現(xiàn)在我們知道，負載均衡就是一種計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，用來在多個計算機（計算機集群）、網(wǎng)絡(luò)連接、CPU、磁碟驅(qū)動器或其他資源中分配負載，以達到最佳化資源使用、最大化吞吐率、最小化響應(yīng)時間、同時避免過載的目的。那么，這種計算機技術(shù)的實現(xiàn)方式有多種。大致可以分為以下幾種，其中最常用的是四層和七層負載均衡：
二層負載均衡
負載均衡服務(wù)器對外依然提供一個VIP（虛IP），集群中不同的機器采用相同IP地址，但是機器的MAC地址不一樣。當負載均衡服務(wù)器接受到請求之后，通過改寫報文的目標MAC地址的方式將請求轉(zhuǎn)發(fā)到目標機器實現(xiàn)負載均衡。
三層負載均衡
和二層負載均衡類似，負載均衡服務(wù)器對外依然提供一個VIP（虛IP），但是集群中不同的機器采用不同的IP地址。當負載均衡服務(wù)器接受到請求之后，根據(jù)不同的負載均衡算法，通過IP將請求轉(zhuǎn)發(fā)至不同的真實服務(wù)器。
四層負載均衡
四層負載均衡工作在OSI模型的傳輸層，由于在傳輸層，只有TCP/UDP協(xié)議，這兩種協(xié)議中除了包含源IP、目標IP以外，還包含源端口號及目的端口號。四層負載均衡服務(wù)器在接受到客戶端請求后，以后通過修改數(shù)據(jù)包的地址信息（IP 端口號）將流量轉(zhuǎn)發(fā)到應(yīng)用服務(wù)器。
七層負載均衡
七層負載均衡工作在OSI模型的應(yīng)用層，應(yīng)用層協(xié)議較多，常用http、radius、dns等。七層負載就可以基于這些協(xié)議來負載。這些應(yīng)用層協(xié)議中會包含很多有意義的內(nèi)容。比如同一個Web服務(wù)器的負載均衡，除了根據(jù)IP加端口進行負載外，還可根據(jù)七層的URL、瀏覽器類別、語言來決定是否要進行負載均衡。
對于一般的應(yīng)用來說，有了Nginx就夠了。Nginx可以用于七層負載均衡。但是對于一些大的網(wǎng)站，一般會采用DNS 四層負載 七層負載的方式進行多層次負載均衡。
所謂四層即運輸層，就是基于 IP 端口的負載均衡；
七層即應(yīng)用層，就是基于 URL 等應(yīng)用層信息的負載均衡；
同理，還有基于 MAC 地址的二層負載均衡和基于 IP 地址的三層負載均衡。
換句換說，
二層負載均衡會通過一個虛擬 MAC 地址接收請求，然后再分配到真實的 MAC 地址；
三層負載均衡會通過一個虛擬 IP 地址接收請求，然后再分配到真實的 IP 地址；
四層通過虛擬 IP 端口接收請求，然后再分配到真實的服務(wù)器；
七層通過虛擬的 URL 或主機名接收請求，然后再分配到真實的服務(wù)器。
所謂的四到七層負載均衡，就是在對后臺的服務(wù)器進行負載均衡時，依據(jù)四層的信息或七層的信息來決定怎么樣轉(zhuǎn)發(fā)流量。
比如四層的負載均衡，就是通過發(fā)布三層的 IP 地址（VIP），然后加四層的端口號，來決定哪些流量需要做負載均衡，
對需要處理的流量進行 NAT 處理，轉(zhuǎn)發(fā)至后臺服務(wù)器，并記錄下這個 TCP 或者 UDP 的流量是由哪臺服務(wù)器處理的，
后續(xù)這個連接的所有流量都同樣轉(zhuǎn)發(fā)到同一臺服務(wù)器處理。
七層的負載均衡，就是在四層的基礎(chǔ)上（沒有四層是絕對不可能有七層的），再考慮應(yīng)用層的特征， 比如同一個 Web 服務(wù)器的負載均衡，除了根據(jù) VIP 加 80 端口辨別是否需要處理的流量， 還可根據(jù)七層的 URL、瀏覽器類別、語言來決定是否要進行負載均衡。
舉個例子，如果你的 Web 服務(wù)器分成兩組，一組是中文語言的，一組是英文語言的，
那么七層負載均衡就可以當用戶來訪問你的域名時，自動辨別用戶語言，然后選擇對應(yīng)的語言服務(wù)器組進行負載均衡處理。
負載均衡器通常稱為四層交換機或七層交換機。
四層交換機主要分析 IP 層及 TCP/UDP 層，實現(xiàn)四層流量負載均衡。
七層交換機除了支持四層負載均衡以外，還有分析應(yīng)用層的信息，如 HTTP 協(xié)議 URI 或 Cookie 信息。
負載均衡分為 L4 Switch（四層交換），即在 OSI 第 4 層工作，就是 TCP 層啦。
此種 Load Balancer 不理解應(yīng)用協(xié)議（如 HTTP/FTP/MySQL 等等）。例子：LVS，F(xiàn)5。
另一種叫做 L7 Switch（七層交換），OSI 的最高層，應(yīng)用層。
此時，該 Load Balancer 能理解應(yīng)用協(xié)議。例子： HAProxy，MySQL Proxy。
注意：上面的很多 Load Balancer 既可以做四層交換，也可以做七層交換。
當前可以看到對于 F5, Array 等硬件負載均衡設(shè)備本身也是支持 7 層負載均衡的，
同時在 4 層負載均衡的時候我們還可以設(shè)置是否進行會話保持等高級特性。
要明白 4 層負載均衡本質(zhì)是轉(zhuǎn)發(fā)，而 7 層負載本質(zhì)是內(nèi)容交換和代理，具體說明如下：
所謂四層負載均衡，也就是主要通過報文中的目標地址和端口，再加上負載均衡設(shè)備設(shè)置的服務(wù)器選擇方式，決定最終選擇的內(nèi)部服務(wù)器。
以常見的 TCP 為例，負載均衡設(shè)備在接收到第一個來自客戶端的 SYN 請求時，即通過上述方式選擇一個最佳的服務(wù)器， 并對報文中的目標 IP 地址進行修改(改為后端服務(wù)器 IP），直接轉(zhuǎn)發(fā)給該服務(wù)器。 TCP 的連接建立，即三次握手是客戶端和服務(wù)器直接建立的，負載均衡設(shè)備只是起到一個類似路由器的轉(zhuǎn)發(fā)動作。
在某些部署情況下，為保證服務(wù)器回包可以正確返回給負載均衡設(shè)備，在轉(zhuǎn)發(fā)報文的同時可能還會對報文原來的源地址進行修改。
所謂七層負載均衡，也稱為“內(nèi)容交換”，也就是主要通過報文中的真正有意義的應(yīng)用層內(nèi)容，
再加上負載均衡設(shè)備設(shè)置的服務(wù)器選擇方式，決定最終選擇的內(nèi)部服務(wù)器。
以常見的 TCP 為例，負載均衡設(shè)備如果要根據(jù)真正的應(yīng)用層內(nèi)容再選擇服務(wù)器，
只能先代理最終的服務(wù)器和客戶端建立連接（TCP 三次握手）后，才可能接收到客戶端發(fā)送的真正應(yīng)用層內(nèi)容的報文， 然后再根據(jù)該報文中的特定字段，再加上負載均衡設(shè)備設(shè)置的服務(wù)器選擇方式，決定最終選擇的內(nèi)部服務(wù)器。
負載均衡設(shè)備在這種情況下，更類似于一個代理服務(wù)器。負載均衡和前端的客戶端以及后端的服務(wù)器會分別建立 TCP 連接。
所以從這個技術(shù)原理上來看，七層負載均衡明顯地對負載均衡設(shè)備的要求更高，處理七層的能力也必然會低于四層模式的部署方式。
七層應(yīng)用負載均衡的好處，是使得整個網(wǎng)絡(luò)更“智能化”, 例如訪問一個網(wǎng)站的用戶流量，可以通過七層的方式，
將對圖片類的請求轉(zhuǎn)發(fā)到特定的圖片服務(wù)器并可以使用緩存技術(shù)；將對文字類的請求可以轉(zhuǎn)發(fā)到特定的文字服務(wù)器并可以使用壓縮技術(shù)。
當然這只是七層應(yīng)用的一個小案例，從技術(shù)原理上，這種方式可以對客戶端的請求和服務(wù)器的響應(yīng)進行任意意義上的修改，極大的提升了應(yīng)用系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)層的靈活性。 很多在后臺(例如 Nginx 或者 Apache )上部署的功能可以前移到負載均衡設(shè)備上，例如客戶請求中的 Header 重寫，服務(wù)器響應(yīng)中的關(guān)鍵字過濾或者內(nèi)容插入等功能。
另外一個常常被提到功能就是安全性。網(wǎng)絡(luò)中最常見的 SYN Flood 攻擊，即黑客控制眾多源客戶端，使用虛假 IP 地址對同一目標發(fā)送 SYN 攻擊，
通常這種攻擊會大量發(fā)送 SYN 報文，耗盡服務(wù)器上的相關(guān)資源，以達到 Denial of Service(DoS) 的目的。
從技術(shù)原理上也可以看出，四層模式下這些 SYN 攻擊都會被轉(zhuǎn)發(fā)到后端的服務(wù)器上；
而七層模式下這些 SYN 攻擊自然在負載均衡設(shè)備上就截止，不會影響后臺服務(wù)器的正常運營。
另外負載均衡設(shè)備可以在七層層面設(shè)定多種策略，過濾特定報文，例如 SQL Injection 等應(yīng)用層面的特定攻擊手段，從應(yīng)用層面進一步提高系統(tǒng)整體安全。
現(xiàn)在的 7 層負載均衡，主要還是著重于應(yīng)用廣泛的 HTTP 協(xié)議，所以其應(yīng)用范圍主要是眾多的網(wǎng)站或者內(nèi)部信息平臺等基于 B/S 開發(fā)的系統(tǒng)。
4 層負載均衡則對應(yīng)其他 TCP 應(yīng)用，例如基于 C/S 開發(fā)的 ERP 等系統(tǒng)。
是否真的必要，七層應(yīng)用的確可以提高流量智能化，同時必不可免的帶來設(shè)備配置復(fù)雜，負載均衡壓力增高以及故障排查上的復(fù)雜性等問題。
在設(shè)計系統(tǒng)時需要考慮四層七層同時應(yīng)用的混雜情況。
是否真的可以提高安全性。例如 SYN Flood 攻擊，七層模式的確將這些流量從服務(wù)器屏蔽，但負載均衡設(shè)備本身要有強大的抗 DDoS 能力，
否則即使服務(wù)器正常而作為中樞調(diào)度的負載均衡設(shè)備故障也會導(dǎo)致整個應(yīng)用的崩潰。
是否有足夠的靈活度。七層應(yīng)用的優(yōu)勢是可以讓整個應(yīng)用的流量智能化，但是負載均衡設(shè)備需要提供完善的七層功能，滿足客戶根據(jù)不同情況的基于應(yīng)用的調(diào)度。
最簡單的一個考核就是能否取代后臺 Nginx 或者 Apache 等服務(wù)器上的調(diào)度功能。
能夠提供一個七層應(yīng)用開發(fā)接口的負載均衡設(shè)備，可以讓客戶根據(jù)需求任意設(shè)定功能，才真正有可能提供強大的靈活性和智能性。
Nginx/LVS/HAProxy是目前使用最廣泛的三種負載均衡軟件。
LVS（Linux Virtual Server），也就是Linux虛擬服務(wù)器, 是一個由章文嵩博士發(fā)起的自由軟件項目。使用LVS技術(shù)要達到的目標是：通過LVS提供的負載均衡技術(shù)和Linux操作系統(tǒng)實現(xiàn)一個高性能、高可用的服務(wù)器群集，它具有良好可靠性、可擴展性和可操作性。從而以低廉的成本實現(xiàn)最優(yōu)的服務(wù)性能。
LVS主要用來做四層負載均衡。
Nginx（發(fā)音同engine x）是一個網(wǎng)頁服務(wù)器，它能反向代理HTTP, HTTPS, SMTP, POP3, IMAP的協(xié)議鏈接，以及一個負載均衡器和一個HTTP緩存。
Nginx主要用來做七層負載均衡。
HAProxy是一個使用C語言編寫的自由及開放源代碼軟件，其提供高可用性、負載均衡，以及基于TCP和HTTP的應(yīng)用程序代理。
Haproxy主要用來做七層負載均衡。
上面介紹負載均衡技術(shù)的時候提到過，負載均衡服務(wù)器在決定將請求轉(zhuǎn)發(fā)到具體哪臺真實服務(wù)器的時候，是通過負載均衡算法來實現(xiàn)的。負載均衡算法可以分為兩類：靜態(tài)負載均衡算法和動態(tài)負載均衡算法。
靜態(tài)負載均衡算法包括：輪詢，比率，優(yōu)先權(quán)
動態(tài)負載均衡算法包括: 最少連接數(shù),最快響應(yīng)速度，觀察方法，預(yù)測法，動態(tài)性能分配，動態(tài)服務(wù)器補充，服務(wù)質(zhì)量，服務(wù)類型，規(guī)則模式。
輪詢（Round Robin）：順序循環(huán)將請求一次順序循環(huán)地連接每個服務(wù)器。當其中某個服務(wù)器發(fā)生第二到第7 層的故障，BIG-IP 就把其從順序循環(huán)隊列中拿出，不參加下一次的輪詢，直到其恢復(fù)正常。
比率（Ratio）：給每個服務(wù)器分配一個加權(quán)值為比例，根椐這個比例，把用戶的請求分配到每個服務(wù)器。當其中某個服務(wù)器發(fā)生第二到第7 層的故障，BIG-IP 就把其從服務(wù)器隊列中拿出，不參加下一次的用戶請求的分配, 直到其恢復(fù)正常。
優(yōu)先權(quán)（Priority）：給所有服務(wù)器分組,給每個組定義優(yōu)先權(quán)，BIG-IP 用戶的請求，分配給優(yōu)先級最高的服務(wù)器組（在同一組內(nèi)，采用輪詢或比率算法，分配用戶的請求）；當最高優(yōu)先級中所有服務(wù)器出現(xiàn)故障，BIG-IP 才將請求送給次優(yōu)先級的服務(wù)器組。這種方式，實際為用戶提供一種熱備份的方式。
最少的連接方式（Least Connection）：傳遞新的連接給那些進行最少連接處理的服務(wù)器。當其中某個服務(wù)器發(fā)生第二到第7 層的故障，BIG-IP 就把其從服務(wù)器隊列中拿出，不參加下一次的用戶請求的分配, 直到其恢復(fù)正常。
最快模式（Fastest）：傳遞連接給那些響應(yīng)最快的服務(wù)器。當其中某個服務(wù)器發(fā)生第二到第7 層的故障，BIG-IP 就把其從服務(wù)器隊列中拿出，不參加下一次的用戶請求的分配，直到其恢復(fù)正常。
觀察模式（Observed）：連接數(shù)目和響應(yīng)時間以這兩項的最佳平衡為依據(jù)為新的請求選擇服務(wù)器。當其中某個服務(wù)器發(fā)生第二到第7 層的故障，BIG-IP就把其從服務(wù)器隊列中拿出，不參加下一次的用戶請求的分配，直到其恢復(fù)正常。
預(yù)測模式（Predictive）：BIG-IP利用收集到的服務(wù)器當前的性能指標，進行預(yù)測分析，選擇一臺服務(wù)器在下一個時間片內(nèi)，其性能將達到最佳的服務(wù)器相應(yīng)用戶的請求。(被BIG-IP 進行檢測)
動態(tài)性能分配(Dynamic Ratio-APM):BIG-IP 收集到的應(yīng)用程序和應(yīng)用服務(wù)器的各項性能參數(shù)，動態(tài)調(diào)整流量分配。
動態(tài)服務(wù)器補充(Dynamic Server Act.):當主服務(wù)器群中因故障導(dǎo)致數(shù)量減少時，動態(tài)地將備份服務(wù)器補充至主服務(wù)器群。
服務(wù)質(zhì)量(QoS）:按不同的優(yōu)先級對數(shù)據(jù)流進行分配。
服務(wù)類型(ToS): 按不同的服務(wù)類型（在Type of Field中標識）負載均衡對數(shù)據(jù)流進行分配。
規(guī)則模式：針對不同的數(shù)據(jù)流設(shè)置導(dǎo)向規(guī)則，用戶可自行。
文章參考鏈接：hollischuang.com/archives/1844；jaminzhang.github.io/lb/L4-L7-Load-Balancer-Difference/
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