Nginx七层负载

为什么要使用负载均衡

当我们的Web服务器直接面向用户，往往要承载大量并发请求，单台服务器难以负荷，我使用多台Web服务器组成集群，前端使用Nginx负载均衡，将请求分散的打到我们的后端服务器集群中，实现负载的分发。那么会大大提升系统的吞吐率、请求性能、高容灾

往往我们接触的最多的是SLB(Server Load Balance)负载均衡，实现最多的也是SLB、那么SLB它的调度节点和服务节点通常是在一个地域里面。那么它在这个小的逻辑地域里面决定了他对部分服务的实时性、响应性是非常好的。

所以说当海量用户请求过来以后，它同样是请求调度节点，调度节点将用户的请求转发给后端对应的服务节点，服务节点处理完请求后在转发给调度节点，调度节点最后响应给用户节点。这样也能实现一个均衡的作用，那么Nginx则是一个典型的SLB

负载均衡能实现的应用场景一：四层负载均衡

所谓四层负载均衡指的是OSI七层模型中的传输层，那么传输层Nginx已经能支持TCP/IP的控制，所以只需要对客户端的请求进行TCP/IP协议的包转发就可以实现负载均衡，那么它的好处是性能非常快、只需要底层进行应用处理，而不需要进行一些复杂的逻辑

负载均衡能实现的应用场景二：七层负载均衡

七层负载均衡它是在应用层，那么它可以完成很多应用方面的协议请求，比如我们说的http应用的负载均衡，它可以实现http信息的改写、头信息的改写、安全应用规则控制、URL匹配规则控制、以及转发、rewrite等等的规则，所以在应用层的服务里面，我们可以做的内容就更多，那么Nginx则是一个典型的七层负载均衡SLB

四层负载和七层负载的区别

四层负载均衡数据包在底层就进行了分发，而七层负载均衡数据包则是在最顶层进行分发、由此可以看出，七层负载均衡效率没有四负载均衡高。

但七层负载均衡更贴近于服务，如:http协议就是七层协议，我们可以用Nginx可以作会话保持，URL路径规则匹配、head头改写等等，这些是四层负载均衡无法实现的。

Nginx负载均衡配置场景

Nginx要实现负载均衡需要用到proxy_pass代理模块配置.

Nginx负载均衡与Nginx代理不同地方在于，Nginx的一个location仅能代理一台服务器，而Nginx负载均衡则是将客户端请求代理转发至一组upstream虚拟服务池.

Nginx upstream虚拟配置语法

Syntax: upstream name { ... }
Default: -
Context: http

#upstream例
upstream backend {
    server backend1.example.com       weight=5;
    server backend2.example.com:8080;
    server unix:/tmp/backend3;
    server backup1.example.com:8080   backup;
}
server {
    location / {
        proxy_pass http://backend;
    }
}

负载均衡常见典型故障

如果后台服务连接超时，Nginx是本身是有机制的，如果出现一个节点down掉的时候，Nginx会更据你具体负载均衡的设置，将请求转移到其他的节点上，但是，如果后台服务连接没有down掉，但是返回错误异常码了如:504、502、500,这个时候你需要加一个负载均衡的设置，如下：proxy_next_upstream http_500 | http_502 | http_503 | http_504 |http_404;意思是，当其中一台返回错误码404,500…等错误时，可以分配到下一台服务器程序继续处理，提高平台访问成功率。

server {
    listen 80;
    server_name www.test.com;

    location / {
        proxy_pass http://node;
        proxy_next_upstream error timeout http_500 http_502 http_503 http_504;
    }
}

Nginx负载均衡调度算法

调度算法	概述
轮询(rr)	按时间顺序逐一分配到不同的后端服务器(默认)
weight权重	加权轮询,weight值越大,分配到的访问几率越高
ip_hash	每个请求按访问IP的hash结果分配,这样来自同一IP的固定访问一个后端服务器
url_hash	按照访问URL的hash结果来分配请求,是每个URL定向到同一个后端服务器
least_conn	最少链接数,那个机器链接数少就分发

Nginx负载均衡[rr]轮询具体配置

upstream load_pass{
	server 10.0.0.7:80;
    server 10.0.0.8:80;
}

Nginx负载均衡[wrr]权重轮询具体配置

upstream load_pass {
    server 10.0.0.7:80 weight=5;
    server 10.0.0.8:80;
}

Nginx负载均衡ip_hash

具体配置不能和weight一起使用

#如果客户端都走相同代理, 会导致某一台服务器连接过多
upstream load_pass {
    ip_hash;
    server 10.0.0.7:80 weight=5;
    server 10.0.0.8:80;
}

Nginx负载均衡后端状态

后端Web服务器在前端Nginx负载均衡调度中的状态

状态	概述
down	当前的server暂时不参与负载均衡
backup	预留的备份服务器
max_fails	允许请求失败的次数
fail_timeout	经过max_fails失败后, 服务暂停时间
max_conns	限制最大的接收连接数

测试down状态测试该server不参与负载均衡的调度

upstream load_pass {
    #不参与任何调度, 一般用于停机维护
    server 10.0.0.7:80 down;
}

测试backup状态以及down状态

upstream load_pass {
    server 10.0.0.7:80 down;
    server 10.0.0.8:80 backup;
    server 10.0.0.9:80 max_fails=1 fail_timeout=10s;
}

location  / {
    proxy_pass http://load_pass;
    include proxy_params;
}

测试max_fails失败次数和fail_timeout多少时间内失败则标记为down

upstream load_pass {
    server 10.0.0.7:80;
    server 10.0.0.8:80 max_fails=2 fail_timeout=10s;
}

测试max_count最大TCP连接数

upstream load_pass {
    server 10.0.0.7:80;
    server 10.0.0.8:80 max_conns=1;
}

Nginx健康检查

在Nginx官方模块提供的模块中，没有对负载均衡后端节点的健康检查模块，但可以使用第三方模块。
nginx_upstream_check_module来检测后端服务的健康状态。

第三方模块项目地址：TP

1.安装依赖
[root@lb01 ~]#  yum install -y gcc glibc gcc-c++ pcre-devel openssl-devel patch
2.下载对应的nginx源码包(当前系统安装的版本为准)
[root@lb01 ~]# nginx -v
nginx version: nginx/1.24.0
[root@lb01 ~]# wget http://nginx.org/download/nginx-1.24.0.tar.gz

3.下载扩展的模块
[root@lb01 ~]# wget https://github.com/yaoweibin/nginx_upstream_check_module/archive/master.zip

[root@lb01 ~]# ll -h
total 1.3M
-rw-r--r-- 1 root root 173K Dec 14 15:36 master.zip
-rw-r--r-- 1 root root 1.1M Apr 12  2023 nginx-1.24.0.tar.gz

4.解压nginx和模块压缩包
[root@lb01 ~]# unzip master.zip
[root@lb01 ~]# tar xf nginx-1.24.0.tar.gz

5.进入nginx代码文件打补丁
[root@lb01 nginx-1.24.0]# patch -p1 <../nginx_upstream_check_module-master/check_1.20.1+.patch 

6.配置
./configure --prefix=/etc/nginx --sbin-path=/usr/sbin/nginx --modules-path=/usr/lib64/nginx/modules --conf-path=/etc/nginx/nginx.conf --error-log-path=/var/log/nginx/error.log --http-log-path=/var/log/nginx/access.log --pid-path=/var/run/nginx.pid --lock-path=/var/run/nginx.lock --http-client-body-temp-path=/var/cache/nginx/client_temp --http-proxy-temp-path=/var/cache/nginx/proxy_temp --http-fastcgi-temp-path=/var/cache/nginx/fastcgi_temp --http-uwsgi-temp-path=/var/cache/nginx/uwsgi_temp --http-scgi-temp-path=/var/cache/nginx/scgi_temp --user=nginx --group=nginx --with-compat --with-file-aio --with-threads --with-http_addition_module --with-http_auth_request_module --with-http_dav_module --with-http_flv_module --with-http_gunzip_module --with-http_gzip_static_module --with-http_mp4_module --with-http_random_index_module --with-http_realip_module --with-http_secure_link_module --with-http_slice_module --with-http_ssl_module --with-http_stub_status_module --with-http_sub_module --add-module=/root/nginx_upstream_check_module-master/  --with-http_v2_module --with-mail --with-mail_ssl_module --with-stream --with-stream_realip_module --with-stream_ssl_module --with-stream_ssl_preread_module --with-cc-opt='-O2 -g -pipe -Wall -Wp,-D_FORTIFY_SOURCE=2 -fexceptions -fstack-protector-strong --param=ssp-buffer-size=4 -grecord-gcc-switches -m64 -mtune=generic -fPIC' --with-ld-opt='-Wl,-z,relro -Wl,-z,now -pie'


7.编译
[root@lb01 nginx-1.24.0]# make
8.安装
[root@lb01 nginx-1.24.0]# make install





#增加健康检查的功能
upstream web {
    server 172.16.1.7:80 max_fails=2 fail_timeout=10s;
    server 172.16.1.8:80 max_fails=2 fail_timeout=10s;
    check interval=3000 rise=2 fall=3 timeout=1000 type=tcp;
    #interval  检测间隔时间，单位为毫秒
    #rise      表示请求2次正常，标记此后端的状态为up
    #fall      表示请求3次失败，标记此后端的状态为down
    #type      类型为tcp
    #timeout   超时时间，单位为毫秒
}

server {
    listen 80;
    server_name web.test.com;
    location / {
        proxy_pass http://web;
        include proxy_params;
    }

    location /upstream_check {
        check_status;
    }
}

Nginx四层负载

Nginxs四层负载均衡概述

什么是四层负载均衡

四层负载均衡是基于传输层协议包来封装的（如：TCP/IP），那我们前面使用到的七层是指的应用层，他的组装在四层的基础之上，无论四层还是七层都是指的OSI网络模型。

四层负载均衡应用场景

四层+七层来做负载均衡，四层可以保证七层的负载均衡的高可用性；如：nginx就无法保证自己的服务高可用，需要依赖LVS或者keepalive。
如：tcp协议的负载均衡，有些请求是TCP协议的（mysql、ssh），或者说这些请求只需要使用四层进行端口的转发就可以了，所以使用四层负载均衡。

四层+七层构建大规模集群架构使用场景

四层负载均衡总结

四层负载均衡仅能转发TCP/IP协议、UDP协议、通常用来转发端口，如：tcp/22、udp/53；
四层负载均衡可以用来解决七层负载均衡端口限制问题；（七层负载均衡最大使用65535个端口号）
四层负载均衡可以解决七层负载均衡高可用问题；（多台后端七层负载均衡能同事的使用）
四层的转发效率比七层的高得多，但仅支持tcp/ip协议，不支持http和https协议；
通常大并发场景通常会选择使用在七层负载前面增加四层负载均衡。

四层负载均衡场景实践

Nginx如何配置四层负载均衡

通过访问负载均衡的5555端口，实际是后端的web01的22端口在提供服务；
通过访问负载均衡的6666端口，实际是后端的mysql的3306端口在提供服务。

[root@lb02 ~]# cat /etc/yum.repos.d/nginx.repo 
[nginx-stable]
name=nginx stable repo
baseurl=http://nginx.org/packages/centos/7/$basearch/
gpgcheck=0
enabled=1
gpgkey=https://nginx.org/keys/nginx_signing.key

#在lb02上安装nginx
[root@lb02 yum.repos.d]# yum install -y nginx

#在lb02上同步lb01的所有nginx相关配置
[root@lb02 ~]# scp -r root@172.16.1.5:/etc/nginx /etc/


#启动nginx
[root@lb02 conf.d]# nginx -t
nginx: the configuration file /etc/nginx/nginx.conf syntax is ok
nginx: configuration file /etc/nginx/nginx.conf test is successful
[root@lb02 conf.d]# systemctl enable nginx
Created symlink from /etc/systemd/system/multi-user.target.wants/nginx.service to /usr/lib/systemd/system/nginx.service.
[root@lb02 conf.d]# nginx

[root@lb02 ~]# vim /etc/nginx/nginx.conf
events {
        ....
}
include /etc/nginx/conf.c/*.conf;
http {
        .....
}

[root@lb02 ~]# mkdir /etc/nginx/conf.c

配置四层负载均衡

[root@web03 conf.c]# cat lb_domain.conf 
stream {
    upstream lb {
            server 172.16.1.5:80 weight=5 max_fails=3 fail_timeout=30s;
            server 172.16.1.6:80 weight=5 max_fails=3 fail_timeout=30s;
    }

    server {
            listen 80;
            proxy_connect_timeout 3s;
            proxy_timeout 3s;
            proxy_pass lb;
    }
}
[root@web03 conf.c]# nginx -t
nginx: the configuration file /etc/nginx/nginx.conf syntax is ok
nginx: configuration file /etc/nginx/nginx.conf test is successful
[root@web03 conf.c]# nginx -s reload

#配置本机hosts解析后浏览器访问并查看nginx日志

四层负载均衡开启日志

#四层负载均衡是没有access的日志的，因为在nginx.conf的配置中，access的日志格式是配置在http下的，而四层复杂均衡配置实在http以外的；

#如果需要日志则需要配置在stream下面
[root@web03 conf.c]# cat lb_domain.conf 
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;
    upstream lb {
            server 172.16.1.5:80 weight=5 max_fails=3 fail_timeout=30s;
            server 172.16.1.6:80 weight=5 max_fails=3 fail_timeout=30s;
    }

    server {
            listen 80;
            proxy_connect_timeout 3s;
            proxy_timeout 3s;
            proxy_pass lb;
    }
}

Nginx四层负载均衡端口转发

使用nginx四层负载均衡实现tcp的转发

请求负载均衡 5555 -----> 172.16.1.22
请求负载均衡 555 -----> 172.16.1

[root@lb4-01 ~]# cat /etc/nginx/conf.c/lb_domain.conf 
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_7 {
            server 10.0.0.7:22;
    }
#定义转发mysql的3306端口
    upstream mysql_51 {
            server 10.0.0.51:3306;
    }
    server {
            listen 5555;
            proxy_connect_timeout 3s;
            proxy_timeout 300s;
            proxy_pass ssh_7;
    }

    server {
            listen 6666;
            proxy_connect_timeout 3s;
            proxy_timeout 3s;
            proxy_pass mysql_51;
    }
}

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