四層和七層負載均衡的區別

 　　(一)

　　簡單理解四層和七層負載均衡:

　　① 所謂四層就是基於IP+端口的負載均衡;七層就是基於URL等應用層信息的負載均衡;同理，還有基於MAC地址的二層負載均衡和基於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，然後再分配到真實的MAC地址;三層負載均衡會通過一個虛擬IP地址接收請求，然後再分配到真實的IP地址;四層通過虛擬IP+端口接收請求，然後再分配到真實的服務器;七層通過虛擬的URL或主機名接收請求，然後再分配到真實的服務器。

　　② 所謂的四到七層負載均衡，就是在對後台的服務器進行負載均衡時，依據四層的信息或七層的信息來決定怎麼樣轉發流量。 比如四層的負載均衡，就是通過發布三層的IP地址(VIP)，然後加四層的端口號，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，轉發至後台服務器，並記錄下這個TCP或者UDP的流量是由哪台服務器處理的，後續這個連接的所有流量都同樣轉發到同一台服務器處理。七層的負載均衡，就是在四層的基礎上(沒有四層是絕對不可能有七層的)，再考慮應用層的特征，比如同一個Web服務器的負載均衡，除了根據VIP加80端口辨別是否需要處理的流量，還可根據七層的URL、浏覽器類別、語言來決定是否要進行負載均衡。舉個例子，如果你的Web服務器分成兩組，一組是中文語言的，一組是英文語言的，那麼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，然後選擇對應的語言服務器組進行負載均衡處理。

　　③ 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，還有分析應用層的信息，如HTTP協議URI或Cookie信息。

　　1、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 Balance不理解應用協議(如HTTP/FTP/MySQL等等)。例子：LVS，F5。

　　2、另一種叫做L7 switch(七層交換)，OSI的最高層，應用層。此時，該Load Balancer能理解應用協議。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。

　　(二)

　　負載均衡設備也常被稱為"四到七層交換機"，那麼四層和七層兩者到底區別在哪裡?

　　第一，技術原理上的區別。

　　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，再加上負載均衡設備設置的服務器選擇方式，決定最終選擇的內部服務器。

　　以常見的TCP為例，負載均衡設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器，並對報文中目標IP地址進行修改(改為後端服務器IP)，直接轉發給該服務器。TCP的連接建立，即三次握手是客戶端和服務器直接建立的，負載均衡設備只是起到一個類似路由器的轉發動作。在某些部署情況下，為保證服務器回包可以正確返回給負載均衡設備，在轉發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“內容交換”，也就是主要通過報文中的真正有意義的應用層內容，再加上負載均衡設備設置的服務器選擇方式，決定最終選擇的內部服務器。

　　以常見的TCP為例，負載均衡設備如果要根據真正的應用層內容再選擇服務器，只能先代理最終的服務器和客戶端建立連接(三次握手)後，才可能接受到客戶端發送的真正應用層內容的報文，然後再根據該報文中的特定字段，再加上負載均衡設備設置的服務器選擇方式，決定最終選擇的內部服務器。負載均衡設備在這種情況下，更類似於一個代理服務器。負載均衡和前端的客戶端以及後端的服務器會分別建立TCP連接。所以從這個技術原理上來看，七層負載均衡明顯的對負載均衡設備的要求更高，處理七層的能力也必然會低於四層模式的部署方式。

　　第二，應用場景的需求。

　　七層應用負載的好處，是使得整個網絡更"智能化"。例如訪問一個網站的用戶流量，可以通過七層的方式，將對圖片類的請求轉發到特定的圖片服務器並可以使用緩存技術;將對文字類的請求可以轉發到特定的文字服務器並可以使用壓縮技術。當然這只是七層應用的一個小案例，從技術原理上，這種方式可以對客戶端的請求和服務器的響應進行任意意義上的修改，極大的提升了應用系統在網絡層的靈活性。很多在後台，例如Nginx或者Apache上部署的功能可以前移到負載均衡設備上，例如客戶請求中的Header重寫，服務器響應中的關鍵字過濾或者內容插入等功能。

　　另外一個常常被提到功能就是安全性。網絡中最常見的SYN Flood攻擊，即黑客控制眾多源客戶端，使用虛假IP地址對同一目標發送SYN攻擊，通常這種攻擊會大量發送SYN報文，耗盡服務器上的相關資源，以達到Denial of Service(DoS)的目的。從技術原理上也可以看出，四層模式下這些SYN攻擊都會被轉發到後端的服務器上;而七層模式下這些SYN攻擊自然在負載均衡設備上就截止，不會影響後台服務器的正常運營。另外負載均衡設備可以在七層層面設定多種策略，過濾特定報文，例如SQL Injection等應用層面的特定攻擊手段，從應用層面進一步提高系統整體安全。

　　現在的7層負載均衡，主要還是著重於應用HTTP協議，所以其應用范圍主要是眾多的網站或者內部信息平台等基於B/S開發的系統。 4層負載均衡則對應其他TCP應用，例如基於C/S開發的ERP等系統。

　　第三，七層應用需要考慮的問題。

　　1：是否真的必要，七層應用的確可以提高流量智能化，同時必不可免的帶來設備配置復雜，負載均衡壓力增高以及故障排查上的復雜性等問題。在設計系統時需要考慮四層七層同時應用的混雜情況。

　　2：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器屏蔽，但負載均衡設備本身要有強大的抗DDoS能力，否則即使服務器正常而作為中樞調度的負載均衡設備故障也會導致整個應用的崩潰。

　　3：是否有足夠的靈活度。七層應用的優勢是可以讓整個應用的流量智能化，但是負載均衡設備需要提供完善的七層功能，滿足客戶根據不同情況的基於應用的調度。最簡單的一個考核就是能否取代後台Nginx或者Apache等服務器上的調度功能。能夠提供一個七層應用開發接口的負載均衡設備，可以讓客戶根據需求任意設定功能，才真正有可能提供強大的靈活性和智能性。

　　(三)

　　負載均衡四七層介紹:

　　負載均衡(Load Balance)建立在現有網絡結構之上，它提供了一種廉價有效透明的方法擴展網絡設備和服務器的帶寬、增加吞吐量、加強網絡數據處理能力、提高網絡的靈活性和可用性。

　　負載均衡有兩方面的含義：首先，大量的並發訪問或數據流量分擔到多台節點設備上分別處理，減少用戶等待響應的時間;其次，單個重負載的運算分擔到多台節點設備上做並行處理，每個節點設備處理結束後，將結果匯總，返回給用戶，系統處理能力得到大幅度提高。

　　本文所要介紹的負載均衡技術主要是指在均衡服務器群中所有服務器和應用程序之間流量負載的應用，目前負載均衡技術大多數是用於提高諸如在Web服務器、FTP服務器和其它關鍵任務服務器上的Internet服務器程序的可用性和可伸縮性。

　　負載均衡技術分類

　　目前有許多不同的負載均衡技術用以滿足不同的應用需求，下面從負載均衡所采用的設備對象、應用的網絡層次(指OSI參考模型)及應用的地理結構等來分類。

　　軟/硬件負載均衡

　　軟件負載均衡解決方案是指在一台或多台服務器相應的操作系統上安裝一個或多個附加軟件來實現負載均衡，如DNS Load Balance，CheckPoint Firewall-1 ConnectControl等，它的優點是基於特定環境，配置簡單，使用靈活，成本低廉，可以滿足一般的負載均衡需求。

　　軟件解決方案缺點也較多，因為每台服務器上安裝額外的軟件運行會消耗系統不定量的資源，越是功能強大的模塊，消耗得越多，所以當連接請求特別大的時候，軟件本身會成為服務器工作成敗的一個關鍵;軟件可擴展性並不是很好，受到操作系統的限制;由於操作系統本身的Bug，往往會引起安全問題。

　　硬件負載均衡解決方案是直接在服務器和外部網絡間安裝負載均衡設備，這種設備我們通常稱之為負載均衡器，由於專門的設備完成專門的任務，獨立於操作系統，整體性能得到大量提高，加上多樣化的負載均衡策略，智能化的流量管理，可達到最佳的負載均衡需求。

　　負載均衡器有多種多樣的形式，除了作為獨立意義上的負載均衡器外，有些負載均衡器集成在交換設備中，置於服務器與Internet鏈接之間，有些則以兩塊網絡適配器將這一功能集成到PC中，一塊連接到Internet上，一塊連接到後端服務器群的內部網絡上。

　　一般而言，硬件負載均衡在功能、性能上優於軟件方式，不過成本昂貴。

　　本地/全局負載均衡

　　負載均衡從其應用的地理結構上分為本地負載均衡(Local Load Balance)和全局負載均衡(Global Load Balance，也叫地域負載均衡)，本地負載均衡是指對本地的服務器群做負載均衡，全局負載均衡是指對分別放置在不同的地理位置、有不同網絡結構的服務器群間作負載均衡。

　　本地負載均衡能有效地解決數據流量過大、網絡負荷過重的問題，並且不需花費昂貴開支購置性能卓越的服務器，充分利用現有設備，避免服務器單點故障造成數據流量的損失。其有靈活多樣的均衡策略把數據流量合理地分配給服務器群內的服務器共同負擔。即使是再給現有服務器擴充升級，也只是簡單地增加一個新的服務器到服務群中，而不需