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Nginx四层负载均衡配置以及Stream模块使用

作者：终端行者

文章介绍了如何在Nginx中配置四层负载均衡,包括stream块的使用、upstream和server的定义,以及与七层负载均衡的对比,文章还详细讲解了负载均衡的算法、配置参数、实际应用场景以及一些优化建议,感兴趣的朋友跟随小编一起看看吧

我们使用stream模块配置四层负载均衡（TCP/UDP）。注意：四层负载均衡通常用于数据库、SSH、游戏服务器等基于TCP/UDP的服务，而不像七层负载均衡（HTTP）那样处理应用层协议。

在Nginx中配置四层负载均衡，需要在stream块中定义upstream和server。

什么是四层负载均衡

与七层负载均衡对比

特性四层负载均衡七层负载均衡
OSI层传输层（4层）应用层（7层）
转发依据IP+端口URL、Header、Cookie等
性能更高相对较低
协议支持TCP/UDPHTTP/HTTPS/FTP等
配置模块streamhttp

核心配置文件结构

# 主配置文件 nginx.conf
events {
    worker_connections 1024;
}
# 四层负载均衡配置块
stream {
    # 上游服务器组定义
    upstream backend_servers {
        # 负载均衡算法
        # 服务器配置
    }
    # 服务监听配置
    server {
        # 监听端口
        # 代理设置
    }
}

最小化配置示例

events {
    worker_connections 1024;
}
stream {
    # 定义上游服务器组
    upstream mysql_servers {
        server 192.168.1.101:3306 weight=3;
        server 192.168.1.102:3306 weight=2;
        server 192.168.1.103:3306 weight=1;
    }
    # 监听3307端口，转发到MySQL集群
    server {
        listen 3307;
        proxy_pass mysql_servers;
        proxy_timeout 3s;
        proxy_connect_timeout 2s;
    }
}

详细配置参数

上游服务器配置

upstream backend {
    # 负载均衡算法
    hash $remote_addr consistent;  # 一致性哈希
    # least_conn;                  # 最少连接
    # random;                     # 随机算法
    # round-robin;                # 轮询（默认）
    # 服务器参数
    server backend1.example.com:8080 weight=5;
    server backend2.example.com:8080 weight=3;
    server backup1.example.com:8080 backup;  # 备份服务器
    server backup2.example.com:8080 down;    # 标记为下线
    # 健康检查
    health_check interval=10s passes=2 fails=3;
    # 连接参数
    zone backend_cluster 64k;      # 共享内存区域
    keepalive 32;                  # 保持连接数
    keepalive_timeout 60s;         # 保持连接超时
}

服务器监听配置

server {
    # 基本监听
    listen 1935;                    # TCP端口
    listen 1935 udp;               # UDP端口
    listen 1935 ssl;               # SSL/TLS
    listen [::]:1935 ipv6only=on;  # IPv6
    # 代理设置
    proxy_pass backend;
    proxy_timeout 10s;            # 代理超时
    proxy_connect_timeout 5s;      # 连接超时
    # 缓冲设置
    proxy_buffer_size 16k;         # 缓冲区大小
    proxy_download_rate 1m;        # 下载限速
    proxy_upload_rate 512k;        # 上传限速
    # SSL配置
    ssl_certificate /path/to/cert.pem;
    ssl_certificate_key /path/to/key.pem;
    ssl_protocols TLSv1.2 TLSv1.3;
    ssl_ciphers HIGH:!aNULL:!MD5;
    # 日志
    access_log /var/log/nginx/tcp-access.log;
    error_log /var/log/nginx/tcp-error.log;
}

负载均衡算法详解

轮询算法（默认）

upstream backend {
    # 默认即为轮询
    server 192.168.1.10:8080;
    server 192.168.1.11:8080;
    server 192.168.1.12:8080;
}

加权轮询

upstream backend {
    server 192.168.1.10:8080 weight=5;  # 50%流量
    server 192.168.1.11:8080 weight=3;  # 30%流量
    server 192.168.1.12:8080 weight=2;  # 20%流量
}

最少连接

upstream backend {
    least_conn;
    server 192.168.1.10:8080;
    server 192.168.1.11:8080;
    server 192.168.1.12:8080;
}

一致性哈希

upstream backend {
    hash $remote_addr consistent;  # 基于客户端IP
    # hash $binary_remote_addr;    # 二进制格式IP
    server 192.168.1.10:8080;
    server 192.168.1.11:8080;
    server 192.168.1.12:8080;
}

随机算法

upstream backend {
    random;
    server 192.168.1.10:8080;
    server 192.168.1.11:8080;
    server 192.168.1.12:8080;
}

实际应用场景

MySQL负载均衡

stream {
    upstream mysql_master_slave {
        # 主库写操作
        server 192.168.1.100:3306 weight=5;
        # 从库读操作
        server 192.168.1.101:3306 weight=3;
        server 192.168.1.102:3306 weight=2;
        # 备份服务器
        server 192.168.1.103:3306 backup;
    }
    # 读写分离代理
    server {
        listen 3306;
        proxy_pass mysql_master_slave;
        proxy_timeout 5s;
        proxy_connect_timeout 2s;
        # 日志记录
        access_log /var/log/nginx/mysql-access.log stream;
        # 连接限制
        proxy_download_rate 2m;
        proxy_upload_rate 1m;
    }
}

Redis集群代理

stream {
    upstream redis_cluster {
        hash $remote_addr consistent;
        server 192.168.1.10:6379;
        server 192.168.1.11:6379;
        server 192.168.1.12:6379;
        # 健康检查
        health_check interval=5s;
    }
    server {
        listen 6379;
        proxy_pass redis_cluster;
        proxy_timeout 2s;
        proxy_buffer_size 4k;
    }
}

SSH跳板机

stream {
    upstream ssh_servers {
        least_conn;
        server 192.168.1.10:22;
        server 192.168.1.11:22;
        server 192.168.1.12:22;
    }
    server {
        listen 2222;
        proxy_pass ssh_servers;
        proxy_timeout 1h;
        proxy_connect_timeout 10s;
        # 访问控制
        allow 10.0.0.0/8;
        deny all;
        # 连接数限制
        proxy_download_rate 512k;
        proxy_upload_rate 256k;
    }
}

DNS负载均衡

stream {
    upstream dns_servers {
        # DNS over UDP
        server 192.168.1.10:53;
        server 192.168.1.11:53;
    }
    server {
        listen 53 udp reuseport;  # UDP负载均衡
        proxy_pass dns_servers;
        proxy_timeout 3s;
        # 缓冲区设置
        proxy_buffer_size 4k;
    }
}

SSL/TLS终止

stream {
    upstream backend_servers {
        server 192.168.1.10:443;
        server 192.168.1.11:443;
    }
    server {
        listen 443 ssl;
        proxy_pass backend_servers;
        # SSL配置
        ssl_certificate /etc/nginx/ssl/server.crt;
        ssl_certificate_key /etc/nginx/ssl/server.key;
        ssl_protocols TLSv1.2 TLSv1.3;
        ssl_ciphers ECDHE-RSA-AES256-GCM-SHA384:ECDHE-RSA-AES128-GCM-SHA256;
        ssl_session_cache shared:SSL:10m;
        ssl_session_timeout 10m;
        # SSL会话恢复
        ssl_session_tickets on;
    }
}

TCP优化参数

server {
    listen 8080;
    proxy_pass backend;
    # TCP优化
    tcp_nodelay on;           # 禁用Nagle算法
    tcp_nopush on;            # 优化发送数据包
    so_keepalive on;          # 启用TCP keepalive
    proxy_socket_keepalive on; # 代理连接保持活跃
    # 超时设置
    proxy_connect_timeout 5s;
    proxy_timeout 300s;
    proxy_read_timeout 60s;
    proxy_send_timeout 60s;
    # 缓冲区优化
    proxy_buffer_size 16k;
    proxy_buffers 8 16k;
    proxy_busy_buffers_size 32k;
}

连接数限制

stream {
    # 定义限制区域
    limit_conn_zone $binary_remote_addr zone=per_ip:10m;
    limit_conn_zone $server_name zone=per_server:10m;
    upstream backend {
        server 192.168.1.10:8080;
    }
    server {
        listen 8080;
        proxy_pass backend;
        # 连接限制
        limit_conn per_ip 10;      # 每个IP最多10个连接
        limit_conn per_server 100; # 本服务最多100个连接
        # 连接速率限制
        limit_rate_after 1m;        # 1MB后开始限速
        limit_rate 100k;            # 限速100KB/s
    }
}

日志配置

stream {
    # 自定义日志格式
    log_format tcp_log '$remote_addr [$time_local] '
                      '$protocol $status $bytes_sent $bytes_received '
                      '$session_time "$upstream_addr"';
    upstream backend {
        server 192.168.1.10:8080;
    }
    server {
        listen 8080;
        proxy_pass backend;
        # 访问日志
        access_log /var/log/nginx/tcp-access.log tcp_log;
        error_log /var/log/nginx/tcp-error.log warn;
        # 日志级别
        error_log /var/log/nginx/debug.log debug;
    }
}

DDoS防护

stream {
    # 限制连接速率
    limit_conn_zone $binary_remote_addr zone=conn_limit_per_ip:10m;
    limit_req_zone $binary_remote_addr zone=req_limit_per_ip:10m rate=10r/s;
    server {
        listen 80;
        # 连接数限制
        limit_conn conn_limit_per_ip 20;
        limit_req zone=req_limit_per_ip burst=30 nodelay;
        # 超时设置防止慢连接攻击
        proxy_connect_timeout 5s;
        proxy_timeout 30s;
    }
}

到此这篇关于Nginx四层负载均衡配置以及Stream模块使用的文章就介绍到这了,更多相关Nginx Stream模块内容请搜索脚本之家以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持脚本之家！

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