nginx的四层负载均衡实战

目录

1 环境准备

1.1 mysql 部署

1.2 nginx 部署

1.3 关闭防火墙和selinux

2 nginx配置

2.1 修改nginx主配置文件

2.2 创建stream配置文件

2.3 重启nginx

3 测试四层代理是否轮循成功

3.1 远程链接通过代理服务器访问

3.2 动图演示

4 四层反向代理算法介绍

4.1 轮询（Round Robin）

4.2 最少连接（Least Connections）

4.3 加权轮询（Weighted Round Robin）

4.4 IP Hash

利用Nginx进行四层负载均衡：MySQL数据库的高效管理

在高流量的应用场景中，单个数据库服务器往往无法承受巨大的并发请求压力。为了提高性能和可靠性，企业级应用通常采用负载均衡技术来分散请求，确保数据服务的稳定性和快速响应。Nginx，作为一款高性能的HTTP和反向代理服务器，自1.9.0版本起，也提供了TCP/UDP四层负载均衡功能，能够有效地为后端服务如数据库提供负载均衡。

四层负载均衡简介

四层负载均衡（也称为L4负载均衡）是指在网络模型的第四层（传输层）上进行负载均衡。它主要基于IP地址和端口号来分发流量，适用于TCP和UDP协议。四层负载均衡对于数据库服务器尤其有用，因为它能够直接处理和转发数据流，而无需关心应用层的协议细节。

配置Nginx进行四层负载均衡

1 环境准备

客户端 :192.168.239.133 

代理服务器:192.168.239.138 

两台mysql服务器 : 192.168.239.131  192.168.239.174

1.1 mysql 部署

客户端和两台mysql服务器均需要部署，以下演示一台

mysql官网 : https://www.mysql.com

复制下载链接

# 下载yum仓库
[root@client ~]# wget https://dev.mysql.com/get/mysql84-community-release-el9-1.noarch.rpm
# 使用yum安装mysql需要的包
[root@client ~]# yum install mysql-community-client mysql-community-server mysql-community-client-plugins mysql-community-common mysql-community-libs mysql-community-icu-data-files

# 启动mysql
[root@client ~]# systemctl start mysqld
# 查看端口是否监听
[root@client ~]# netstat -tunlpt | grep mysql
tcp6       0      0 :::33060                :::*                    LISTEN      34029/mysqld        
tcp6       0      0 :::3306                 :::*                    LISTEN      34029/mysqld 

# mysql会生成初始密码在/var/log/mysqld.log 里
[root@client ~]# grep password /var/log/mysqld.log 
2024-07-13T02:33:42.553668Z 6 [Note] [MY-010454] [Server] A temporary password is generated for root@localhost: i)-#G;kk?7r&

# 输入密码登录
[root@client ~]# mysql -uroot -p
Enter password:

登录后mysql操作

# 修改mysql的root密码
mysql> ALTER USER 'root'@'localhost' IDENTIFIED BY 'Openlab123!';
Query OK, 0 rows affected (0.00 sec)

mysql> use mysql;
Reading table information for completion of table and column names
You can turn off this feature to get a quicker startup with -A

Database changed

# 将只允许本地登录改为通配符也就是允许所有人登录
mysql> UPDATE user SET host='%' WHERE user='root';
Query OK, 1 row affected (0.01 sec)
Rows matched: 1  Changed: 1  Warnings: 0

# 刷新权限
mysql> flush privileges;
Query OK, 0 rows affected (0.01 sec)

mysql> exit

1.2 nginx 部署

在此实验中只需要部署与配置代理服务器的的nginx

为节省时间 此处就不使用源码安装了，直接使用yum安装

[root@forward ~]# yum install nginx

注意这个stream模块是实现四层负载均衡的模块

 在官方文档上也可以找到使用的其使用说明

Module ngx_stream_upstream_module (nginx.org)

1.3 关闭防火墙和selinux

所有机子均关闭

[root@forward ~]# systemctl stop firewalld.service

[root@forward ~]# setenforce 0

2 nginx配置

[root@forward ~]# mkdir /etc/nginx/tcp

2.1 修改nginx主配置文件

[root@forward ~]# vim /etc/nginx/nginx.conf

添加以下行将tcp以下.conf结尾的文件读取，在tcp文件夹里面写stream块的配置

2.2 创建stream配置文件

[root@forward ~]# vim /etc/nginx/tcp/test.conf

stream {

    upstream mysql {
      # 默认为轮循算法,假如不加weight的情况下,加上weight就变成加权轮循了
        server 192.168.239.131:3306 weight=5;
        server 192.168.239.174:3306 weight=10;
    }

    server {
        listen 3306;
        proxy_pass mysql;
    }

}

2.3 重启nginx

# 语法检查
[root@forward ~]# nginx -t
nginx: the configuration file /etc/nginx/nginx.conf syntax is ok
nginx: configuration file /etc/nginx/nginx.conf test is successful

# 重启nginx
[root@forward ~]# systemctl restart nginx

# 检查端口是否监听
[root@forward ~]# netstat -tunlpt | grep nginx
tcp        0      0 0.0.0.0:80              0.0.0.0:*               LISTEN      2818/nginx: master  
tcp        0      0 0.0.0.0:3306            0.0.0.0:*               LISTEN      2818/nginx: master  
tcp6       0      0 :::80                   :::*                    LISTEN      2818/nginx: master

3 测试四层代理是否轮循成功

3.1 远程链接通过代理服务器访问

[root@client ~]# mysql -uroot -pOpenlab123! -h192.168.239.138 -e 'select @@HOSTNAME'

3.2 动图演示

4 四层反向代理算法介绍

在四层（TCP/UDP）负载均衡中，Nginx 的 stream 模块可以用来配置不同的负载均衡算法。下面我将给出使用不同算法配置的示例，这些配置适用于 TCP 层面的负载均衡，比如数据库服务器、邮件服务器等。

4.1 轮询（Round Robin）

这是最基本的算法，请求会被轮流分发到各个服务器。

stream {
    upstream mysql {
        server 192.168.239.131:3306;
        server 192.168.239.174:3306;
    }

    server {
        listen 3306;
        proxy_pass mysql;
    }
}

4.2 最少连接（Least Connections）

此算法会将新的连接发送到当前连接数最少的服务器。

stream {
    upstream mysql {
        least_conn;
        server 192.168.239.131:3306;
        server 192.168.239.174:3306;
    }

    server {
        listen 3306;
        proxy_pass mysql;
    }
}

4.3 加权轮询（Weighted Round Robin）

允许你根据服务器的性能分配不同的权重，权重高的服务器将接收更多连接。

stream {
    upstream mysql {
        server 192.168.239.131:3306 weight=5;
        server 192.168.239.174:3306 weight=10;
    }

    server {
        listen 3306;
        proxy_pass mysql;
    }
}

4.4 IP Hash

该算法确保来自同一 IP 地址的连接总是被发送到同一台服务器，这对于需要会话持久性的服务很有用。

stream {
    upstream mysql {
        ip_hash;
        server 192.168.239.131:3306;
        server 192.168.239.174:3306;
    }

    server {
        listen 3306;
        proxy_pass mysql;
    }
}

注意事项

  • 在 stream 模块中，proxy_pass 语法略有不同，它后面直接跟的是上游服务器组的名字，而不是完整的 URL。
  • 确保在你的 Nginx 版本中 stream 模块是可用的，并且正确地配置了所有服务器和端口。
  • 测试和监控负载均衡器的性能和行为至关重要，以确保配置符合预期。

以上配置示例展示了如何使用 Nginx 的 stream 模块进行四层负载均衡的不同算法配置。选择合适的算法需要考虑到服务的性质、服务器的性能差异以及会话管理的需求。

nginx-mod-stream

nginx-mod-stream 是 Nginx 的一个模块，专门用于处理 TCP 和 UDP 流，即第4层（传输层）的负载均衡。这个模块允许 Nginx 作为高性能的 TCP/UDP 代理和负载均衡器，可以用来为各种服务进行负载均衡，包括但不限于数据库服务（如 MySQL、PostgreSQL）、邮件服务（SMTP、IMAP、POP3）、DNS 服务、VoIP 服务等。

主要特点

  • TCP/UDP 代理：nginx-mod-stream 可以代理 TCP 和 UDP 请求，这使得 Nginx 成为一个通用的网络负载均衡器。
  • 负载均衡：支持多种负载均衡算法，如轮询、最少连接、IP 哈希等。
  • 健康检查：可以配置健康检查机制，确保只有健康的服务器接收请求。
  • 灵活的配置：类似于 HTTP 模块，stream 模块也支持丰富的配置选项，可以精细控制代理行为。
  • 高可用性和性能：得益于 Nginx 的高性能架构，nginx-mod-stream 可以处理大量的并发连接，非常适合高负载环境。

配置示例

以下是一个使用 nginx-mod-stream 进行 TCP 负载均衡的简单配置示例：

stream {
    upstream mysql {
        server 192.168.239.131:3306;
        server 192.168.239.174:3306;
    }

    server {
        listen 3306;
        proxy_pass mysql;
    }
}

在这个示例中，Nginx 监听 3306 端口，并将接收到的连接代理到 backend 上游组中的服务器。上游组中定义了两台服务器，它们将根据轮询算法接收连接。

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