这一小节中，我们将实战 Nginx 的四层和七层负载均衡功能。条件有限，使用一台公网主机，在上面搭建好 Nginx 服务。公网 IP 为 180.76.152.113。

首先会进行简单的四层负载均衡实验，不会涉及多种负载均衡算法，只使用默认的 Round-Robin算法。在后续的七层负载均衡实验中，会重点测试不同的负载均衡策略，完成相关实验。

Nginx的四层负载均衡实验

首先在 nginx.conf 中添加如下 stream 指令块配置:

  1. stream {
  2.     server {
  3.         listen 3000;
  4.         return '3000 server get ip: $remote_addr!\n';
  5.     }
  7.     server {
  8.         listen 3001;
  9.         return '3001 server get ip: $remote_addr!\n';
  10.     }
  12.     upstream servers { 
  13.         server 127.0.0.1:3000 weight=2; 
  14.         server 127.0.0.1:3001; 
  15.     }
  17.     server {
  18.         listen 30;
  19.         proxy_connect_timeout 3s;
  20.         proxy_timeout 3s;
  21.         proxy_pass servers;
  22.     }
  24. }

上述配置用端口3000和3001模拟两个上游服务器，然后在 upstream 指令块中指定这两个上游服务器的地址，同时给第一个设置权重为2。由于默认采用的是加权的 Round-Robin 算法，默认服务器的权重为1。设置为2，表明3次请求中，2次会转发到3000端口，一次会转发到3001端口，下面的测试也验证了这一点。

  1. # 第一次请求，转发到3000
  2. [shen@shen ~]$ telnet 180.76.152.113 30
  3. Trying 180.76.152.113...
  4. Connected to 180.76.152.113.
  5. Escape character is '^]'.
  6. 3000 server get ip: 127.0.0.1!
  7. Connection closed by foreign host.
  9. [shen@shen ~]$ telnet 180.76.152.113 30
  10. Trying 180.76.152.113...
  11. Connected to 180.76.152.113.
  12. Escape character is '^]'.
  13. 3001 server get ip: 127.0.0.1!
  14. Connection closed by foreign host.
  16. [shen@shen ~]$ telnet 180.76.152.113 30
  17. Trying 180.76.152.113...
  18. Connected to 180.76.152.113.
  19. Escape character is '^]'.
  20. 3000 server get ip: 127.0.0.1!
  21. Connection closed by foreign host.
  23. [shen@shen ~]$ telnet 180.76.152.113 30
  24. Trying 180.76.152.113...
  25. Connected to 180.76.152.113.
  26. Escape character is '^]'.
  27. 3000 server get ip: 127.0.0.1!
  28. Connection closed by foreign host.

Nginx的七层负载均衡实验

和四层的配置其实差不多，在七层中除了测试最基本的，我们还将测试前面提到的几种负载均衡策略，进一步熟悉 Nginx 中的负载均衡配置。

简单的七层负载均衡

在 nginx.conf 中添加如下的 http 指令块:

  1. http {
  2.     include       mime.types;
  3.     default_type  application/octet-stream;
  5.     log_format  main  '$remote_addr - $remote_user [$time_local] "$request" '
  6.                       '$status $body_bytes_sent "$http_referer" '
  7.                       '"$http_user_agent" "$http_x_forwarded_for"';
  9.     access_log  logs/access.log  main;
  11.     sendfile        on;
  13.     keepalive_timeout  65;
  15.     gzip  on;
  17.     server {
  18.         listen 8000;
  19.         return 200 '8000, server\n';
  20.     }
  22.     server {
  23.         listen 8001;
  24.         return 200 '8001, server\n';
  25.     }
  27.     server {
  28.         listen 8002;
  29.         return 200 '8002, server\n';
  30.     }  
  32.     upstream backends {
  33.         # ip_hash
  34.         # hash user_$arg_username;
  35.         server 127.0.0.1:8000;
  36.         server 127.0.0.1:8001;
  37.         server 127.0.0.1:8002;
  38.     }  
  40.     server {
  41.        listen  80;
  43.        location / {
  44.           proxy_pass http://backends;
  45.           proxy_http_version 1.1;
  46.           proxy_set_header Connection "";
  47.        }
  48.     }
  50. }

上述配置中，我们用8000，8001和8002三个端口模拟了3个上游服务器，默认使用轮询负载均衡算法，而且三个的权重均为1。进行如下的 http 请求操作，可以看到 Nginx 转发 http 请求会均匀地分配到3个服务器上。

  1. [shen@shen ~]$ curl http://180.76.152.113
  2. 8000, server
  3. [shen@shen ~]$ curl http://180.76.152.113
  4. 8001, server
  5. [shen@shen ~]$ curl http://180.76.152.113
  6. 8002, server
  7. [shen@shen ~]$ curl http://180.76.152.113
  8. 8000, server

负载均衡的hash算法

我们打开 ip_hash 指令的注释，这个时候默认是使用客户端的 ip 地址作为 hash 的 key，然后重启 Nginx 服务并进行如下的命令行操作：

  1. # 使用本机的ip地址，无论请求多少出，通过hash转发到的上游服务器地址都是一致的
  2. [shen@shen ~]$ curl http://180.76.152.113
  3. 8002, server
  4. [shen@shen ~]$ curl http://180.76.152.113
  5. 8002, server
  6. [shen@shen ~]$ curl http://180.76.152.113
  7. 8002, server
  9. # 只有换了ip之后，请求转发的上游地址才可能有变化
  10. [shen@shen ~]$ curl -H 'X-Forwarded-For: 111.10.1.3' http://180.76.152.113
  11. 8000, server
  12. [shen@shen ~]$ curl -H 'X-Forwarded-For: 111.10.2.3' http://180.76.152.113
  13. 8001, server

使用其他key做hash

接下来，注释 iphash 指令，我们打开 hash user$arg_username 这行配置的注释， hash 指令可以让我们根据我们设置的 key 进行 hash，然后根据 hash 值选择上游的服务器。具体测试参看下面的 Linux 命令：

  1. [shen@shen ~]$ curl http://180.76.152.113?username=shen
  2. 8001, server
  3. [shen@shen ~]$ curl http://180.76.152.113?username=test
  4. 8000, server
  5. [shen@shen ~]$ curl http://180.76.152.113?username=test
  6. 8000, server
  7. [shen@shen ~]$ curl http://180.76.152.113?username=test
  8. 8000, server

这里我们可以看到，在请求中带上 username 参数，Nginx 中配置的 hash 算法会根据请求中带的 username 参数作为 key 去进行 hash，然后在根据 hash 结果映射上游服务器。username 相同时，选择的上游服务器肯定是一样的，只有在 username 的值发生变化时，返回的响应才可能有变化。

小结

今天我们完成了几个测试实验，主要是针对 Nginx 的四层和七层的负载均衡功能进行了测试。这个功能在微服务部署中会有较多的应用。因为高流量企业为保证服务的高可用性，往往会水平扩展多个相同功能的服务，部署在多台主机上，这个时候负载均衡技术就能派上用场了，而 Nginx 提供了完善的负载均衡功能以及多种负载均衡算法，能满足大部分企业的需求，如果还不够，可以通过编写内部开发模块并集成到 Nginx，实现相应的需求。所以说 Nginx 是非常值得学习和深入研究的。