NGINX TCP 和 UDP 负载均衡

2024 年 8 月 29 日 | 5 分钟阅读

Nginx Plus 可以代理和负载均衡 TCP (传输控制协议) 流量。 TCP 是许多流行的应用程序和服务的协议，例如 MySQL、LDAP 和 RTMP。

同样，Nginx Plus 可以代理和负载均衡 UDP 流量。用户数据报协议 (UDP) 是许多流行的非事务性应用程序的协议，例如 DNS、Syslog 和 RADIUS。

配置反向代理

首先，我们需要配置反向代理，以便 Nginx 开源版或 Nginx Plus 可以将来自客户端的 TCP 连接或 UDP 数据报转发到上游组或代理服务器。

使用 Nginx 配置文件并执行以下步骤

1. 创建一个顶级 stream { } 块。

stream {
    # ...
}

2. 在顶级 stream { } 上下文中，为每个虚拟服务器定义一个或多个 server { } 配置块。

3. 在 server { } 配置块中，为每个服务器包含 listen 指令，以定义服务器侦听的 IP 地址和/或端口。

对于 UDP 流量，还添加 UDP 参数。由于 TCP 是流上下文的默认协议，因此 listen 指令没有 TCP 参数

stream {

    server {
        listen 12345;
        # ...
    }

    server {
        listen 53 udp;
        # ...
    }
    # ...
}

4. 添加 proxy_pass 指令以定义服务器将流量转发到的代理服务器或上游组

stream {

    server {
        listen     12345;
        # traffic of TCP will be forwarded to the "stream_backend" upstream group
        proxy_pass stream_backend;
    }

    server {
        listen     12346;
        #traffic of TCP will be forwarded to the specified server
        proxy_pass backend.example.com:12346;
    }

    server {
        listen     53 udp;
        #traffic of UDP will be forwarded to the "dns_servers" upstream group
        proxy_pass dns_servers;
    }
    # ...
}

5. 如果代理服务器有多个不同的网络接口，您可以选择配置 Nginx 在连接到上游服务器时使用特定的源 IP 地址。

添加 proxy_bind 指令以及相应网络接口的 IP 地址。

stream {
    # ...
    server {
        listen     127.0.0.1:12345;
        proxy_pass backend.example.com:12345;
        proxy_bind 127.0.0.1:12345;
    }
}

6. （可选）我们可以调整两个内存缓冲的大小，nginx 可以在其中放置来自客户端和上游连接的数据。如果数据量很小，可以减少缓冲区，这可以节省内存资源。

如果数据量很大，可以增加缓冲区的大小，以减少套接字读写操作的次数。一旦在一个连接上收到数据，Nginx 就会读取它并通过另一个连接转发它。要控制缓冲区，请使用 proxy_buffer_size 指令

stream {
    # ...
    server {
        listen            127.0.0.1:12345;
        proxy_pass        backend.example.com:12345;
        proxy_buffer_size 16k;
    }
}

配置 TCP 或 UDP 负载均衡

要配置 TCP 或 UDP 负载均衡

1. 首先，创建一个服务器组或一个上游组，其流量将被负载均衡。在顶级 stream { } 上下文中定义一个或多个 upstream { } 配置块，并为上游组设置名称，例如，TCP 服务器使用 stream_backend，UDP 服务器使用 dns_servers

stream {

    upstream stream_backend {
        # ...
    }

    upstream dns_servers {
        # ...
    }

    # ...
}

2. 使用上游服务器填充上游组。在 upstream 块中，为每个上游服务器包含一个 server 指令，指定其主机名或 IP 地址以及必需的端口号。

stream {

    upstream stream_backend {
        server backend1.example.com:12345;
        server backend2.example.com:12345;
        server backend3.example.com:12346;
        # ...
    }

    upstream dns_servers {
        server 192.168.136.130:53;
        server 192.168.136.131:53;
        # ...
    }

    # ...
}

3. 配置上游组使用的负载均衡方法。我们可以使用以下方法之一

轮询: Nginx 默认使用轮询算法来负载均衡流量，按顺序将其定向到配置的上游组中的服务器。因为轮询是默认方法，所以没有相应的指令。

只需在顶级 stream { } 上下文中创建一个 upstream {} 配置块，并包含 server 指令即可。

最少连接: Nginx 选择当前活动连接数最少的服务器。

最少时间: 此方法仅适用于 Nginx Plus。 Nginx 选择平均延迟最低且活动连接数最少的服务器。参数为

connect - 连接到上游服务器的时间
first_byte - 接收数据第一个字节的时间
last_byte - 接收来自服务器的完整响应的时间。

upstream stream_backend {
    least_time first_byte;
    server backend1.example.com:12345;
    server backend2.example.com:12345;
    server backend3.example.com:12346;
}

哈希: 基于用户定义的键，Nginx 选择服务器，例如，源 IP 地址 ($remote_addr)。

upstream stream_backend {
    hash $remote_addr;
    server backend1.example.com:12345;
    server backend2.example.com:12345;
    server backend3.example.com:12346;
}

随机: 在这种情况下，每个连接都传递给随机选择的服务器。如果指定了参数 two，则首先 Nginx 随机选择两个服务器，同时考虑服务器权重，然后使用指定的服务器选择其中一个服务器。

Least_conn- 活动连接数最少。
least_time= header - 从服务器接收响应标头的最短平均时间。
Least_time=last_byte - 从服务器接收完整响应的最短平均时间。

upstream stream_backend {
    random two least_time=last_byte;
    server backend1.example.com:12345;
    server backend2.example.com:12345;
    server backend3.example.com:12346;
    server backend4.example.com:12346;
}

4. （可选）为每个上游服务器定义特定于服务器的参数，包括最大连接数服务器权重等等

upstream stream_backend {
    hash   $remote_addr consistent;
    server backend1.example.com:12345 weight=5;
    server backend2.example.com:12345;
    server backend3.example.com:12346 max_conns=3;
}
upstream dns_servers {
    least_conn;
    server 192.168.136.130:53;
    server 192.168.136.131:53;
    # ...
}

TCP 和 UDP 负载均衡配置示例

让我们看一个 TCP 和 UDP 负载均衡配置的示例

stream {
    upstream stream_backend {
        least_conn;
        server backend1.example.com:12345 weight=5;
        server backend2.example.com:12345 max_fails=2 fail_timeout=30s;
        server backend3.example.com:12345 max_conns=3;
    }
    
    upstream dns_servers {
        least_conn;
        server 192.168.136.130:53;
        server 192.168.136.131:53;
        server 192.168.136.132:53;
    }
    
    server {
        listen        12345;
        proxy_pass    stream_backend;
        proxy_timeout 3s;
        proxy_connect_timeout 1s;
    }
    
    server {
        listen     53 udp;
        proxy_pass dns_servers;
    }
    
    server {
        listen     12346;
        proxy_pass backend4.example.com:12346;
    }
}

在上面的示例中，所有与 TCP 和 UDP 代理相关的功能都在流的块内配置。

有两个名为 upstream 的块，每个块包含三个服务器，这些服务器彼此托管相同的内容。在每个服务器的 server 中，服务器名称后跟必需的端口号。连接根据最少连接负载均衡方法分配给所有服务器：连接转到活动连接数最少的服务器。

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