lvs（四层和七层）、haproxy、nginx性能比较

文章目录

1.lvs（四层和七层）
- 七层各层简介：
- 四层各层简介：
- OSI七层和TCP/IP四层的区别
2 LVS优缺点
- 优点
- 缺点
3 nginx优缺点
- 优点
- 缺点
4 haproxy
- 特点
- HAPorxy缺点：
总结

1.lvs（四层和七层）

七层各层简介：

物理层（Physical Layer）：主要定义物理设备标准，如网线的接口类型、光纤的接口类型、各种传输介质的传输速率等。它的主要作用是传输比特流（就是由1、0转化为电流强弱来进行传输,到达目的地后在转化为1、0，也就是我们常说的数模转换与模数转换），这一层的数据叫做比特，单位是bit比特。

数据链路层（Datalink Layer）：定义了如何让格式化数据以进行传输，以及如何让控制对物理介质的访问，这一层通常还提供错误检测和纠正，以确保数据的可靠传输。交换机(二层)、网桥设备在这一层。数据链路层协议的代表包括：PPP、STP、帧中继等。

网络层（Network Layer）：在位于不同地理位置的网络中的两个主机系统之间提供连接和路径选择，Internet的发展使得从世界各站点访问信息的用户数大大增加，而网络层正是管理这种连接的层。网络层负责在源机器和目标机器之间建立它们所使用的路由。路由器在该层。协议有：IP、ICMP（互联网控制报文协议）、ARP（地址转换协议）、RARP（反向地址转换协议）

传输层（Transport Layer）：O S I 模型中最重要的一层。定义了一些传输数据的协议和端口号（WWW端口80等），如：TCP（传输控制协议，传输效率低，可靠性强，用于传输可靠性要求高，数据量大的数据），UDP（用户数据报协议，与TCP特性恰恰相反，用于传输可靠性要求不高，数据量小的数据，如QQ聊天数据就是通过这种方式传输的），主要是将从下层接收的数据进行分段和传输，到达目的地址后再进行重组，常常把这一层数据叫做段。

传输协议同时进行流量控制或是基于接收方可接收数据的快慢程度规定适当的发送速率。除此之外，传输层按照网络能处理的最大尺寸将较长的数据包进行强制分割。例如，以太网无法接收大于1 5 0 0 字节的数据包。发送方节点的传输层将数据分割成较小的数据片，同时对每一数据片安排一序列号，以便数据到达接收方节点的传输层时，能以正确的顺序重组。该过程即被称为排序。

会话层（Session Layer）：负责在网络中的两节点之间建立、维持和终止通信。会话层的功能包括：建立通信链接，保持会话过程通信链接的畅通，同步两个节点之间的对话，决定通信是否被中断以及通信中断时决定从何处重新发送。

通过传输层（端口号：传输端口与接收端口）建立数据传输的通路，主要在你的系统之间发起会话或者接受会话请求（设备之间需要互相认识可以是IP也可以是MAC或者是主机名）。

表示层（Presentation Layer）：应用程序和网络之间的翻译官，在表示层，数据将按照网络能理解的方案进行格式化；这种格式化也因所使用网络的类型不同而不同。　　表示层管理数据的解密与加密，如系统口令的处理。可确保一个系统的应用层所发送的信息可以被另一个系统的应用层读取。例如，PC程序与另一台计算机进行通信，其中一台计算机使用扩展二一十进制交换码（EBCDIC），而另一台则使用美国信息交换标准码（ASCII）来表示相同的字符。如有必要，表示层会通过使用一种通格式来实现多种数据格式之间的转换。

应用层（Application Layer）：是最靠近用户的OSI层，这一层为用户的应用程序（例如电子邮件、文件传输和终端仿真）提供网络服务。

四层各层简介：

TCP/IP是一组协议的代名词，它还包括许多协议，组成了TCP/IP协议簇。TCP/IP协议簇分为四层，IP位于协议簇的第二层(对应OSI的第三层)，TCP位于协议簇的第三层(对应OSI的第四层)。
TCP/IP通讯协议采用了4层的层级结构，每一层都呼叫它的下一层所提供的网络来完成自己的需求。这4层分别为：

应用层：应用程序间沟通的层，如简单电子邮件传输（SMTP）、文件传输协议（FTP）、网络远程访问协议（Telnet）等。

传输层：在此层中，它提供了节点间的数据传送服务，如传输控制协议（TCP）、用户数据报协议（UDP）等，TCP和UDP给数据包加入传输数据并把它传输到下一层中，这一层负责传送数据，并且确定数据已被送达并接收。

网络层：负责提供基本的数据封包传送功能，让每一块数据包都能够到达目的主机（但不检查是否被正确接收），如网际协议（IP）。

网络接口层：对实际的网络媒体的管理，定义如何使用实际网络（如Ethernet、Serial Line等）来传送数据。

OSI七层和TCP/IP四层的区别

OSI引入了服务、接口、协议、分层的概念，TCP/IP借鉴了OSI的这些概念建立TCP/IP模型。
OSI先有模型，后有协议，先有标准，后进行实践；而TCP/IP则相反，先有协议和应用再提出了模型，且是参照的OSI模型。
OSI是一种理论下的模型，而TCP/IP已被广泛使用，成为网络互联事实上的标准。

除了层的数量之外，开放式系统互联（OSI）模型与TCP/IP协议有什么区别？

开放式系统互联模型是一个参考标准，解释协议相互之间应该如何相互作用。TCP/IP协议是美国国防部发明的，是让互联网成为了目前这个样子的标准之一。开放式系统互联模型中没有清楚地描绘TCP/IP协议，但是在解释TCP/IP协议时很容易想到开放式系统互联模型。两者的主要区别如下：
TCP/IP协议中的应用层处理开放式系统互联模型中的第五层、第六层和第七层的功能。
TCP/IP协议中的传输层并不能总是保证在传输层可靠地传输数据包，而开放式系统互联模型可以做到。这是因为TCP/IP协议还提供一项名为UDP（用户数据报协议）的选择。UDP不能保证可靠的数据包传输。

有关问题

交换机工作在OSI的哪一层
二层交换机工作在OSI的第二层数据链路层，由于它们要对帧解码并使用帧信息将数据发送到正确的接收方，所以它们是工作在数据链路层的。
三层交换机是工作在OSI的网络层，因为三层交换机有路由功能。
路由器工作在OSI的哪一层
路由器工作在OSI七层模型的第3层，网络层。由于网络层处理，并智能指导数据传送，路由器连接网络各段，所以路由器属于网络层。在网络中，“路由”是基于编址方案、使用模式以及可达性来指引数据的发送。网络层负责在源机器和目标机器之间建立它们所使用的路由。
PING命令使用OSI哪一层协议
ping命令使用的是ICMP协议，位于OSI七层网络模型中的第三层，网络层；

2 LVS优缺点

优点

抗负载能力强、是工作在网络4层之上仅作分发之用，没有流量的产生，这个特点也决定了它在负载均衡软件里的性能最强的，对内存和cpu资源消耗比较低。
配置性比较低，这是一个缺点也是一个优点，因为没有可太多配置的东西，所以并不需要太多接触，大大减少了人为出错的几率。
工作稳定，因为其本身抗负载能力很强，自身有完整的双机热备方案，如LVS+Keepalived。
无流量，LVS只分发请求，而流量并不从它本身出去，这点保证了均衡器IO的性能不会受到大流量的影响。
应用范围比较广，因为LVS工作在4层，所以它几乎可以对所有应用做负载均衡，包括http、数据库、在线聊天室等等。

缺点

软件本身不支持正则表达式处理，不能做动静分离；而现在许多网站在这方面都有较强的需求，这个是Nginx/HAProxy+Keepalived的优势所在。
如果是网站应用比较庞大的话，LVS/DR+Keepalived实施起来就比较复杂了，特别后面有 Windows Server的机器的话，如果实施及配置还有维护过程就比较复杂了，相对而言，Nginx/HAProxy+Keepalived就简单多了。

3 nginx优缺点

优点

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，它的正则规则比HAProxy更为强大和灵活，这也是它目前广泛流行的主要原因之一，Nginx单凭这点可利用的场合就远多于LVS了。
Nginx对网络稳定性的依赖非常小，理论上能ping通就就能进行负载功能，这个也是它的优势之一；相反LVS对网络稳定性依赖比较大。
Nginx安装和配置比较简单，测试起来比较方便，它基本能把错误用日志打印出来。LVS的配置、测试就要花比较长的时间了，LVS对网络依赖比较大。
可以承担高负载压力且稳定，在硬件不差的情况下一般能支撑几万次的并发量，负载度比LVS相对小些。
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。比如用户正在上传一个文件，而处理该上传的节点刚好在上传过程中出现故障，Nginx会把上传切到另一台服务器重新处理，而LVS就直接断掉了，如果是上传一个很大的文件或者很重要的文件的话，用户可能会因此而不满。
Nginx不仅仅是一款优秀的负载均衡器/反向代理软件，它同时也是功能强大的Web应用服务器。LNMP也是近几年非常流行的web架构，在高流量的环境中稳定性也很好。
Nginx现在作为Web反向加速缓存越来越成熟了，速度比传统的Squid服务器更快，可以考虑用其作为反向代理加速器。
Nginx可作为中层反向代理使用，这一层面Nginx基本上无对手，唯一可以对比Nginx的就只有 lighttpd了，不过 lighttpd目前还没有做到Nginx完全的功能，配置也不那么清晰易读，社区资料也远远没Nginx活跃。
Nginx也可作为静态网页和图片服务器，这方面的性能也无对手。还有Nginx社区非常活跃，第三方模块也很多。

缺点

Nginx仅能支持http、https和Email协议，这样就在适用范围上面小些，这个是它的缺点。
对后端服务器的健康检查，只支持通过端口来检测，不支持通过url来检测。不支持Session的直接保持，但能通过ip_hash来解决。
LVS：使用Linux内核集群实现一个高性能、高可用的负载均衡服务器，它具有很好的可伸缩性（Scalability)、可靠性（Reliability)和可管理性（Manageability)。

4 haproxy

特点

HAProxy也是支持虚拟主机的，可以工作在4、7层(支持多网段)；
HAProxy的优点能够补充Nginx的一些缺点，比如支持Session的保持，Cookie的引导；同时支持通过获取指定的url来检测后端服务器的状态。
HAProxy跟LVS类似，本身就只是一款负载均衡软件；单纯从效率上来讲HAProxy会比Nginx有更出色的负载均衡速度，在并发处理上也是优于Nginx的。
HAProxy支持TCP协议的负载均衡转发，可以对MySQL读进行负载均衡，对后端的MySQL节点进行检测和负载均衡，大家可以用LVS+Keepalived对MySQL主从做负载均衡。
HAProxy负载均衡策略非常多，HAProxy的负载均衡算法现在具体有如下8种：
① roundrobin:表示简单的轮询，这个不多说，这个是负载均衡基本都具备的；
② static-rr:表示根据权重，建议关注；
③ leastconn:表示最少连接者先处理，建议关注；
④ source:表示根据请求源IP，这个跟Nginx的IP_hash机制类似，我们用其作为解决session问题的一种方法，建议关注；
⑤ ri:表示根据请求的URI；
⑥ rl_param:表示根据请求的URl参数’balance url_param’ requires an URL parameter name；
⑦ hdr(name):表示根据HTTP请求头来锁定每一次HTTP请求；
⑧ rdp-cookie(name):表示根据据cookie(name)来锁定并哈希每一次TCP请求。

HAPorxy缺点：

不支持POP/SMTP协议
不支持SPDY协议
不支持HTTP cache功能。现在不少开源的lb项目，都或多或少具备HTTP cache功能。
重载配置的功能需要重启进程，虽然也是soft restart，但没有Nginx的reaload更为平滑和友好。
多进程模式支持不够好

总结

LVS：是基于四层的转发
HAproxy：是基于四层和七层的转发，是专业的代理服务器
Nginx：是WEB服务器，缓存服务器，又是反向代理服务器，可以做七层的转发

区别： LVS由于是基于四层的转发所以只能做端口的转发；而基于URL的、基于目录的这种转发LVS就做不了
工作选择：
HAproxy和Nginx由于可以做七层的转发，所以URL和目录的转发都可以做
在很大并发量的时候我们就要选择LVS，像中小型公司的话并发量没那么大
选择HAproxy或者Nginx足已，由于HAproxy由是专业的代理服务器
配置简单，所以中小型企业推荐使用HAproxy