WEB服务-Nginx之9-四层负载均衡

WEB服务-Nginx之9-四层负载均衡

Nginx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

1、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。

2、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

1、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；
2、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）
3、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）
4、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；
5、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。

Nginx四层负载均衡模块

ngx_stream_core_module模块模拟反向基于tcp或udp的服务连接，即工作于传输层的反向代理或调度器。

官方源1.18.0默认安装此可选模块
默认情况下未构建此模块，应使用--with-stream 配置参数启用它。

官方文档：http://nginx.org/en/docs
腾讯云中文文档：https://cloud.tencent.com/developer/doc/1158

注意：类似于http{...}区块，但必须使用自己stream{...}区块的模块ngx_stream_core_module，ngx_stream_log_module，ngx_stream_proxy_module，ngx_stream_upstream_module，ngx_stream_ssl_module，ngx_stream_access_module，... ...

示例：

stream {
    upstream backend {
        hash $remote_addr consistent;

        server backend1.example.com:12345 weight=5;
        server 127.0.0.1:12345            max_fails=3 fail_timeout=30s;
        server unix:/tmp/backend3;
    }

    upstream dns {
       server 192.168.0.1:53535;
       server dns.example.com:53;
    }

    server {
        listen 12345;
        ...
        proxy_pass backend;
    }

    server {
        listen 127.0.0.1:53 udp reuseport;
        ...
        proxy_pass dns;
    }
}

ngx_stream_proxy_module模块允许对TCP，UDP（1.9.13）和UNIX-domain sockets进行代理数据流。

示例：

server {
    listen 127.0.0.1:12345;
    proxy_pass 127.0.0.1:8080;
}

server {
    listen 12345;
    proxy_connect_timeout 1s;
    proxy_timeout 1m;
    proxy_pass example.com:12345;
}

server {
    listen 53 udp reuseport;
    proxy_timeout 20s;
    proxy_pass dns.example.com:53;
}

server {
    listen [::1]:12345;
    proxy_pass unix:/tmp/stream.socket;
}

Syntax: 	proxy_pass address;
Default:	-
Context:	server

设置后端服务器的地址。

address可以使用：域名，IP地址加端口，UNIX-domain socket路径，upstream，变量$upstream。

如果一个域名解析为多个地址，则所有这些地址都将以循环方式使用。

如果使用变量，先搜索upstream，找不到使用resolver确定服务器名称。

Syntax: 	proxy_timeout timeout;
Default:	proxy_timeout 10m;
Context:	stream, server

无数据传输时，保持连接状态的超时时长。在nginx代理服务器与客户端或后端服务器连接上的两个连续读取或写入操作之间设置。如果在此时间内没有数据传输，关闭连接。

Syntax: 	proxy_connect_timeout time;
Default:	proxy_connect_timeout 60s;
Context:	stream, server

设置nginx代理服务器与后端服务器尝试建立连接的超时时长

Nginx四层负载均衡示例

首先水平扩展lb，新建一台和lb01配置一样的lb02

lb02安装nginx

[root@lb02 ~]# cat >/etc/yum.repos.d/nginx.repo <<EOF
[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
EOF
[root@lb02 ~]# yum -y install nginx

#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

Created symlink from /etc/systemd/system/multi-user.target.wants/nginx.service to /usr/lib/systemd/system/nginx.service.
[root@lb02 conf.d]# nginx

lb02拉取lb01所有nginx相关配置

[root@lb02 ~]# scp -r root@172.16.1.5:/etc/nginx /etc/

lb02启动nginx并加入开机自启

[root@lb02 ~]# systemctl start nginx
[root@lb02 ~]# systemctl enable nginx

lb配置四层负载均衡

创建存放四层负载均衡配置文件的目录，并加入主配置文件/etc/nginx/nginx.conf

[root@lb ~]# mkdir /etc/nginx/conf.c
[root@lb ~]# echo include /etc/nginx/conf.c/*.conf\; >> /etc/nginx/nginx.conf

配置四层负载均衡，并重载

[root@lb ~]# cat > /etc/nginx/conf.c/lb_domain.conf <<EOF
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;
    }
}
EOF

[root@lb ~]# systemctl reload nginx

windows配置：

在C:\Windows\System32\drivers\etc\hosts文件中修改为10.0.0.4 php.oldboy.com blog.oldboy.com

使用浏览器访问页面测试成功!

配置四层负载均衡开启日志

四层负载均衡默认是没有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在stream下面配置：

[root@lb ~]# vim /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;
    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;
    }
}

使用proxy protocol获取真实客户端IP

使用架构四层负载均衡-->七层负载均衡-->web服务器，web服务器访问日志记录的客户端IP$remote_addr是七层负载均衡的，转发的客户端IP$http_x_forwarded_for是四层负载均衡的

[root@web01 ~]# tail -1 /var/log/nginx/access.log
172.16.1.6 - - [22/Sep/2020:13:38:58 +0800] "GET /wp-content/themes/2.8/images/tum.jpg HTTP/1.1" 200 204631 "http://blog.oldboy.com/" "Mozilla/5.0 (Windows NT 10.0; Win64; x64) AppleWebKit/537.36 (KHTML, like Gecko) Chrome/85.0.4183.102 Safari/537.36" "172.16.1.4"

proxy protocol是HAProxy的作者Willy Tarreau于2010年开发和设计的一个Internet协议，通过为tcp添加一个很小的头信息，来方便的传递客户端信息（协议栈、源IP、目的IP、源端口、目的端口等)，在网络情况复杂又需要获取用户真实IP时非常有用。其本质是在三次握手结束后由代理在连接中插入了一个携带了原始连接四元组信息的数据包。

注意：proxy protocol的接收端必须在接收到完整有效的 proxy protocol 头部后才能开始处理连接数据。因此对于服务器的同一个监听端口，不存在兼容带proxy protocol包的连接和不带proxy protocol包的连接。如果服务器接收到的第一个数据包不符合proxy protocol的格式，那么服务器会直接终止连接。

lb配置：

[root@lb ~]# vim /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;
    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;
        proxy_protocol on;
    }
}

lb01和lb02配置相同：

[root@lb01 ~]# vim /etc/nginx/conf.d/proxy_web.conf
log_format proxy '$remote_addr - $remote_user [$time_local] "$request" '
                 '$status $body_bytes_sent "$http_referer" '
                 '"$http_user_agent" "$http_x_forwarded_for" "$proxy_protocol_addr"';
proxy_headers_hash_max_size 5120;
proxy_headers_hash_bucket_size 640;
upstream web {
    server 172.16.1.7:80;
    server 172.16.1.8:80;
}
server {
    listen 80 proxy_protocol;
    server_name blog.oldboy.com;
    
    set_real_ip_from 172.16.1.0/24;
    #real_ip_header proxy_protocol;
 
    location / {
        proxy_pass http://web;
        include proxy_params;
        proxy_next_upstream error timeout http_500 http_502 http_503 http_504;
        proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_protocol_addr;
    }
    access_log /var/log/nginx/access.log proxy;
}

注意：

real_ip_header proxy_protocol;相当于设置$remote_addr为$proxy_protocol_addr直接向后端传递真正客户端IP而不是代理服务器IP。

X-Forwarded-For格式为: client1, proxy1, ...

proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_protocol_addr;会使web服务器收到的$http_x_forwarded_for的值变为$remote_addr, $proxy_protocol_addr

建议不要设置real_ip_header proxy_protocol;，而是使用proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_protocol_addr;这样可以同时传递代理服务器IP$remote_addr和真正客户端IP$proxy_protocol_addr。

重载nginx服务：

[root@lb ~]# systemctl reload nginx
[root@lb01 ~]# systemctl reload nginx
[root@lb02 ~]# systemctl reload nginx

浏览器访问http://blog.oldboy.com/测试：

[root@lb ~]# tail -1 /var/log/nginx/proxy.log
10.0.0.1:1762 - [22/Sep/2020:15:06:13 +0800] 200 TCP "172.16.1.5:80" "2197" "0.001"
[root@lb01 ~]# tail -20 /var/log/nginx/access.log | grep thumbnail.png
172.16.1.4 - - [22/Sep/2020:15:06:10 +0800] 200 52141 "http://blog.oldboy.com/" "Mozilla/5.0 (Windows NT 10.0; Win64; x64) AppleWebKit/537.36 (KHTML, like Gecko) Chrome/85.0.4183.102 Safari/537.36" "-" "10.0.0.1"
[root@web01 ~]# tail -20 /var/log/nginx/access.log | grep thumbnail.png
172.16.1.5 - - [22/Sep/2020:15:06:10 +0800] "GET /wp-content/themes/2.8/images/thumbnail.png HTTP/1.1" 200 52141 "http://blog.oldboy.com/" "Mozilla/5.0 (Windows NT 10.0; Win64; x64) AppleWebKit/537.36 (KHTML, like Gecko) Chrome/85.0.4183.102 Safari/537.36" "172.16.1.4, 10.0.0.1"

Nginx四层负载均衡端口转发

要求：

通过访问负载均衡的5555端口，实际是后端的web01的22端口提供服务；

10.0.0.4:5555 ---> 172.16.1.7:22;
通过访问负载均衡的6666端口，实际是后端的mysql的3306端口提供服务。

10.0.0.4:6666 ---> 172.16.1.51:3306;

实现配置：

[root@lb ~]# vim /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;

    upstream ssh_7 {
            server 10.0.0.7:22;
            least_conn;
    }

    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;
    }
}

测试：

使用Xshell连接10.0.0.4:5555实际是连接172.16.1.7:22

使用SQLyog连接10.0.0.4:6666实际是连接172.16.1.51:3306

posted @ 2021-06-05 10:51 原因与结果阅读(297) 评论(0) 编辑收藏举报

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Nginx四层负载均衡模块

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Nginx四层负载均衡端口转发

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