NGINX upstream、stream、四/七层负载均衡以及案例示例

文章目录

  • 前言
    • 1. 四/七层负载均衡
      • 1.1 开放式系统互联模型 —— OSI
      • 1.2 四/七层负载均衡
    • 2. Nginx七层负载均衡
      • 2.1 upstream指令
      • 2.2 server指令和负载均衡状态与策略
        • 2.2.1 负载均衡状态
        • 2.2.2 负载均衡策略
      • 2.3 案例
    • 3. Nginx四层负载均衡的指令
      • 3.1 stream
      • 3.2 upstream指令
      • 3.3 四层负载均衡实现tcp的转发

前言

  伴随单台服务器性能及单点故障问题的凸显,一方面需要增加系统的硬件处理能力,另一方面需要添加机器构建应用集群
  应用集群:将同一应用部署到多台机器上,组成处理集群,接收负载均衡设备分发的请求,进行处理并返回响应的数据
  负载均衡器:将用户访问的请求根据对应的负载均衡算法,分发到集群中的一台服务器进行处理


1. 四/七层负载均衡

1.1 开放式系统互联模型 —— OSI

将网络通信的工作分为七层:
  应用层:为应用程序提供网络服务。
  表示层:对数据进行格式化、编码、加密、压缩等操作。
  会话层:建立、维护、管理会话连接。
  传输层:建立、维护、管理端到端的连接,常见的有TCP/UDP。
  网络层:IP寻址和路由选择
  数据链路层:控制网络层与物理层之间的通信。
  物理层:比特流传输

1.2 四/七层负载均衡

  四层负载均衡:OSI七层模型中的传输层,主要是基于IP+PORT的负载均衡
  七层负载均衡:在应用层,主要是基于虚拟的URL或主机IP
的负载均衡
  四层负载均衡数据包在底层分发,而七层负载均衡数据包则在最顶端进行分发,所以四层负载均衡的效率比七层负载均衡的要高。四层负载均衡不识别域名,而七层负载均衡识别域名。在生产实践中,一般采用四层负载(LVS)+七层负载(Nginx)


2. Nginx七层负载均衡

2.1 upstream指令

  定义一组服务器,可以是监听不同端口的服务器,也可以是同时监听TCP和Unix socket的服务器。服务器可以指定不同的权重,默认为1

2.2 server指令和负载均衡状态与策略

  指定后端服务器的名称和一些参数,可以使用域名、IP、端口或者unix socket

2.2.1 负载均衡状态

down:将该服务器标记为永久不可用,那么该代理服务器将不参与负载均衡

backup:将该服务器标记为备份服务器,当主服务器不可用时,将用来传递请求

max_conns=number:用来设置代理服务器同时活动链接的最大数量,默认为0,表示不限制,使用该配置可以根据后端服务器处理请求的并发量来进行设置,防止后端服务器被压垮

max_fails=number:设置允许请求代理服务器失败的次数,默认为1

fail_timeout=time:设置经过max_fails失败后,服务暂停的时间,默认是10秒

2.2.2 负载均衡策略

轮询:
  upstream模块负载均衡默认的策略。每个请求会按时间顺序逐个分配到不同的后端服务器。轮询不需要额外的配置
NGINX upstream、stream、四/七层负载均衡以及案例示例_第1张图片

加权轮询:
  weight=number:用来设置服务器的权重,默认为1,权重数据越大,被分配到请求的几率越大;该权重值,主要是针对实际工作环境中不同的后端服务器硬件配置进行调整的,所有此策略比较适合服务器的硬件配置差别比较大的情况
NGINX upstream、stream、四/七层负载均衡以及案例示例_第2张图片

ip_hash:
  当对后端的多台动态应用服务器做负载均衡时,ip_hash指令能够将某个客户端IP的请求通过哈希算法定位到同一台后端服务器上。当来自某一个IP的用户在后端Web服务器A上登录后,在访问该站点的其他URL,能保证其访问的还是后端web服务器A
NGINX upstream、stream、四/七层负载均衡以及案例示例_第3张图片

least_conn:
  最少连接,把请求转发给连接数较少的后端服务器。轮询算法是把请求平均的转发给各个后端,使它们的负载大致相同;但是,有些请求占用的时间很长,会导致其所在的后端负载较高。这种情况下,least_conn这种方式就可以达到更好的负载均衡效果
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url_hash:
  按访问url的hash结果来分配请求,使每个url定向到同一个后端服务器,要配合缓存命中来使用。同一个资源多次请求,可能会到达不同的服务器上,导致不必要的多次下载,缓存命中率不高,以及一些资源时间的浪费。而使用url_hash,可以使得同一个url会到达同一台服务器,一旦缓存住了资源,再此收到请求,就可以从缓存中读取
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fair:
  fair采用的不是内建负载均衡使用的轮换的均衡算法,而是可以根据页面大小、加载时间长短智能的进行负载均衡。fair属于第三方模块实现的负载均衡。需要添加nginx-upstream-fair模块

2.3 案例

  模拟应用(在172.18.25.49上nginx配置3个端口提供服务)

		server {
                listen 10120;
                server_name localhost;
                default_type text/html;
                return 200 '<h1>1012h1>';
        }
        server {
                listen 10130;
                server_name localhost;
                default_type text/html;
                return 200 '<h1>1013h1>';
        }
        server {
                listen 10140;
                server_name localhost;
                default_type text/html;
                return 200 '<h1>1014h1>';
        }

  负载均衡器设置(fair策略,10150 端口下线)

  upstream backend{
  fair;
  server 172.18.25.49:10120;
  server 172.18.25.49:10130;
  server 172.18.25.49:10140;
  server 172.18.25.49:10150 down;
  }

  反向代理(https请求)

  server {
    listen 1443 ssl;
    server_name localhost;

    ssl_certificate cert/server.crt;
    ssl_certificate_key cert/server.key;

    ssl_session_cache shared:SSL:1m;
    ssl_session_timeout 5m;

    ssl_ciphers HIGH:!aNULL:!MD5;
    ssl_prefer_server_ciphers on;
      location / {
         proxy_pass http://backend;
       }
      }

3. Nginx四层负载均衡的指令

3.1 stream

  提供在其中指定流服务器指令的配置文件上下文。和http指令同级

3.2 upstream指令

  和http的upstream指令是类似的

3.3 四层负载均衡实现tcp的转发

  

stream {
    log_format  proxy '$remote_addr $remote_port - [$time_local] $status $protocol '
                      '"$upstream_addr" "$upstream_bytes_sent" "$upstream_connect_time"' ;
    access_log /var/log/nginx/proxy.log proxy;

#定义转发ssh的22端口
    upstream ssh_22 {
            server 172.18.25.49:22;
    }
#定义转发mysql的3306端口
    upstream mysql_3306 {
            server 172.18.25.49:3306;
    }
    server {
            listen 5555;
            proxy_connect_timeout 3s;
            proxy_timeout 300s;
            proxy_pass ssh_22 ;
    }

    server {
            listen 6666;
            proxy_connect_timeout 3s;
            proxy_timeout 3s;
            proxy_pass mysql_3306;
    }
}

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