【linux】Haproxy七层代理

一.负载均衡

1.1.什么是负载均衡

1.2.为什么用负载均衡

• Web服务器的动态水平扩展-->对用户无感知
• 增加业务并发访问及处理能力-->解决单服务器瓶颈问题
• 节约公网IP地址-->降低IT支出成本
• 隐藏内部服务器IP-->提高内部服务器安全性
• 配置简单-->固定格式的配置文件
• 功能丰富-->支持四层和七层，支持动态下线主机
• 性能较强-->并发数万甚至数十万

 1.3.负载均衡类型

1.3.1.四层负载均衡

1. 通过ip+port决定负载均衡的去向。
2. 对流量请求进行NAT处理，转发至后台服务器。
3. 记录tcp、udp流量分别是由哪台服务器处理，后续该请求连接的流量都通过该服务器处理。
4. 支持四层的软件：

• lvs：重量级四层负载均衡器。
• Nginx：轻量级四层负载均衡器，可缓存。（nginx四层是通过upstream模块）
• Haproxy：模拟四层转发。

1.3.2.七层负载均衡

1. 通过虚拟ur|或主机ip进行流量识别，根据应用层信息进行解析，决定是否需要进行负载衡。
2. 代理后台服务器与客户端建立连接，如nginx可代理前后端，与前端客户端tcp连接，与后端服务器建立tcp连接,
3. 支持7层代理的软件：

• Nginx:基于http协议(nginx七层是通过proxy_pass)
• Haproxy:七层代理，会话保持、标记、路径转移等。

1.3.3. 四层和七层的区别

1. 分层位置:四层负载均衡在传输层及以下，七层负载均衡在应用层及以下
2. 性能 :四层负载均衡架构无需解析报文消息内容，在网络吞吐量与处理能力上较高:七层可支持解析应用层报文消息内容，识别URL、Cookie、HTTP header等信息。
3. 原理 :四层负载均衡是基于ip+port;七层是基于虚拟的URL或主机IP等。
4. 功能类比:四层负载均衡类似于路由器;七层类似于代理服务器。
5. 安全性:四层负载均衡无法识别DDoS攻击;七层可防御SYN Cookie/Flood攻击

二.haproxy简介

3.2.软件安装

dnf install haproxy -y

3.4.socat 工具

#修改配置文件
[root@haproxy ~]# vim /etc/haproxy/haproxy.cfg
stats socket /var/lib/haproxy/stats mode 600 level admin#查看帮助
[root@haproxy ~]# socat -h
[root@haproxy ~]# echo "help" | socat stdio /var/lib/haproxy/stats#查看集群权重
[root@haproxy ~]# echo "get weight webcluster/web1" | socat stdio /var/lib/haproxy/stats#设置权重
[root@haproxy ~]# echo "set weight webcluster/web1 1 " | socat stdio /var/lib/haproxy/stats#下线后端服务器
[root@haproxy ~]# echo "disable server webserver_80/webserver1 " | socat stdio
/var/lib/haproxy/stats#上线后端服务器
[root@haproxy ~]# echo "enable server webserver_80/webserver1 " | socat stdio
/var/lib/haproxy/stats

vim /etc/haproxy/haproxy.cfg
...上面内容省略...
listen stats
mode http
bind 0.0.0.0:8888
stats enable
log global
stats uri /haproxy-status
stats auth lee:lee
...下面内容省略...

四.haproxy的算法

• HAProxy通过固定参数 balance 指明对后端服务器的调度算法
• balance参数可以配置在listen或backend选项中。
• HAProxy的调度算法分为静态和动态调度算法
• 有些算法可以根据参数在静态和动态算法中相互转换。

4.1 静态算法

• 不支持运行时利用socat进行权重的动态调整(只支持0和1,不支持其它值)
• 不支持端服务器慢启动
• 其后端主机数量没有限制，相当于LVS中的 wrr

慢启动：慢启动是指在服务器刚刚启动上不会把他所应该承担的访问压力全部给它，而是先给一部分，当没问题后在给一部分

4.1.2 first

• 根据服务器在列表中的位置，自上而下进行调度
• 其只会当第一台服务器的连接数达到上限，新请求才会分配给下一台服务
• 其会忽略服务器的权重设置
• 不支持用socat进行动态修改权重,可以设置0和1,可以设置其它值但无效

4.2 动态算法

• 基于后端服务器状态进行调度适当调整，
• 新请求将优先调度至当前负载较低的服务器
• 权重可以在haproxy运行时动态调整无需重启

4.2.1 roundrobin——常用（默认）

1. 基于权重的轮询动态调度算法，
2. 支持权重的运行时调整，不同于lvs中的rr轮训模式，
3. HAProxy中的roundrobin支持慢启动(新加的服务器会逐渐增加转发数)，
4. 其每个后端backend中最多支持4095个real server，
5. 支持对real server权重动态调整，
6. roundrobin为默认调度算法,此算法使用广泛

4.2.2 leastconn

• leastconn加权的最少连接的动态
• 支持权重的运行时调整和慢启动，即:根据当前连接最少的后端服务器而非权重进行优先调度(新客户端连接)
• 比较适合长连接的场景使用，比如：MySQL等场景。

4.3 其他算法

4.3.1 source

4.3.1.1 map-base 取模法

• map-based：取模法，对source地址进行hash计算，再基于服务器总权重的取模，最终结果决定将此请求转发至对应的后端服务器。
• 此方法是静态的，即不支持在线调整权重，不支持慢启动，可实现对后端服务器均衡调度
• 缺点是当服务器的总权重发生变化时，即有服务器上线或下线，都会因总权重发生变化而导致调度结果整体改变
• hash-type 指定的默值为此算法

注：所谓取模运算，就是计算两个数相除之后的余数，10%7=3, 7%4=3 ，map-based算法：基于权重取模，hash(source_ip)%所有后端服务器相加的总权重

4.3.1.2 一致性hash

• 一致性哈希，当服务器的总权重发生变化时，对调度结果影响是局部的，不会引起大的变动hash（o） mod n
• 该hash算法是动态的，支持使用 socat等工具进行在线权重调整，支持慢启动

hash环：

注：服务器会通过hash生成2^32-1个地址并按照逆时针排列在一个环上，根据客户端IP的不同hash出来的值也不同，客户端IP在对应环上的值，如果有对应的话就直接访问该主机，如果不对应有的话，则取在环上逆时针最近的。

4.3.2 uri

• 基于对用户请求的URI的左半部分或整个uri做hash，再将hash结果对总权重进行取模后根据最终结果将请求转发到后端指定服务器
• 适用于后端是缓存服务器场景
• 默认是静态算法，也可以通过hash-type指定map-based和consistent，来定义使用取模法还是一致性hash

4.3.2.1 uri 取模法

4.3.2.2 uri 一致性hash法

4.3.3 url_param

• url_param对用户请求的url中的 params 部分中的一个参数key对应的value值作hash计算，并由服务器
• 总权重相除以后派发至某挑出的服务器,后端搜索同一个数据会被调度到同一个服务器，多用与电商
• 通常用于追踪用户，以确保来自同一个用户的请求始终发往同一个real server
• 如果无没key，将按roundrobin算法

4.3.3.1 url_param取模法

4.3.3.2 url_param一致性hash法

4.3.4 hdr

• 针对用户每个http头部(header)请求中的指定信息做hash，
• 此处由 name 指定的http首部将会被取出并做hash计算，
• 然后由服务器总权重取模以后派发至某挑出的服务器，如果无有效值，则会使用默认的轮询调度。

4.3.4.1 hdr取模法

4.3.4.2 一致性hash法

五.haporxy实验

拓扑图：

• haporxy两张网卡，一张NAT模式，一张仅主机模式
• RS1、RS2都是仅主机模式 

1. 通过脚本设置IP和主机名

rhel9系列：

#!/bin/bash
ifconfig $1 &> /dev/null || {echo "net device $1 is not exist"exit
}
ping -c1 -w1 $2 &> /dev/null && {echo "$2 is exist"exit
}grep $1 -r /etc/NetworkManager/system-connections/ | awk -F : '{system("rm -rf " $1)}'
cat >/etc/NetworkManager/system-connections/$1.nmconnection <<EOF
[connection]
id=$1
type=ethernet
interface-name=$1[ipv4]
method=manual
address1=$2/24,192.168.253.2
dns=8.8.8.8
EOF
chmod 600 /etc/NetworkManager/system-connections/$1.nmconnection
nmcli connection reload
nmcli connection up $1
hostnamectl hostname $3
grep -e "$2\t$3" /etc/hosts || {echo -e "$2\t$3" >>/etc/hosts
}

rhel7系列：

#!/bin/bash
ifconfig $1 &> /dev/null || {echo "net device $1 is not exist"exit
}
ping -c1 -w1 $2 &> /dev/null && {echo "$2 is exist"exit
}grep $1 -r /etc/sysconfig/network-scripts/ | awk -F : '{system("rm -rf " $1)}'
cat >/etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-$1 <<EOF
DEVICE=$1
NAME=$1
BOOTPROTO=none
IPADDR0=$2
PREFIX0=24
GATEWAY0=192.168.253.2
DNS1=8.8.8.8
ONBOOT=yes
EOFnmcli connection reload
nmcli connection up $1
hostnamectl set-hostname $3
grep -e "$2\t$3" /etc/hosts || {echo -e "$2\t$3" >>/etc/hosts
}

haporxy设置IP：

RS1设置IP：

RS2设置IP：

注意：haporxy有两张网卡，一张是nat模式，一张是仅主机模式，并且需要开启内核路由功能，使得两张网卡可以互通

2.关闭防火墙

haporxy、RS1、RS2都需要关闭

3.haporxy安装、nginx服务安装

4.给RS1、RS2写一个页面

5.配置haporxy

基础配置

简单配置

静态算法

static-rr：

效果：

first：

效果：

动态算法

roundrobin：

效果：

其他算法

source：

source取模法：

效果：

source一致性hash：

效果：

uri：

uri 取模法：

效果：

uri 一致性hash法：

效果：

url_param：

url_param取模法：

效果：

url_param一致性hash法：

效果:

hdr：

hdr取模法：

效果：

hdr一致性hash法：

效果：

六、socat 工具

安装

修改haporxy配置文件对socat的权限

动态的编辑权重

下线服务器