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前言
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前言
笔者在上周的实际工作中遇到了一个典型的负载均衡选择问题在使用代理调用相关模型时最初配置 Nginx 的代理地址为 ALB 的 7 层虚拟 IPVIP但由于集团网络默认的超时时间为 3 分钟导致服务调用频繁出现超时中断。尝试将代理地址切换为 NLB 的 4 层虚拟 IP 后该问题得到了完美解决。这一亲身经历让我深刻体会到不同类型的负载均衡在实际场景中的表现差异显著选择合适的负载均衡类型对系统稳定性至关重要。基于此本文将对 ALB、NLB、CLB 三种主流负载均衡进行深度剖析帮助读者理解其技术原理与适用场景。
负载均衡Load Balancer是分布式系统中实现高可用、高并发的核心组件其核心作用是将流量「合理分配」到多个后端服务节点避免单点过载。根据工作层级和功能定位常见的负载均衡可分为 CLB传统负载均衡、NLB网络负载均衡、ALB应用负载均衡 三类。以下从技术原理、核心特性、适用场景等维度深度解读。
一、CLBClassic Load Balancer传统负载均衡
1. 定义
CLB 是最早出现的负载均衡类型定位为「通用型基础负载均衡」同时支持 四层传输层和七层应用层协议但功能相对基础主要满足简单的流量分配需求。
2. 工作层级
四层传输层基于 TCP/UDP 协议通过「源 IP 端口、目标 IP 端口、协议类型」对流量进行转发类似 NAT 机制。七层应用层基于 HTTP/HTTPS 协议可解析 URL、主机头Host等简单应用层信息但路由能力有限。
3. 核心特性
基础负载均衡算法支持轮询Round Robin、加权轮询、最小连接数等简单策略。健康检查通过 TCP 端口探测或 HTTP 状态码如 200 OK判断后端节点是否可用。会话保持基于 Cookie 或源 IP 绑定会话确保同一用户请求转发到同一后端节点。兼容性支持几乎所有传统服务器和应用无需改造后端服务。
4. 优势
部署简单配置门槛低适合新手或快速搭建场景。兼容性强支持老旧系统和多种协议无需后端服务适配。成本较低功能简单资源消耗少运维成本低。
5. 局限性
性能上限低并发能力有限通常十万级以下难以应对超大规模流量。功能简陋不支持复杂路由如基于 URL 路径的精细化转发、HTTP/2、WebSocket 等现代协议。扩展性弱无法适配微服务、容器化等复杂架构的动态流量调度需求。
6. 适用场景
中小型 Web 应用如企业官网、简单电商网站。传统 TCP/UDP 服务如邮件服务器、简单数据库代理。对成本敏感、无需复杂功能的场景。
二、NLBNetwork Load Balancer网络负载均衡
1. 定义
NLB 是专为「高性能、低延迟」设计的四层负载均衡仅工作在传输层TCP/UDP聚焦于解决大规模流量的高效分发问题。
2. 工作层级
四层传输层基于「源 IP、源端口、目标 IP、目标端口、协议类型」的五元组进行流量转发不解析应用层数据如 HTTP 内容。
3. 核心特性
超高并发能力支持百万级并发连接单机吞吐量可达数十 Gbps。微秒级延迟转发逻辑基于内核态实现如 Linux 内核的 XDP 技术比用户态转发快 1-2 个数量级。弹性与高可用自动适配后端节点扩缩容支持跨可用区部署单点故障不影响整体服务。静态 IP 支持可绑定固定 IP 或弹性 IP方便客户端固定接入点。基础健康检查基于 TCP 端口探测如三次握手是否成功或 UDP 报文响应。
4. 优势
性能天花板高是三种负载均衡中「纯转发能力」最强的适合超大规模流量场景。稳定性强设计目标是「无状态转发」自身故障概率极低。适配动态场景可快速响应后端节点的增减如 Kubernetes 容器的动态扩缩容。
5. 局限性
不支持应用层功能无法基于 URL、HTTP 头信息等应用层数据进行路由也不支持 SSL 终止需后端服务自行处理 HTTPS。健康检查简单仅能判断节点「是否存活」无法检测应用层异常如节点存活但返回 500 错误。
6. 适用场景
高并发 TCP 服务如大型游戏服务器、金融交易系统。实时音视频流传输如直播、视频会议。IoT 设备通信海量设备的 UDP 数据上报。需要低延迟的科学计算集群、分布式存储访问入口。
三、ALBApplication Load Balancer应用负载均衡
1. 定义
ALB 是针对「应用层精细化流量调度」设计的七层负载均衡工作在 HTTP/HTTPS 协议层能深度解析应用层数据并实现灵活路由。
2. 工作层级
七层应用层基于 HTTP/HTTPS 协议可解析 URL 路径、主机头Host、HTTP 方法GET/POST、请求头Header等应用层信息。
3. 核心特性
精细化内容路由支持基于 URL 路径如 /api/v1/* 转发到服务 A/web/* 转发到服务 B、主机头如 a.example.com 到服务 Xb.example.com 到服务 Y的转发策略。SSL 终止与卸载在 ALB 层处理 SSL 握手和加密解密后端服务仅需处理 HTTP 流量降低服务器负载。高级健康检查基于 HTTP 响应码如 200 正常503 异常、响应内容如检查返回的 JSON 字段判断应用状态。协议兼容性支持 HTTP/2、WebSocket、gRPC 等现代应用协议。会话管理通过 Cookie 或路径实现会话粘性Sticky Sessions适配需要保持用户状态的场景如购物车。
4. 优势
灵活适配复杂架构是微服务、Serverless 等现代架构的「流量入口首选」可作为 API 网关使用。应用层可见性能收集请求日志如响应时间、错误码便于问题排查和性能分析。安全性增强可集成 WAFWeb 应用防火墙、限流、黑白名单等功能过滤恶意请求。
5. 局限性
性能略低于 NLB因需解析应用层协议转发延迟比 NLB 高毫秒级并发能力通常在数十万级。仅支持七层协议无法直接处理 TCP/UDP 裸流量需配合 NLB 或 CLB 实现四层转发。
6. 适用场景
微服务架构如 Spring Cloud、Kubernetes 集群的流量入口。API 网关统一管理接口路由、认证、限流。复杂 Web 应用如需要按路径拆分的前后端分离项目。HTTPS 服务利用 SSL 终止降低后端服务器负载。
四、ALB、NLB、CLB 核心差异对比维度CLB传统负载均衡NLB网络负载均衡ALB应用负载均衡工作层级四层 七层基础支持仅四层TCP/UDP仅七层HTTP/HTTPS并发能力十万级以下百万级以上数十万级延迟毫秒级微秒级毫秒级略高于 NLB核心功能基础负载均衡、简单健康检查高性能转发、低延迟、弹性伸缩精细化路由、SSL 终止、应用层监控协议支持TCP、UDP、HTTP、HTTPS基础TCP、UDPHTTP、HTTPS、HTTP/2、WebSocket、gRPC适用架构传统单体应用高并发网络服务微服务、Serverless、复杂 Web 应用典型场景中小型 Web 应用、简单 TCP 服务游戏服务器、视频流、IoT 通信API 网关、微服务入口、HTTPS 服务五、总结与选择建议
追求极致性能选 NLB当服务需要处理百万级并发如游戏、直播且仅需四层转发时NLB 是最优解。需应用层灵活路由选 ALB微服务、API 网关、复杂 Web 应用等场景ALB 的精细化路由和应用层功能不可替代。简单场景选 CLB传统单体应用、预算有限或无需复杂功能时CLB 部署快、成本低能满足基础需求。
实际生产中三者也可组合使用如 ALB 处理七层流量NLB 处理四层流量通过 CLB 兼容老旧系统形成多层负载均衡架构兼顾性能、灵活性和兼容性。
