ALB、NLB、CLB 负载均衡深度剖析
ALB、NLB、CLB 负载均衡深度剖析
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 IP（VIP），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、CLB（Classic 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、NLB（Network 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、ALB（Application 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 X，b.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 WAF（Web 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、UDP | HTTP、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。