Nginx七层负载均衡原理解析

一、网络协议：应用层

• 七层负载均衡主要工作在网络七层ISO协议的第七层，即应用层。由于在应用层主要是处理对应的应用层协议的相关数据，如HTTP协议，而无法操作传输层TCP连接相关细节，故在七层负载均衡当中，负载均衡器主要是基于应用层协议的相关数据来进行请求转发，如对于HTTP协议，则主要是基于HTTP的Header头部信息、URL信息、Cookies等信息来进行集群节点的选择。由于负载均衡器需要解析应用层协议的相关数据，然后进行请求转发，所以CPU资源开销会较大。
• 七层负载均衡的典型实现是Nginx。

二、与负载均衡器的连接建立

• 其次，对于七层负载均衡的负载均衡器而言，由于无法做到与四层负载均衡一样来修改TCP连接的目标IP和端口号，所以客户端需要首先与负载均衡器建立一个TCP连接，然后负载均衡器再与选中的集群节点建立TCP连接，所以总共需要建立两个TCP连接。
• 该客户端与该集群节点的后续请求和响应的相关数据都需要经过负载均衡器来传输，所以负载均衡器需要处理所有的数据传输，工作负载较高，性能较低。七层负载均衡的工作过程如下图所示：

三、与四层负载均衡比较

• 相对于四层负载均衡，在七层负载均衡的实现中，由于负载均衡器需要对应用层协议数据进行解析，所以CPU开销较高。并且需要中转客户端与服务节点的数据传输，所以整体性能和吞吐量相对较低。
• 不过好处是可以更加灵活和智能地利用应用层协议的数据进行请求转发，如基于集群节点的最少连接数，最小响应时间等选中对应的一个集群节点来进行请求的动态转发。除此之外，还可以对请求和响应的数据内容进行修改，如压缩和加密等。