大佬聊的四層代理和七層代理,都在聊什么?

日常與大佬溝通或看文章，時(shí)不時(shí)總會(huì)遇到兩個(gè)概念“四層代理負(fù)載均衡”和“七層代理負(fù)載均衡”，那么，所謂的四層代理和七層代理分別指的是什么？又在什么場(chǎng)景下用到呢？這篇文章就帶大家聊聊這方面的知識(shí)點(diǎn)。

OSI七層模型

要聊幾層代理，需要先看一下網(wǎng)絡(luò)分層，在之前的文章中也提到，標(biāo)準(zhǔn)的七層網(wǎng)絡(luò)分層，也就是OSI七層模型。TCP/IP五層模型和TCP/IP四層模型是從OSI七層優(yōu)化而來(lái)。

這里所談的四層代理和七層代理，便是基于OSI七層模型來(lái)劃分的。

從下往上看，第四層為傳輸層、第七層為應(yīng)用層。再來(lái)看看每層對(duì)應(yīng)的常見(jiàn)協(xié)議：

四層對(duì)應(yīng)的是TCP/UDP協(xié)議，也就常說(shuō)的IP+端口。七層已經(jīng)是非常具體的應(yīng)用層協(xié)議了。因此，所謂四層就是基于IP+端口的負(fù)載均衡；七層就是基于URL等應(yīng)用層信息的負(fù)載均衡；

同理，還有基于MAC地址的二層負(fù)載均衡和基于IP地址的三層負(fù)載均衡。二層負(fù)載均衡通過(guò)一個(gè)虛擬MAC地址接收請(qǐng)求，然后再分配到真實(shí)的MAC地址；三層負(fù)載均衡通過(guò)一個(gè)虛擬IP地址接收請(qǐng)求，然后再分配到真實(shí)的IP地址。

四層代理

四層代理主要工作于OSI模型中的傳輸層，傳輸層主要處理消息的傳遞，而不管消息的內(nèi)容。TCP就是常見(jiàn)的四層協(xié)議。

**四層負(fù)載均衡只針對(duì)由上游服務(wù)發(fā)送和接收的網(wǎng)絡(luò)包，而并不檢查包內(nèi)的具體內(nèi)容是什么。**四層負(fù)載均衡可以通過(guò)檢查T(mén)CP流中的前幾個(gè)包，從而決定是否限制路由。

因此，四層負(fù)載均衡的核心就是IP+端口層面的負(fù)載均衡，不涉及具體的報(bào)文內(nèi)容。

七層代理

七層代理主要工作于OSI模型的應(yīng)用層，應(yīng)用層主要用來(lái)處理消息內(nèi)容的。比如，HTTP便是常見(jiàn)的七層協(xié)議。

七層負(fù)載均衡服務(wù)器起到了反向代理的作用，Client端要先與七層負(fù)載均衡設(shè)備三次握手建立TCP連接，把要訪問(wèn)的報(bào)文信息發(fā)送給七層負(fù)載均衡。

七層負(fù)載均衡器基于消息中內(nèi)容( 比如URL或者cookie中的信息 )來(lái)做出負(fù)載均衡的決定。之后，七層負(fù)載均衡器建立一個(gè)新的TCP連接來(lái)選擇上游服務(wù)并向這個(gè)服務(wù)發(fā)出請(qǐng)求。

使用七層負(fù)載均衡的設(shè)備經(jīng)常被用于反向代理。

兩者區(qū)別

先通過(guò)一張圖來(lái)看看四層代理和七層代理的區(qū)別：

上圖中最直觀的區(qū)別是四層代理只進(jìn)行了一次TCP請(qǐng)求，而七層代理進(jìn)行了兩次TCP請(qǐng)求。

四層代理：四層代理拆解報(bào)文至傳輸層，根據(jù)請(qǐng)求的服務(wù)器IP+端口號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)；四層代理是由后端服務(wù)器進(jìn)行處理，包括報(bào)文的封裝都是后端服務(wù)器進(jìn)行封裝；四層代理相當(dāng)于是一個(gè)路由器。

七層代理：七層代理拆解報(bào)文至應(yīng)用層，分析用戶(hù)請(qǐng)求的資源，然后負(fù)載均衡器會(huì)代替用戶(hù)請(qǐng)求后端服務(wù)器的資源；后端服務(wù)器把資源返回給負(fù)載均衡器，負(fù)載均衡器對(duì)資源再次進(jìn)行封裝，然后返還給客戶(hù)端；在此過(guò)程中，需要建立兩次TCP連接，一次是客戶(hù)端，一次是后端的服務(wù)器。

七層負(fù)載均衡的CPU密集程度比基于包的四層負(fù)載均衡更高。七層負(fù)載均衡能夠讓均衡器做更小粒度的負(fù)載均衡決定，并且會(huì)根據(jù)消息的內(nèi)容( 比如壓縮和加密 )利用最優(yōu)化方式做出改變。它運(yùn)用緩存的方式來(lái)卸載上游服務(wù)較慢的連接，并顯著地提高了性能。

負(fù)載均衡器

負(fù)載均衡器通常稱(chēng)為四層交換機(jī)或七層交換機(jī)。四層交換機(jī)主要分析IP層及TCP/UDP層，實(shí)現(xiàn)四層流量負(fù)載均衡。七層交換機(jī)除了支持四層負(fù)載均衡以外，還有分析應(yīng)用層的信息，如HTTP協(xié)議URI或Cookie信息。

負(fù)載均衡分為L(zhǎng)4 switch（四層交換），即在OSI第4層工作，也就是TCP層。四層負(fù)載均衡器（如：LVS，F(xiàn)5）不關(guān)心應(yīng)用協(xié)議（如HTTP/FTP/MySQL等）。

L7 switch（七層交換），OSI的最高層，應(yīng)用層。七層負(fù)載均衡器（如：HAProxy，MySQL Proxy）能理解應(yīng)用協(xié)議。

Nginx、LVS、HAProxy是目前使用最廣泛的三種負(fù)載均衡軟件。

應(yīng)用場(chǎng)景

七層負(fù)載均衡器可以是使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)更智能化，比如可以通過(guò)七層代理將圖片類(lèi)、靜態(tài)文件類(lèi)（JS、CSS）請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)到特定的服務(wù)器，利用緩存技術(shù)達(dá)到更好的性能。

從技術(shù)原理上，可以對(duì)客戶(hù)端的請(qǐng)求和服務(wù)器的響應(yīng)進(jìn)行任意意義上的修改，極大地提升了應(yīng)用系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)層的靈活性。例如Nginx或者Apache上部署的功能可以前移到負(fù)載均衡設(shè)備上，例如客戶(hù)請(qǐng)求中的Header重寫(xiě)，服務(wù)器響應(yīng)中的關(guān)鍵字過(guò)濾或者內(nèi)容插入等功能。

針對(duì)SYN Flood攻擊，四層模型下攻擊請(qǐng)求會(huì)被轉(zhuǎn)發(fā)到后端服務(wù)器上，而七層模式下則可在負(fù)載均衡器上進(jìn)行攔截，不影響后臺(tái)服務(wù)器正常運(yùn)營(yíng)。針對(duì)SQL注入等情況，也可以通過(guò)在七層代理設(shè)置策略進(jìn)行特定報(bào)文的過(guò)濾，從應(yīng)用層面進(jìn)一步提高系統(tǒng)整體安全。

總之，七層負(fù)載均衡，主要著重于應(yīng)用HTTP協(xié)議，所以其應(yīng)用范圍主要是眾多的網(wǎng)站或者內(nèi)部信息平臺(tái)等基于B/S開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)。四層負(fù)載均衡則對(duì)應(yīng)其他TCP應(yīng)用，例如基于C/S開(kāi)發(fā)的ERP等系統(tǒng)。

雖然四層代理性能比七層高很多，但目前像Nginx這類(lèi)負(fù)載均衡器已經(jīng)可以滿(mǎn)足大多數(shù)場(chǎng)景的需求，應(yīng)用最多的也是像Nginx這類(lèi)七層負(fù)載均衡器。

小結(jié)

看似簡(jiǎn)單的四層代理和七層代理，其實(shí)涉及到很多基礎(chǔ)的知識(shí)點(diǎn)，比如網(wǎng)絡(luò)分層、網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議、負(fù)載均衡器等，更進(jìn)一步像微服務(wù)架構(gòu)，Service Mesh架構(gòu)以及前端系統(tǒng)性能優(yōu)化等方面都涉及該知識(shí)點(diǎn)。

通過(guò)這篇文章，你學(xué)到嗎？更多實(shí)戰(zhàn)知識(shí)點(diǎn)，持續(xù)關(guān)注吧。

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