反向代理 vs 負載平衡器：何時該用哪一種？Nginx 實戰解析

你可能經常聽到「反向代理」和「負載平衡器」這兩個詞被混用。但在設定 Nginx 時，了解它們的差異至關重要——這會影響你如何架構基礎設施、處理 SSL，以及擴展應用程式。

本指南將釐清這些困惑。你將了解兩者各自的功能、何時該使用哪一種，以及如何在 Nginx 中以清晰實用的範例進行設定。

什麼是反向代理？

反向代理位於客戶端和你的後端伺服器之間。它接收客戶端請求，將其轉發到適當的後端，然後回傳回應。客戶端永遠不會直接與你的後端通訊。

常見用途：

• SSL 終止：在代理層處理 HTTPS，讓後端只需處理 HTTP。
• 快取：儲存靜態資源或 API 回應，以減輕後端負載。
• 安全性：隱藏後端細節、過濾請求，並緩解 DDoS 攻擊。
• 壓縮：在傳送給客戶端之前，對回應進行 Gzip 或 Brotli 壓縮。

Nginx 常被用作應用程式伺服器（如 Node.js、Python（Gunicorn/uWSGI）或 Java（Tomcat））前方的反向代理。

什麼是負載平衡器？

負載平衡器將傳入流量分散到多個後端伺服器。其主要目標是提升可用性、可擴展性和容錯能力。

主要功能：

• 流量分配：使用輪詢（round-robin）、最少連線（least connections）或 IP 雜湊（IP hash）等演算法來分散請求。
• 健康檢查：自動停止將流量傳送到不健康的伺服器。
• 工作階段持續性：在需要時將使用者保持在同一個後端。

負載平衡器可以是硬體（F5、Citrix）或軟體（Nginx、HAProxy、雲端 LB）。Nginx 的 upstream 模組使其成為一個功能強大的軟體負載平衡器。

反向代理 vs 負載平衡器：關鍵差異

實際上，負載平衡器是一種特化的反向代理。許多工具（包括 Nginx）可以同時執行兩者。

何時使用反向代理

當你需要以下情況時，請使用反向代理：

• 服務單一後端伺服器，但想要 SSL、快取或壓縮。
• 在同一 IP 後方，以不同路徑或子網域託管多個應用程式。
• 透過不直接暴露後端，增加額外的安全層。

範例：一個執行在 3000 埠的 Node.js API，由 Nginx 處理 HTTPS 並提供靜態檔案。

server {
    listen 443 ssl;
    server_name api.example.com;

    ssl_certificate /etc/nginx/ssl/api.example.com.crt;
    ssl_certificate_key /etc/nginx/ssl/api.example.com.key;

    location / {
        proxy_pass http://127.0.0.1:3000;
        proxy_set_header Host $host;
        proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
    }
}

何時使用負載平衡器

當你有以下情況時，請使用負載平衡器：

• 多個後端伺服器來處理高流量。
• 需要高可用性——如果一台伺服器故障，其他伺服器可以接手。
• 滾動部署或藍綠部署。

範例：三個 Node.js 實例在 Nginx 後方，使用輪詢（round-robin）。

upstream backend {
    server 10.0.0.1:3000;
    server 10.0.0.2:3000;
    server 10.0.0.3:3000;
}

server {
    listen 80;
    server_name api.example.com;

    location / {
        proxy_pass http://backend;
        proxy_set_header Host $host;
        proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
    }
}

Nginx 會平均分散請求。你可以新增健康檢查和其他參數來微調行為。

在 Nginx 中結合兩種角色

大多數實際部署會將 Nginx 同時用作反向代理和負載平衡器。例如：

upstream app_servers {
    least_conn;
    server 10.0.0.1:3000 max_fails=3 fail_timeout=30s;
    server 10.0.0.2:3000 max_fails=3 fail_timeout=30s;
    server 10.0.0.3:3000 backup;
}

server {
    listen 443 ssl;
    server_name app.example.com;

    ssl_certificate /etc/nginx/ssl/app.example.com.crt;
    ssl_certificate_key /etc/nginx/ssl/app.example.com.key;

    location /static/ {
        root /var/www/static;
        expires 30d;
    }

    location / {
        proxy_pass http://app_servers;
        proxy_set_header Host $host;
        proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
        proxy_set_header X-Forwarded-Proto $scheme;
    }
}

在這裡，Nginx 終止 SSL、提供靜態檔案，並透過健康檢查在三台應用程式伺服器之間進行負載平衡。

Nginx 作為反向代理／負載平衡器的最佳實踐

• 設定適當的標頭：務必傳遞 Host、X-Real-IP 和 X-Forwarded-For，讓後端知道原始客戶端。
• 啟用 HTTP/2：在 listen 指令中新增 http2 以獲得更好的效能。
• 調整緩衝區和逾時：根據應用程式行為調整 proxy_buffer_size、proxy_read_timeout。
• 使用健康檢查：Nginx 開源版有被動檢查；Nginx Plus 提供主動檢查。
• 明智地記錄日誌：使用自訂日誌格式來擷取上游回應時間，以便除錯。

分析 Nginx 日誌對於找出瓶頸至關重要。像 Nginx Log Analyzer 這樣的工具可以幫助你解析存取日誌，快速識別緩慢的上游或錯誤。

常見問題

Nginx 可以同時是反向代理和負載平衡器嗎？

可以。Nginx 可以終止 SSL、快取內容，並同時將請求分散到多個後端。upstream 區塊定義後端池，而 proxy_pass 指令負責轉發請求。

如果我只有一台後端伺服器，還需要負載平衡器嗎？

不一定。單獨的反向代理就能處理 SSL、快取和安全性。但新增具有多個後端的負載平衡器可提升可用性——如果一台伺服器故障，其他伺服器仍可提供服務。

Nginx 如何選擇要將請求傳送到哪個後端？

預設情況下，Nginx 使用輪詢（round-robin）。你可以使用 least_conn（最少連線）、ip_hash（基於客戶端 IP 的工作階段黏著）或 hash（自訂鍵值）等指令來變更。

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