知识总结4：负载均衡⾯试题⼤全（四层七层负载均衡对⽐详
解+nginxlvshaproxy区。。。
⽬录
负载均衡介绍
1.什么是负载均衡
负载均衡是由多台服务器以对称的⽅式组成⼀个服务器集合，每台服务器都具有等价的地位，都可以单独对外提供服务⽽⽆须其他服务器的辅助。
通过某种负载分担技术，将外部发送来的请求均匀分配到对称结构中的某⼀台服务器上，⽽接收到请求的服务器独⽴地回应客户的请求。均衡负载能够平均分配客户请求到服务器列阵，借此提供快速获取重要数据，解决⼤量并发访问服务问题。
2.常见的负载均衡器
根据⼯作的协议层可划分为：
四层负载均衡（位于内核层）：根据请求报⽂中的⽬标地址和端⼝进⾏调度
七层负载均衡（位于应⽤层）：根据请求报⽂的内容进⾏调度，这种调度属于“代理“的⽅式，如varnish
根据软硬件划分为：
硬件负载均衡：
F5 的 BIG-IP；Citrix 的 NetScaler
软件负载均衡：
a.TCP 层：LVS，HaProxy，Nginx；
b.基于 HTTP协议：Haproxy，Nginx，ATS（Apache Traffic Server），squid，varnish；
c.基于 MySQL 协议：mysql-proxy
3.负载均衡分类
1）⼆层负载均衡（mac）
根据OSI模型分的⼆层负载，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. (即⼀个ip对⼀个ip的转发, 端⼝全放开)
3）四层负载均衡（tcp）
在三次负载均衡的基础上，即从第四层"传输层"开始, 使⽤"虚拟ip+port"接收请求，再转发到对应的机器。四层通过虚拟IP+端⼝接收请求，然后再分配到真实的服务器；
4）七层负载均衡（http）
从第七层"应⽤层"开始, 根据虚拟的url或IP，主机名接收请求，再转向相应的处理服务器。七层通过虚拟的URL或主机名接收请求，然后再分配到真实的服务器。
我们运维中最常见的四层和七层负载均衡，这⾥重点说下这两种负载均衡。
4.四层和七层负载均衡之间的区别
1) 从技术原理上分析
所谓四层负载均衡，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。四层负载均衡在传输层执⾏，它处理消息的传递，但不考虑消息的内容。
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，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。七层负载均衡不同于四层负载均衡，它在⾼级应⽤层上执⾏，会处理每个消息的实际内容。它可以根据消息内容（如URL或cookie）做出负载均衡决策。随后，七层负载均衡与选定上有服务器建⽴新的TCP连接并将请求写⼊服务器。
2）总体对⽐
4.1) 智能性
七层负载均衡由于具备OIS七层的所有功能，所以在处理⽤户需求上能更加灵活，从理论上讲，七层模型能对⽤户的所有跟服务端的请求进⾏修改。例如对⽂件header添加信息，根据不同的⽂件类型进⾏分类转发。四层模型仅⽀持基于⽹络层的需求转发，不能修改⽤户请求的内容。
4.2) 安全性
七层负载均衡由于具有OSI模型的全部功能，能更容易抵御来⾃⽹络的攻击；四层模型从原理上讲，会直接将⽤户的请求转发给后端节点，⽆法直接抵御⽹络攻击。
4.3) 复杂度
四层模型⼀般⽐较简单的架构，容易管理，容易定位问题；七层模型架构⽐较复杂，通常也需要考虑结合四层模型的混⽤情况，出现问题定位⽐较复杂。
4.4) 效率⽐
四层模型基于更底层的设置，通常效率更⾼，但应⽤范围有限；七层模型需要更多的资源损耗，在理论上讲⽐四层模型有更强的功能，现在的实现更多是基于http应⽤。
5.如何解决负载均衡器成为瓶颈的问题？
通过修改tcp报⽂的源地址和⽬的地址，使从web服务器中返回的数据直接返回到客户端，这是七层负载均衡⽆法做到的，因为tcp三次握⼿建⽴在客户端与负载均衡服务器之间，http协议基于tcp协议，建⽴好tcp链接后才传送http报⽂，收到http报⽂说明负载均衡器和客户端已经建⽴了tcp连接，⽽web服务器和客户端的tcp链接都没建⽴，怎么回传数据给客户端呢。以上的办法会出现问题：所有集⾥的主机都是内⽹ip，⽆法跟外界联系。
解决⽅案1：
如果能买到那么多外⽹Ip地址来⽤，然后在tcp链接要建⽴时负载均衡给真正的web服务器，让客户端和服务器建⽴tcp链接
解决⽅案2：
引⽤⼀句话：计算机所有的问题都可以通过建⽴⼀层虚拟层解决。
可以通过将所有服务器主机ip虚拟化成负载均衡服务器的ip，这样服务器集的所有主机都可以访问外界⽹络，因为ip地址（⽹络层，三层）都是相同，所以只能通过第⼆层来分辨数据流向，修改数据链路层（⼆层）⽬的主机的MAC地址，使请求发到web服务器上，然后才真正建⽴起tcp连接，然后web服务器因为可以联⽹，所以可以直接返回数据给客户端
Nginx
优点
⼯作在7层，并发量可以达⼏万次，可以针对http做分流策略
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。
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。
正则表达式⽐HAProxy强⼤安装，配置，测试简单，通过⽇志可以解决多数问题
缺点
仅仅⽀持http，https，mail协议，应⽤⾯⼩
监控检查仅通过端⼝，⽆法使⽤url检查
LVS
优点
负载能⼒强，⼯作在4层，仅作ip与端⼝分发之⽤，没有流量的产⽣对内存，CPU消耗低
配置性低，没有太多可配置性，减少⼈为错误
应⽤⾯⼴，⼏乎可以为所有应⽤提供负载均衡，包括http、数据库、室等等。
缺点
不⽀持正则表达式，不能实现动静分离
如果⽹站架构庞⼤，LVS-DR配置⽐较繁琐
HAProxy
优点
能够补充Nginx的⼀些缺点，如⽀持session，cookie功能，可以通过url进⾏健康检查
本⾝就只是⼀款负载均衡软件，效率，负载均衡速度，⾼于Nginx，低于LVS
HAPproxy⽀持TCP，可以对MySQL进⾏负载均衡
调度算法丰富，有⼋种
缺点
正则弱于nginx
不⽀持HTTP cache功能。现在不少开源的lb项⽬，都或多或少具备HTTP cache功能。
⽇志依赖于syslogd，不⽀持apache⽇志
⽐较HAProxy Nginx LVS Apache
简介⾼可⽤、负载均衡且基于
TCP和HTTP应⽤的代理，
⽀持⾼并发，多集反
代。
⾼性能http和反向代理服务器、
邮件代理服务器，⽀持⾼并发，
轻量级Web，低系统资源消耗。
Linux虚拟服务器，常⽤
VS/NAT、VS/TUN和
VS/DR，三种模式负载均
衡。
⾼性能Web服务器，⽀持代理，
市场份额很⾼。
优点缺点1、抗负载能⼒强，负载均
衡速度⾼。
2、⽀持session保
持，Cookie引导，可通过
url检测后端服务器健康状
态。
3、也可做MySQL、Email
等负载均衡。
4、⼀般不做Web服务器的
Cache。
1、抗负载能⼒强。
2、http、https、Emai协议功
能较好，处理相应请求快。
3、Web能⼒强，配置简单，⽀
持缓存功能、适⽤动静分离，低
内存消耗。
4、不⽀持session直接保持，但
可通过ip_hash解决，通过端⼝
对后端服务器健康检查。
1、抗负载能⼒强。
2、通过vrrp转发（仅分发）
效率⾼，流量通过内核处
servlet工作原理和工作流程理，没有流量产⽣。（理
论）
3、相当稳定可靠。
4、不⽀持正则，不能做动静
分离，配置略复杂，需要IP略
多。
1、Web处理能⼒强，市场份额
很⾼。（不过后期Nginx在Web
⽅⾯越来越好，份额也在增长）
2、Rewrite强⼤，并⽀持很多
模块，扩展很⽅便。
3、Bug少，历史久，⽐较稳
定。
4、处理动态请求⽐Nginx好。
⽀持算法1、轮循
Round-robin
2、带权轮循
Weight-round-robinweb前端基础面试题
3、原地址保持）
Source
4、RI请求URL
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rdp-cookie（根据
cookie）checkbox的值是什么类型
1、轮循
Round-robin
2、带权轮循
Weight-round-robn
3、Ip哈希
Ip-hash
1、rr（轮循）
2、wrr（带权轮循）
3、lc（最⼩连接）、
4、wlc（权重最⼩连接）
通过相关模块实现代理
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是否
免费
免费免费免费免费
虚拟
主机
⽀持⽀持不⽀持 ⽀持
适
⽤
性
七层（常⽤）七层（常⽤）四层（常⽤）不常⽤
量
级
七层重量级，四层轻量级七层重量级，四层轻量级四层重量级功能略差
常
⽤
热备
Keepalived+其它Keepalived+其它Keepalived+其它Keepalived+其它
负载均衡参考标准1、效率，并发处理能⼒、处理数据能⼒。
2、成本、需求、平台。正版win10
LVS基础
1.什么是LVS
LVS是 Linux Virtual Server 的简称，也就是Linux虚拟服务器。LVS 可以达到的技术⽬标是：通过 LVS 达到的负载均衡
技术和 Linux 操作系统实现⼀个⾼性能⾼可⽤的 Linux 服务器集，它具有良好的可靠性、可扩展性和可操作性。从⽽以
低廉的成本实现最优的性能。LVS 是⼀个实现负载均衡集的开源软件项⽬，LVS架构从逻辑上可分为调度层、Server集
2.LVS
的基本⼯作原理
1）当⽤户向负载均衡调度器（Director Server）发起请求，调度器将请求发往⾄内核空间
2） PREROUTING链⾸先会接收到⽤户请求，判断⽬标IP确定是本机IP，将数据包发往INPUT链
3）IPVS是⼯作在INPUT链上的，当⽤户请求到达INPUT时，IPVS会将⽤户请求和⾃⼰已定义好的集服务进⾏⽐对，如果⽤户请求的就是定义的集服务，那么此时IPVS会强⾏修改数据包⾥的⽬标IP地址及端⼝，并将新的数据包发往POSTROUTING链
4） POSTROUTING链接收数据包后发现⽬标IP地址刚好是⾃⼰的后端服务器，那么此时通过选路，将数据包最终发送给后端的服务器

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