网络之间的路径选择 协议有:ICMP IGMP IP(IPV4 IPV6) ARP RARP

数据链路层 建立逻辑连接、进行硬件地址寻址、差错效验等功能。(由底层网络定义协议)

物理层 建立、维护、断开物理连接。(由底层网络定义协议)

简记：应 表 会 传 网 数 物

四层：IP+PORT转发 七层：协议+内容交换

四层负载 在四层负载设备中，把client发送的报文目标地址(原来是负载均衡设备的IP地址)，根据均衡设备设置的选择web服务器的规则选择对应的web服务器IP地址，这样client就可以直接跟此服务器建立TCP连接并发送数据。

七层代理 七层负载均衡服务器起了一个反向代理服务器的作用，服务器建立一次TCP连接要三次握手，而client要访问webserver要先与七层负载设备进行三次握手后建立TCP连接，把要访问的报文信息发送给七层负载均衡；然后七层负载均衡再根据设置的均衡规则选择特定的webserver，然后通过三次握手与此台webserver建立TCP连接，然后webserver把需要的数据发送给七层负载均衡设备，负载均衡设备再把数据发送给client；所以，七层负载均衡设备起到了代理服务器的作用。

LVS：

简介：

LVS的是Linux Virtual Server的简写，翻译为Linux虚拟服务器，即一个虚拟的服务器集群系统，
是由我国章文嵩博士在1998年5月所研究成立，也是中国国内最早出现的自由软件项目之一。
LVS由2部分程序组成，包括 ipvs 和 ipvsadm
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1. ipvs(ip virtual server)：一段代码工作在内核空间，叫ipvs，是真正生效实现调度的代码。
2. ipvsadm：另外一段是工作在用户空间，叫ipvsadm，负责为ipvs内核框架编写规则，定义谁是集群服务，而谁是后端真实的服务器(Real Server)
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LVS相关的几种IP:

VIP :（virtual IP）   LVS服务器上接收外网数据报文的网卡IP地址
DIP: （director IP）  LVS服务器上发送数据报文到real server的网卡IP地址
RIP :（real server）  真实服务器上的IP，即提供服务的服务器IP(常简称为RS)
CIP :（client IP ）   客户端的IP
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工作模式：LVS常用的工作模式有DR模式、TUN模式、以及NAT模式

1.DR模式 直接路由: Director Route

(1).工作原理

每个RS（Real Server）上都有两个IP：VIP和RIP，但是VIP是隐藏的，即不能提供解析等功能，
只是用来做请求回复的源IP的，Director（VS）上只需要一个网卡，在该网卡上配置两个IP：VIP和DIP，
在VS接收到客户端的请求后，VS根据负载算法选择一台RS的网卡mac作为客户端请求包中的目标mac，
通过arp转交给后端RS处理，后端RS再通过自己的路由网关回复给客户端client。

2.TUN模式

(1).工作原理

它的连接调度和管理与LVS/NAT中的一样，利用ip隧道技术的原理，即在原有的客户端请求包头中再加一层IP Tunnel的包头ip首部信息，
不改变原来整个请求包信息，只是新增了一层ip首部信息，再利用路由原理将请求发给RS server，不过要求的是所有的server必须支持”IPTunneling”或者”IP Encapsulation”协议。
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(2).特点

1.RIP、VIP、DIP全是公网地址
2.RS的网关不会也不可能指向DIP
3.所有的请求报文经由Director Server，但响应报文必须不能进过Director Server
4.不支持端口映射,
5.RS的系统必须支持隧道
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3.NAT模式

(1).工作原理

当数据包到达VS时，VS做目标地址转换（DNAT），将目标IP改为RS的IP。RS接收到数据包以后，仿佛是客户端直接发给它的一样。
RS处理完，返回响应时，源IP是RIP，目标IP是客户端的IP。这时RS的包通过网关（VS）中转，VS会做源地址转换（SNAT），
将包的源地址改为VIP，这样，这个包对客户端看起来就仿佛是VS直接返回给它的
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(2). 特点

1.RS应该使用私有地址，RS的网关必须指向DIP
2.DIP和RIP必须在同一个网段内
3.请求和响应报文都需要经过DS，高负载场景中，DS易成为性能瓶颈
4.支持端口映射
5.RS可以使用任意操作系统
6.缺陷：对Director Server压力会比较大，请求和响应都需经过director server
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优点：

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1、抗负载能力强、是工作在网络4层之上仅作分发之用，没有流量的产生，这个特点也决定了它在负载均衡软件里的性能最强的，对内存和cpu资源消耗比较低。
2、配置性比较低，这是一个缺点也是一个优点，因为没有可太多配置的东西，所以并不需要太多接触，大大减少了人为出错的几率。
3、工作稳定，因为其本身抗负载能力很强，自身有完整的双机热备方案，如LVS+Keepalived，不过我们在项目实施中用得最多的还是LVS/DR+Keepalived。
4、无流量，LVS只分发请求，而流量并不从它本身出去，这点保证了均衡器IO的性能不会收到大流量的影响。
5、应用范围比较广，因为LVS工作在4层，所以它几乎可以对所有应用做负载均衡，包括http、数据库、在线聊天室等等。
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缺点：
1、软件本身不支持正则表达式处理，不能做动静分离；而现在许多网站在这方面都有较强的需求，这个是Nginx/HAProxy+Keepalived的优势所在。
2、如果是网站应用比较庞大的话，LVS/DR+Keepalived实施起来就比较复杂了，特别后面有WindowsServer的机器的话，如果实施及配置还有维护过程就比较复杂了，相对而言，Nginx/HAProxy+Keepalived就简单多了。
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Ngnix：

应用方向 正向代理 反向代理 负载均衡 HTTP服务器(包含动静分离)

Nginx是一款轻量级的Web服务器/反向代理服务器及电子邮件（IMAP/POP3）代理服务器，在BSD-like 协议下发行。其特点是占有内存少，并发能力强。
国内使用nginx网站用户有：百度、京东、新浪、网易、腾讯、淘宝等。

工作原理：

1. Nginx由内核和模块组成。Nginx本身做的工作实际很少，当它接到一个HTTP请求时，它仅仅是通过查找配置文件将此次请求映射到一个location block，

2. 而此location中所配置的各个指令则会启动不同的模块去完成工作，因此模块可以看做Nginx真正的劳动工作者。
3. 通常一个location中的指令会涉及一个handler模块和多个filter模块（当然，多个location可以复用同一个模块）。
4. handler模块负责处理请求，完成响应内容的生成，而filter模块对响应内容进行处理。用户根据自己的需要开发的模块都属于第三方模块。正是有了这么多模块的支撑，Nginx的功能才会如此强

Nginx的模块从功能上分为：

Core    ：   核心模块；构建nginx基础服务、管理其他模块。
Handlers： 处理器模块；此类模块直接处理请求，并进行输出内容和修改headers信息等操作。Handlers     处理器模块一般只能有一个。
Filters ： 过滤器模块，此类模块主要对其他处理器模块输出的内容进行修改操作，最后由Nginx输出。
Proxies ：  代理类模块；此类模块是Nginx的HTTP Upstream之类的模块，这些模块主要与后端一些服务比如Fast CGI等进行交互，实现服务代理和负载均衡等功能。

Nginx的核心模块：主要负责建立nginx服务模型、管理网络层和应用层协议、以及启动针对特定应      用的一系列候选模块。
其他模块负责分配给web服务器的实际工作：
    (1) 当Nginx发送文件或者转发请求到其他服务器，由Handlers(处理模块)或Proxies（代理类模块）提供服务；
    (2) 当需要Nginx把输出压缩或者在服务端加一些东西，由Filters(过滤模块)提供服务。

Nginx模块处理流程：

1.客户端发送HTTP请求
2.Nginx基于配置文件中的位置选择一个合适的处理模块
3.负载均衡模块选择一台后端服务器 (如果有)
4.处理模块进行处理并把输出缓冲放到第一个过滤模块上
5.第一个过滤模块处理后输出给第二个过滤模块 
6.然后第二个过滤模块又到第三个 
7.依此类推，最后把响应发给客户端。

优点：

1、工作在网络7层之上，可针对http应用做一些分流的策略，如针对域名、目录结构，它的正规规则比HAProxy更为强大和灵活，所以，目前为止广泛流行。
2、Nginx对网络稳定性的依赖非常小，理论上能ping通就能进行负载功能。
3、Nginx安装与配置比较简单，测试也比较方便，基本能把错误日志打印出来。
4、可以承担高负载压力且稳定，硬件不差的情况下一般能支撑几万次的并发量，负载度比LVS小。
5、Nginx可以通过端口检测到服务器内部的故障，如根据服务器处理网页返回的状态码、超时等，并会把返回错误的请求重新提交到另一个节点。
6、不仅仅是优秀的负载均衡器/反向代理软件，同时也是强大的Web应用服务器。LNMP也是近些年非常流行的Web架构，在高流量环境中稳定性也很好。
7、可作为中层反向代理使用。
8、可作为静态网页和图片服务器。
9、Nginx社区活跃，第三方模块非常多，相关的资料在网上比比皆是。

Nginx缺点：

1、适应范围较小，仅能支持http、https、Email协议。
2、对后端服务器的健康检查，只支持通过端口检测，不支持url来检测。比如用户正在上传一个文件，而处理该上传的节点刚好在上传过程中出现故障，Nginx会把上传切到另一台服务器重新处理，而LVS就直接断掉了，如果是上传一个很大的文件或者很重要的文件的话，用户可能会因此而不满。