Nginx学习（三）应用

负载均衡

负载均衡是由多台服务器以对称的方式组成一个服务器集合，每台服务器都具有等价的地位，都可以单独对外提供服务而无需其他服务器的辅助。通过某种负载分担技术，将外部发送来的请求均匀分配到对称结构中的某一台服务器上，而接受到请求的服务器独立地回应客户的请求。均衡负载能够平均分配客户请求到服务器阵列，藉此快速获取重要数据，解决大量并发访问服务问题。这种集群技术可以用最少的投资获得接近于大型主机的性能。

反向代理

反向代理（ReverseProxy）是指以代理服务器来接受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构返回给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。

常见的Web负载均衡方法

1.用户手动选择方式

这是一种较为古老的方式，通过在主站首页入口提供不同线路、不同服务器链接的方式，来实现负载均衡。这种方式在一些提供下载业务的网站中比较常见，例如：华军软件园。

2.DNS轮询方式

大多域名注册商都支持对同一主机名添加多条A记录，这就是DNS轮询，DNS服务器将解析请求按照A记录的顺序，随机分配到不同的IP上，这样就完成了简单的负载均衡。

DNS轮询的成本非常低，在一些不重要的服务商，被经常使用。

虽然DNS轮询成本低廉，但是，DNS负载均衡存在两个明显的缺点

1）可靠性低。

2）负载分配不均衡。

3.四/七层负载均衡设备

由于DNS轮询的缺点，一些对可靠性要求较高的服务器集群，则通过采用四/七层负载均衡设备来实现服务器的负载均衡。

现代负载均衡技术通常操作与OSI网络模型的第四层或第七层。第四层负载均衡将一个Internet上合法注册的IP地址映射为多个内部服务器的IP地址，对每个TCP连接请求动态使用其中一个内部IP地址，达到负载均衡的目的。在第四层交换机中，此种均衡技术得到广泛的应用，一个目标地址是服务器群VIP（虚拟IP，VirtualIPaddress）连接请求的数据包流经交换机。交换机根据源端和目的IP地址、TCP或UDP端口号和一定的负载均衡策略，在服务器IP和VIP间进行映射，选取服务器群中最好的服务器来处理连接请求。

第七层负载均衡控制应用层服务的内容，提供了一种对访问流量的高层控制方式，适合对HTTP服务器群的应用。第七层负载均衡技术通过检查流经的HTTP报头，根据报头内的信息来执行负载均衡任务。

常见的四/七层负载均衡均衡设备

1）硬件四/七层负载均衡交换机：F5BIG-IP、CitrixNetScaler、Radware、CiscoCSS、Foundry等产品，这些产品价格不菲，高达几十万元人民币。

2）软件四层负载均衡

软件四层负载均衡的代表作品为LVS（LinuxVirtualServer）。

3）软件七层负载均衡

软件的七层负载均衡大多基于HTTP反向代理方式，代表产品有Nginx、L7SW（Layer7switching）、HAProxy等。

4）多线多地区智能DNS解析与混合负载均衡方式

以新浪首页（www.sina.com.cn）为例，负载均衡同时用到了“多线多地区智能DNS解析、DNS轮询、四/七层负载均衡交换机”等技术。智能DNS解析能够根据用户本地设置的DSN服务器线路和地区，将对同一个域名请求解析到不同的IP上。

OSI七层协议

1）物理层

物理层包括物理联网媒介，实际上就布线、光纤、网卡和其他用来把两台网络通讯设备连接在一起的设施。它规定了激活、维持、关闭通讯端点之间的机械特征、电气特征、功能特性及过程特性。虽然物理层不提供纠错服务，但它能够设定数据传输速率并检测数据出错率。

2）数据链路层

数据链路层的主要作用是控制网络层与物理层之间的通讯。它保证了数据在不可靠物理线路上进行可靠的传递。它把从网络层接收到的数据分割成特定的可被物理层传输的帧，保证了传输的可靠性。它的主要作用包括：物理地址寻址、数据的成帧、流量控制、数据的检错、重发等。它是独立于网络层和物理层的，工作时无需关心计算机是否正在运行软件还是其他操作。

数据链路层协议的主要内容包括：SDLC、HDLC、PPP、STP、帧中继等。

3）网络层

很多用户经常混淆第二层和第三层的界限，简单来说，如果你在讨论一个与IP地址、路由协议或地址解析协议（ARP）相关的问题，那么这就是第三层的问题。

网络层负责对子网间的数据包进行路由选择，它通过综合考虑发送优先权、网络拥塞程度、服务质量及可选路由的花费来决定一个网络中两个节点的最佳路径。另外，它还可以实现拥塞控制、网际互联等功能。

网络层协议的主要内容包括：IP、IPX、RIP、OSPF等

4）传输层

传输层是OSI模型中最重要的一层，它是两台计算机经过网络进行数据通讯时，第一个端到端的层次，起到缓冲作用。当网络层的服务质量不能满足要求时，它将提高服务，以满足高层的要求；而当网络层服务质量较好时，它只须进行很少的工作。另外，它还要处理端到端的差错控制和流量控制等问题，最终为会话提供可靠的、无误的数据传输。

传输层协议的主要内容包括：TCP、UDP、SPX等。

在IP协议栈中第四层是TCP（传输控制协议）和UPD（用户数据报协议）所在的协议层。TCP和UDP包含端口号。它可以唯一区分每个数据包包含哪些应用协议（例如HTTP、FTP、telnet等）。TCP/UDP端口号提供的附加信息可以为网络交换机所利用，四层交换机利用这种信息来区分包中的数据，这是第四层交换的基础。

5）会话层

会话层负责在网络中的两节点之间建立和维持通讯，并保持会话同步，他还决定通讯是否中断，以及通讯中断时决定从何处重行发送。

6）表示层

表示层的作用是管理数据的解密与加密，如常见的系统口令处理，当你的账号数据在发送前被加密，在网络的另一端，表示层将对接收到的数据解密。另外，表示层还要对图片和文件格式信息进行解码和编码。

7）应用层

简单来说，应用层就是为操作系统或网络应用程序提供访问网络服务的接口，包括文件传输、文件管理及电子邮件等的信息处理。

应用层协议的代表包括：Telnet、FTP、HTTP、SNMP等。

Nginx负载均衡服务器的双机高可用

双机高可用一般是通过虚拟IP（也成偏移IP）方式来实现的，基于Linux/Unix的IP别名技术。双机高可用方式目前可分为两种：第一种方式为一台主服务器加一台热备服务器，正常情况下主服务器绑定一个公网虚拟IP，提供负载均衡服务，热备服务器处于空闲状态，当主服务器发生故障时，热备服务器接管主服务器的虚拟IP，提供负载均衡服务；第二种方式为两台负载均衡服务器都处于活动能够状态，各自绑定一个公网虚拟IP，提供负载均衡服务，当其中一台服务器发生故障时，另一台服务器接管发生故障服务器的虚拟IP。第一种方式较为常见，但始终有一台服务器出于空闲状态，浪费了一台服务器的负载均衡处理能力。第二种方式需要多用一个公网IP。

Nginx模块

Ngnix所有的模块都要预先编译进Nginx的二进制可执行文件中。

Nginx模块有三种角色

1）Handlers（处理模块）---用于处理HTTP请求并输出内容

2）Filters（过滤模块）---用于过滤Handler输出的内容

3）Load-balancers（负载均衡模块）---当有多于一台的后端服务器供选择时，选择一台后端服务器并将HTTP请求转发到该服务器上。

Nginx模块的处理流程

客户端发送HTTP请求到Nginx服务器->Nginx基于配置文件中的文字选择一个合适的处理模块->负载均衡模块选择一台后端服务器（反向代理情况下）->处理模块进行处理并把输出缓冲放到第一个过滤模块上->第一个过滤模块处理后输出到第二个过滤模块->然后第二个过滤模块又到第三个过滤模块->第N个过滤模块->最后把处理结果发送给客户端。

Web缓存

Web缓存位于内容源Web服务器和客户端之间，当用户访问一个URL时，Web缓存服务器会去后端Web源服务器取回要输出的内容，然后，当下一个请求到来时，如果访问的是相同的URL，Web缓存服务器直接输出内容到客户端，而不是源服务器再次发送请求。Web缓存降低了内容源Web服务器、数据库的负载，减少了网络延迟，提高了用户访问的响应速度，增强了用户体验。

Web缓存服务器中，最最著名的要数SquidCache（简称为Squid），已经在大多数网站中使用。Squid是一个流行的自由软件（GNU通用公共许可证）的代理服务器和Web缓存服务器。Squid有广泛的用途，从作为网页服务器的前置cache服务器缓存相关请求来提高Web服务器的速度，到为一组人共享网络资源而缓存万维网、域名系统和其他网络搜索，到通过过滤流量帮助网络安全，到局域网通过代理上网。Squid主要设计用于在Unix一类系统运行。