负载均衡器技术Nginx和F5的优缺点对比

这是网上摘抄的文章，正好想了解一下负载均衡，看这篇文章写的比较易懂，就。。。。

对于数据流量过大的网络中，往往单一设备无法承担，需要多台设备进行数据分流，而负载均衡器就是用来将数据分流到多台设备的一个转发器。

目前有许多不同的负载均衡技术用以满足不同的应用需求，如软/硬件负载均衡、本地/全局负载均衡、更高网络层负载均衡，以及链路聚合技术。

腾讯、淘宝、新浪等大型门户及商业网站使用的是软负载均衡器Nginx，而农行用的是F5硬负载均衡器，这里就简单介绍下这两种技术：

一.软件负载均衡解决方案

在一台服务器的操作系统上，安装一个附加软件来实现负载均衡，如Nginx负载均衡（我们管理系统平台使用的也是这款均衡器）。它的优点是基于特定环境、配置简单、使用灵活、成本低廉，可以满足大部分的负载均衡需求。

1.什么是Nginx

Nginx ("engine x") 是一个高性能的HTTP和反向代理服务器，也是一个IMAP/POP3/SMTP代理服务器。可以说Nginx是目前使用最为广泛的HTTP软负载均衡器，其将源代码以类BSD许可证的形式发布（商业友好），同时因高效的性能、稳定性、丰富的功能集、示例配置文件和低系统资源的消耗而闻名于业界。像腾讯、淘宝、新浪等大型门户及商业网站都采用Nginx进行HTTP网站的数据分流。

2.Nginx的功能特点

a.工作在网络的7层之上，可以针对http应用做一些分流的策略，比如针对域名、目录结构；

b.Nginx对网络的依赖比较小；

c.Nginx安装和配置比较简单，测试起来比较方便；

d.也可以承担高的负载压力且稳定，一般能支撑超过1万次的并发；

e.Nginx可以通过端口检测到服务器内部的故障，比如根据服务器处理网页返回的状态码、超时等等，并且会把返回错误的请求重新提交到另一个节点，不过其中缺点就是不支持url来检测；

f.Nginx对请求的异步处理可以帮助节点服务器减轻负载；

g.Nginx能支持http和Email，这样就在适用范围上面小很多；

h.不支持Session的保持、对Big request header的支持不是很好，另外默认的只有Round-robin和IP-hash两种负载均衡算法。

3.Nginx的原理

Nginx采用的是反向代理技术，代理服务器来接受internet上的连接请求，然后将请求转发给内部网络上的服务器，并将从服务器上得到的结果返回给internet上请求连接的客户端，此时代理服务器对外就表现为一个服务器。反向代理负载均衡技术是把将来自internet上的连接请求以反向代理的方式动态地转发给内部网络上的多台服务器进行处理，从而达到负载均衡的目的。

二.硬件负载均衡解决方案

直接在服务器和外部网络间安装负载均衡设备，这种设备我们通常称之为负载均衡器。由于专门的设备完成专门的任务，独立于操作系统，整体性能得到大量提高，加上多样化的负载均衡策略，智能化的流量管理，可达到最佳的负载均衡需求。一般而言，硬件负载均衡在功能、性能上优于软件方式，不过成本昂贵，比如最常见的就是F5负载均衡器。

1.什么是F5 BIG-IP

F5负载均衡器是应用交付网络的全球领导者F5 Networks公司提供的一个负载均衡器专用设备，F5 BIG-IP LTM 的官方名称叫做本地流量管理器，可以做4-7层负载均衡，具有负载均衡、应用交换、会话交换、状态监控、智能网络地址转换、通用持续性、响应错误处理、IPv6网关、高级路由、智能端口镜像、SSL加速、智能HTTP压缩、TCP优化、第7层速率整形、内容缓冲、内容转换、连接加速、高速缓存、Cookie加密、选择性内容加密、应用攻击过滤、拒绝服务(DoS)攻击和SYN Flood保护、防火墙—包过滤、包消毒等功能。

2.F5 BIG-IP用作HTTP负载均衡器的主要功能

a.F5 BIG-IP提供12种灵活的算法将所有流量均衡的分配到各个服务器，而面对用户，只是一台虚拟服务器。

b.F5 BIG-IP可以确认应用程序能否对请求返回对应的数据。假如F5 BIG-IP后面的某一台服务器发生服务停止、死机等故障，F5会检查出来并将该服务器标识为宕机，从而不将用户的访问请求传送到该台发生故障的服务器上。这样，只要其它的服务器正常，用户的访问就不会受到影响。宕机一旦修复，F5 BIG-IP就会自动查证应用已能对客户请求作出正确响应并恢复向该服务器传送。

c.F5 BIG-IP具有动态Session的会话保持功能。

d.F5 BIG-IP的iRules功能可以做HTTP内容过滤，根据不同的域名、URL，将访问请求传送到不同的服务器。

三.方案优缺点对比

1.基于硬件的方式(F5)

优点：能够直接通过智能交换机实现,处理能力更强，而且与系统无关，负载性能强更适用于一大堆设备、大访问量、简单应用。

缺点：成本高，除设备价格高昂，而且配置冗余，很难想象后面服务器做一个集群，但最关键的负载均衡设备却是单点配置；无法有效掌握服务器及应用状态。

硬件负载均衡，一般都不管实际系统与应用的状态，而只是从网络层来判断，所以有时候系统处理能力已经不行了，但网络可能还来 得及反应（这种情况非常典型，比如应用服务器后面内存已经占用很多，但还没有彻底不行，如果网络传输量不大就未必在网络层能反映出来）。

2.基于软件的方式(Nginx)

优点：基于系统与应用的负载均衡，能够更好地根据系统与应用的状况来分配负载。这对于复杂应用是很重要的，性价比高，实际上如果几台服务器，用F5之类的硬件产品显得有些浪费，而用软件就要合算得多，因为服务器同时还可以跑应用做集群等。

缺点：负载能力受服务器本身性能的影响，性能越好，负载能力越大。

国内据说迪普和深信服做的不错，手头没有啥资料，就不介绍了。

阅读本文前，需熟悉OSI七层参考模型。

常见的负载均衡设备，有F5，Haproxy，lvs, nginx等。

F5是商用硬件负载均衡，性能很好，但是价格昂贵，除了负载均衡，还有应用交换、会话交换、状态监控等众多功能。

F5一般做四层负载均衡，但也支持七层负载均衡。

Haproxy(以下简称ha)是软件负载均衡，开源，一般做七层负载均衡，但也支持四层负载均衡。

Linux Virtual Server(以下简称lvs)是软件负载均衡，开源，二层或四层负载均衡，已集成到linux内核，自身有完备的热备方案（keepalived+lvs），稳定性极强。

nginx也是软件负载均衡，开源，通过反向代理实现负载均衡，是七层负载均衡，性能不如上面的几个。

tips1

有些公司，测试环境用ha/lvs/nginx，生产环境用F5。

tips2

nginx做web服务器时，一般做静态资源服务器和php的web服务器，所以很多公司，会采用F5+nginx或者ha+nginx的架构

tips3

微服务中的ribbon属于客户端负载均衡，上面的几种都是服务端负载均衡

二层负载均衡

在数据链路层通过修改mac地址实现，如lvs的DR模式（直接路由模式）

三层负载均衡

在网络层通过DNAT协议修改目标地址实现

四层负载均衡

用ip+端口实现请求转发

备注：tcp报文里并没有ip，但是四层负载均衡可以用ip+端口，是因为server可以拿到ip

七层负载均衡

通过重新发起http请求实现，即client把请求发给lb，lb把请求代发给server，再把server的响应返回给client，因此七层负载均衡也经常被称为代理，七层负载均衡设备也被称为代理设备。

七层负载均衡常用于内网与外网的通信，比如内网无法直接访问外网，需要通过代理设备代发http请求，这种情况下，代理设备需要配置双网卡，以同时与内外网络通信。

由于需要重发http请求，七层负载均衡性能较差，但是更智能和安全，因为应用层可以获取甚至修改请求的真实内容（即应用数据），比如cookie、url等，可以做一些智能的操作，比如根据cookie/url转发请求，也可以做一些安全操作，比如过滤特定报文、防止SYN Flood攻击等。

使用七层负载均衡时，服务的性能受限于代理设备的网卡带宽。

常见的负载均衡策略，有轮询、加权轮询、ip_hash、cookie、url_hash，根据服务器响应时间转发、根据最少连接转发等等。

备注：nginx可以安装第三方插件，使用第三方实现的策略

轮询：按服务器列表顺序转发请求，轮询是nginx默认的策略，本策略适合服务器配置相当、请求无状态（即不依赖session）的场景

加权轮询：如果不同服务器配置不同，可以为配置高的服务器增加权重

ip_hash：根据ip哈希结果转发，可以实现同一用户持续请求同一服务器（即会话保持），适合有状态（即依赖session）的场景，对png、jpg、js、css等静态资源的请求，不适合使用本策略

cookie：根据特定cookie转发请求，一般也是用于实现会话保持，比如为服务器A、B分别增加service-flag=a、service-flag=b的cookie，后续请求根据cookie转发

可以参考 haproxy实现会话保持

url_hash：根据url哈希结果转发，同一个接口始终请求同一台服务器，一般配合缓存使用，缓存接口返回结果

根据服务器响应时间转发：优先转发到响应时间较快的服务器

根据最少连接转发：优先转发到连接数较少的服务器

F5有一些特有的负载均衡策略：利用从应用程序和服务器收集到的各项性能指标，分析并转发

负载均衡有两个步骤：

1.根据什么算法选择真实服务端，即负载均衡策略，如轮询、加权轮询、ip_hash、cookie、url_hash等；

2.把请求转发到真实服务器，转发方式有二层到七层负载均衡

keepalived软件一开始是专为lvs设计的，后来加入了可以实现高可用的VRRP (Virtual Router Redundancy Protocol ,虚拟路由器冗余协议）功能，因此，keepalived还可以作为nginx、haproxy、mysql等服务的高可用解决方案。

以nginx为例，为了防止nginx本身由于宕机等原因导致网站不可用，一般会搭两套nginx反向代理，用keepalived提供一个VIP。

一般情况下，VIP只在nginx主节点上工作，如果nginx主节点不可用了，VIP会自动漂移到从节点，自动漂移的原理即VRRP协议。

VIP漂移到从节点后，如果主节点恢复正常了，VIP是否漂移回主节点，取决于当前模式是抢占模式还是非抢占模式。

下图是一张简单的架构图，解释如下：

以上观点纯属个人意见，如果错误，欢迎指出，有些地方写的很简单，是因为我也不懂~

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