网关软件一般分为四层或七层代理,为什么有这样区分呢?

既然我们要尝试完成一个网关,我们可能的了解一下四层、七层到底是什么,否则我们做什么呢?

这里所谈的四层代理和七层代理,便是基于OSI七层模型来划分的。

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OSI 七层网络模型

OSI(Open System Interconnect),即开放式系统互联。 一般都叫 OSI 参考模型,是 ISO(国际标准化组织)组织在 1985 年研究的网络互连模型。

ISO 为了更好的使网络应用更为普及,推出了 OSI 参考模型。

其含义就是推荐所有公司使用这个规范来控制网络。这样所有公司都有相同的规范,就能互联了。

OSI 定义了网络互连的七层框架(物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层),即 ISO 开放互连系统参考模型。

以下是其经典图示

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  • 物理层

    解决两个硬件之间怎么通信的问题,常见的物理媒介有光纤、电缆、中继器等。它主要定义物理设备标准,如网线的接口类型、光纤的接口类型、各种传输介质的传输速率等。

    它的主要作用是传输比特流(就是由 1、0 转化为电流强弱来进行传输,到达目的地后在转化为 1、0,也就是我们常说的数模转换与模数转换)。这一层的数据叫做比特。

  • 数据链路层

    在计算机网络中由于各种干扰的存在,物理链路是不可靠的。该层的主要功能就是:通过各种控制协议,将有差错的物理信道变为无差错的、能可靠传输数据帧的数据链路。

    它的具体工作是接收来自物理层的位流形式的数据,并封装成帧,传送到上一层;同样,也将来自上层的数据帧,拆装为位流形式的数据转发到物理层。这一层的数据叫做帧。

  • 网络层

    计算机网络中如果有多台计算机,怎么找到要发的那台?如果中间有多个节点,怎么选择路径?这就是路由要做的事。

    该层的主要任务就是:通过路由选择算法,为报文(该层的数据单位,由上一层数据打包而来)通过通信子网选择最适当的路径。这一层定义的是 IP 地址,通过 IP 地址寻址,所以产生了 IP 协议。

  • 传输层

    当发送大量数据时,很可能会出现丢包的情况,另一台电脑要告诉是否完整接收到全部的包。如果缺了,就告诉丢了哪些包,然后再发一次,直至全部接收为止。

    简单来说,传输层的主要功能就是:监控数据传输服务的质量,保证报文的正确传输。

  • 会话层

    虽然已经可以实现给正确的计算机,发送正确的封装过后的信息了。但我们总不可能每次都要调用传输层协议去打包,然后再调用 IP 协议去找路由,所以我们要建立一个自动收发包,自动寻址的功能。于是会话层出现了:它的作用就是建立和管理应用程序之间的通信。

  • 表示层

    表示层负责数据格式的转换,将应用处理的信息转换为适合网络传输的格式,或者将来自下一层的数据转换为上层能处理的格式。

  • 应用层

    应用层是计算机用户,以及各种应用程序和网络之间的接口,其功能是直接向用户提供服务,完成用户希望在网络上完成的各种工作。前端同学对应用层肯定是最熟悉的。

四层代理

四层代理主要工作于OSI模型中的传输层,传输层主要处理消息的传递,而不管消息的内容。TCP就是常见的四层协议。

四层负载均衡只针对由上游服务发送和接收的网络包,而并不检查包内的具体内容是什么。四层负载均衡可以通过检查TCP流中的前几个包,从而决定是否限制路由。

因此,四层负载均衡的核心就是IP+端口层面的负载均衡,不涉及具体的报文内容。

典型代表:

  • 硬件: F5 、 radware 、Citrix NetScaler 等等
  • 软件: LVS、nginx、haproxy、envoy 、Katran、mson 等等

七层代理

七层代理主要工作于OSI模型的应用层,应用层主要用来处理消息内容的。比如,HTTP便是常见的七层协议。

七层负载均衡服务器起到了反向代理的作用,Client端要先与七层负载均衡设备三次握手建立TCP连接,把要访问的报文信息发送给七层负载均衡。

七层负载均衡器基于消息中内容( 比如URL或者cookie中的信息 )来做出负载均衡的决定。之后,七层负载均衡器建立一个新的TCP连接来选择上游服务并向这个服务发出请求。

使用七层负载均衡的设备经常被用于反向代理。

典型代表:

  • 软件: nginx、haproxy、envoy、mson 等等

两者区别

先通过一张图来看看四层代理和七层代理的区别:

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上图中最直观的区别是四层代理只进行了一次TCP请求,而七层代理进行了两次TCP请求。

四层代理:四层代理拆解报文至传输层,根据请求的服务器IP+端口号进行转发;四层代理是由后端服务器进行处理,包括报文的封装都是后端服务器进行封装;四层代理相当于是一个路由器。不关心应用协议(如HTTP/FTP/MySQL等)。

七层代理:七层代理拆解报文至应用层,分析用户请求的资源,然后负载均衡器会代替用户请求后端服务器的资源;后端服务器把资源返回给负载均衡器,负载均衡器对资源再次进行封装,然后返还给客户端;在此过程中,需要建立两次TCP连接,一次是客户端,一次是后端的服务器。主要着重于应用HTTP协议。

七层负载均衡的CPU密集程度比基于包的四层负载均衡更高。七层负载均衡能够让均衡器做更小粒度的负载均衡决定,并且会根据消息的内容( 比如压缩和加密 )利用最优化方式做出改变。它运用缓存的方式来卸载上游服务较慢的连接,并显著地提高了性能。所以大家对七层负载均衡的复杂运用更多。

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