负载均衡中的四层负载和七层负载

十年间，负载均衡的前沿技术层出不穷，令用户眼花缭乱。经常在技术网站、文档中出现的“四层负载均衡”、“七层负载均衡”字眼有什么含义?有什么区别?对客户网络有哪些不同的优化?带着这样的疑问，今天我们就来仔细研究一番。

负载均衡，英文名称为LoadBalance，其意思就是将负载(工作任务)进行平衡，分摊到多个操作单元上进行执行(例如Web服务器、FTP服务器等)，实现多个服务器共同完成工作任务的目标。负载均衡建立在现有网络结构之上，它提升了服务器的性能、提高了带宽利用率，增强了网络的灵活性和可靠性。经过十年的发展，负载均衡已经成为网络应用的重要设备，甚至成为大型网络应用的核心设备，与基础路由、交换设备市场并驾齐驱。

十年间，负载均衡的前沿技术层出不穷，令用户眼花缭乱。经常在技术网站、文档中出现的“四层负载均衡”、“七层负载均衡”字眼有什么含义?有什么区别?对客户网络有哪些不同的优化?带着这样的疑问，今天我们就来仔细研究一番。

四层负载均衡像银行自助排号机 七层负载均衡像银行大堂经理

首先，我们来了解一下什么是四层负载均衡、什么是七层负载均衡。四层负载均衡指的是负载均衡设备通过报文中的目标IP地址和端口负载均衡算法，选择到达目的的内部服务器;七层负载均衡，也被称为“内容交换”，指的是负载均衡设备通过报文中的应用层信息(URL、HTTP头部等信息)和负载均衡算法，选择到达目的的内部服务器。二者的区别可以举个例子形象的说明：四层负载均衡就像银行的自助排号机，每一个达到银行的客户根据排号机的顺序，选择对应的窗口接受服务;而七层负载均衡像银行大堂经理，先确认客户需要办理的业务，再安排排号。这样办理理财、存取款等业务的客户，会根据银行内部资源得到统一协调处理，加快客户业务办理流程。

七层应用负载的好处是使得整个网络更“智能化”!例如，在网站的运行中，用户可以通过七层的方式，将图片类的请求通过缓存技术传输到特定的图片服务器，将对文字类的请求通过压缩技术传输到特定的文字服务器。当然这只是七层应用的一个小案例，从技术原理上，这种方式可以对客户端的请求和服务器的响应进行任意方式的修改，极大提升了应用系统在网络层的灵活性。很多在后台(例如Nginx或者Apache)上部署的功能可以前移到负载均衡设备上(例如客户请求中的Header重写，服务器响应中的关键字过滤或者内容插入等)。

另外一个常常被提到功能就是安全性。在网络中常见的SYN Flood攻击中，黑客会控制众多客户端(肉鸡)，使用虚假IP地址对同一目标发动SYN攻击，通常这种攻击会大量发送SYN报文，耗尽服务器上的相关资源，以达到Denial of Service(DoS)的目的。从技术原理上也可以看出，四层模式下这些SYN攻击都会被转发到后端的服务器上;而在七层模式下这些SYN攻击自然在负载均衡设备上就截止，不会影响后台服务器的正常运营。另外负载均衡设备可以在七层层面设定多种策略，过滤SQL Injection等应用层面的特定攻击手段，进一步提高系统整体安全。

国内负载均衡技术缺少根本性突破 “浑水摸鱼”伪七层负载均衡或将逐步减少

聊到这里，大家应该都明白四层负载均衡和七层负载均衡的区别了。七层负载均衡技术对产品的性能、算法、高可靠性和安全性有着更高的要求。而导致这种技术的差异性，更多的体现在厂商对负载均衡专有平台的开发上，具体可以概括为以下四点，不满足这四点的产品都不能称为七层负载均衡：

第一、七层负载的应用以HTTP协议为主，四层负载的应用以TCP为主，通过测试仪可以看出，七层负载的吞吐性能要比四层负载的吞吐性能低。七层吞吐性能严重考验着负载均衡厂商们，如果不解决这个核心问题，负载均衡设备就会成为网络的瓶颈，严重影响网络的稳定性。

第二、七层负载算法需要识别URL、Cookie和HTTP head等信息，算法计算程度更丰富，对CPU的负载要求更高，这就需要更高性能的产品。虽然目前硬件平台已经发展到多核，但是国内厂商在多核平台的应用开发上存在着较大差距，严重制约负载均衡设备多核之间计算能力的协调分配和使用。

第三、七层负载的可靠性体现在两个方面：一方面是保证服务器访问的完整性和连续性，这主要体现在七层负载均衡的会话保持技术，通过HTTP Cookie、HTTP SessionID、HTTP ServerID、HTTP 自定义头域和SSL SessionID等方式实现。另一方面是保证网络的稳定性，网络的稳定性主要通过设备关键部件的冗余设计，以及双机、集群部署方式实现。

第四、七层负载的安全性同样至关重要，因为目前负载均衡已经成为网络的核心组件，成为服务器业务连续性、完整性、可靠性的保护神。七层负载均衡的安全性需要从两个方面体现：一是系统本身的安全性，软件系统应采用自主研发，无系统漏洞和后门;二是可以提供必要的网络安全防护，减少服务器被直接攻击的威胁，这样可以减少服务器区设备串联堆叠带来的单点故障。

从以上几点可以看出，七层负载均衡有着严格的定义，优势也非常明显。但是，从市场份额来看，七层负载均衡设备还是以国外厂商占据主导地位，国内能够进行自主研发的只有太一星晨等少数的几家厂商。而且，国内负载均衡厂商应用场景以链路负载为主，难以进入占据负载均衡市场70%份额、主导负载均衡技术发展的服务器负载均衡市场，更缺乏在大型数据中心及大型门户网站使用案例。