负载均衡是分布式系统的核心组件，作用是将客户端请求均匀分发 到后端多台服务器，提升系统吞吐量、可用性与扩展性。根据工作的网络协议层级 ，可分为四层负载均衡 和七层负载均衡（不存在 "四次负载均衡"，应为表述误差）。
二者的划分依据是 OSI 七层网络模型：
- 四层负载均衡：工作在传输层（TCP/UDP 层），基于 IP 地址和端口号转发请求。
- 七层负载均衡：工作在应用层（HTTP/HTTPS/FTP 等协议层），基于请求的内容（如 URL、头部信息）转发请求。
一、四层负载均衡（传输层负载均衡）
1. 核心定义
四层负载均衡工作在 OSI 模型的传输层 ，仅识别数据包的源 IP、目的 IP、源端口、目的端口以及 TCP/UDP 协议类型，不关心请求的具体内容。
它的核心逻辑是：基于 IP + 端口的哈希或轮询策略，将数据包转发到后端服务器，自身相当于一个 "智能路由器"。
2. 典型实现技术与工具
- 硬件设备：F5 BIG-IP、A10 Thunder 等（性能强、成本高，适合大型企业核心业务）。
- 软件工具：LVS（Linux Virtual Server，Linux 内核集成的高性能四层负载均衡）、HAProxy（可配置为四层模式）、Nginx（_stream 模块支持四层转发）。
3. 工作流程（以 LVS-NAT 模式为例）
- 客户端发送请求到四层负载均衡器的 VIP（虚拟 IP），目标端口为业务端口（如 80）。
- 负载均衡器根据预设策略（如轮询、加权轮询、源 IP 哈希），选择一台后端真实服务器（RS）。
- 负载均衡器修改数据包的目的 IP 为 RS 的 IP，目的端口为 RS 的业务端口，然后转发给 RS。
- RS 处理请求后，将响应数据包发送回负载均衡器。
- 负载均衡器修改响应数据包的源 IP 为 VIP，源端口为原请求端口，再转发给客户端。
4. 核心特性
| 特性 | 具体说明 |
|---|---|
| 转发效率 | 极高，基于内核态转发（如 LVS），几乎无性能损耗，能支撑十万级并发。 |
| 会话保持 | 基于源 IP 哈希实现，相同客户端的请求会转发到同一台后端服务器。 |
| 协议支持 | 支持所有 TCP/UDP 协议，如 HTTP、HTTPS、MySQL、Redis 等。 |
| 健康检查 | 仅做四层健康检查，通过 TCP 握手或 UDP 报文探测后端服务器是否存活，无法感知应用层状态。 |
| 透明性 | 后端服务器无需感知客户端真实 IP（除非配置特殊模式，如 LVS-DR），需将网关指向负载均衡器。 |
5. 典型适用场景
- 高并发、低延迟的传输层服务：如 MySQL 主从分离、Redis 集群、游戏服务器 UDP 协议转发。
- 大规模分布式系统的第一层负载均衡（与七层负载均衡配合，四层做流量分发，七层做内容路由）。
二、七层负载均衡（应用层负载均衡）
1. 核心定义
七层负载均衡工作在 OSI 模型的应用层 ，除了识别四层的 IP + 端口，还能解析应用层协议的具体内容（如 HTTP 的 URL、Host、Cookie、请求头），并基于内容进行精细化转发。
它的核心逻辑是：基于请求内容的特征，将请求路由到最优的后端服务器，自身相当于一个 "应用层代理"。
2. 典型实现技术与工具
- 软件工具：Nginx（HTTP 模块原生支持七层转发）、HAProxy（默认七层模式，支持 HTTP/HTTPS/HTTP/2）、Traefik（云原生时代的七层负载均衡，自动发现后端服务）。
- 云服务：阿里云 SLB 七层模式、AWS ALB（应用负载均衡器）。
3. 工作流程（以 Nginx 转发 HTTP 请求为例）
- 客户端发送 HTTP 请求到七层负载均衡器的 VIP，目标端口为 80/443。
- 负载均衡器解析 HTTP 请求的内容 ：如 Host 头（区分不同域名）、URL 路径（如
/api转发到 API 服务器，/static转发到静态资源服务器）。 - 负载均衡器根据预设的内容路由策略，选择一台后端服务器。
- 负载均衡器以客户端身份向后端服务器发起新的 HTTP 请求，获取响应数据。
- 负载均衡器将响应数据转发给客户端（可选择是否修改响应内容，如添加响应头）。
4. 核心特性
| 特性 | 具体说明 |
|---|---|
| 转发效率 | 低于四层负载均衡，因为需要解析应用层协议（用户态处理），但 Nginx/HAProxy 仍能支撑万级并发。 |
| 会话保持 | 支持更灵活的策略：基于 Cookie 植入 （负载均衡器生成 Cookie，标识后端服务器）、Cookie 黏连（基于客户端已有 Cookie 转发）、URL 参数等。 |
| 协议支持 | 主要支持应用层协议：HTTP、HTTPS、HTTP/2、WebSocket、FTP 等。 |
| 健康检查 | 支持七层健康检查 ：不仅检测 TCP 端口是否存活，还会发送模拟请求（如 GET /health），检查响应状态码（如 200 OK），能感知应用层故障（如后端服务 500 错误）。 |
| 内容处理 | 支持URL 重写、请求头修改、SSL 卸载 （负载均衡器解密 HTTPS 请求，后端服务器处理 HTTP 请求）、压缩（对响应数据 Gzip 压缩）等功能。 |
| 源 IP 透传 | 可通过 X-Forwarded-For 请求头，将客户端真实 IP 传递给后端服务器。 |
5. 典型适用场景
- 基于内容的路由：如电商网站
/product路径转发到商品服务器，/order路径转发到订单服务器。 - SSL 卸载：集中处理 HTTPS 解密，减少后端服务器的计算开销。
- 微服务架构：配合服务注册中心，实现基于服务名的负载均衡。
- 静态资源分离：将静态资源请求（如 CSS、JS、图片）转发到 CDN 或专门的静态服务器。
三、四层与七层负载均衡核心差异对比表
| 对比维度 | 四层负载均衡 | 七层负载均衡 |
|---|---|---|
| 工作层级 | 传输层（TCP/UDP） | 应用层（HTTP/HTTPS 等） |
| 识别信息 | 源 IP、目的 IP、源端口、目的端口 | IP + 端口 + 应用层内容（URL、Cookie、请求头） |
| 转发方式 | 数据包转发（修改 IP / 端口） | 应用层代理（重新发起请求） |
| 性能损耗 | 极低（内核态处理） | 中等（用户态解析协议） |
| 会话保持 | 基于源 IP 哈希 | 基于 Cookie、URL 参数、源 IP 等 |
| 健康检查 | 四层检查（TCP 握手 / UDP 探测） | 七层检查（模拟请求 + 状态码校验） |
| 核心功能 | 高并发流量分发 | 内容路由、SSL 卸载、协议转换 |
| 典型工具 | LVS、Nginx Stream 模块 | Nginx、HAProxy、Traefik |
| 适用场景 | 传输层服务、高并发场景 | 应用层服务、内容路由、微服务 |
四、四层 + 七层负载均衡联动架构
在大规模分布式系统中，通常采用 四层负载均衡 + 七层负载均衡 的分层架构，兼顾性能与灵活性：
- 第一层（四层负载均衡 LVS） ：对外暴露 VIP，负责将海量客户端请求均匀分发到多台七层负载均衡器（如 Nginx 集群），解决七层负载均衡器的单点瓶颈。
- 第二层（七层负载均衡 Nginx） ：负责内容路由，根据 URL、Host 等信息，将请求转发到后端应用服务器集群（如 Tomcat、Node.js 集群），同时提供 SSL 卸载、健康检查等功能。
- 后端服务器集群：处理具体业务请求，返回响应数据。