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配置可自动扩缩的应用负载均衡器 (AWS)

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配置可自动扩缩的应用负载均衡器 (AWS)

实验 2 个小时 universal_currency_alt 5 个积分 show_chart 入门级
info 此实验可能会提供 AI 工具来支持您学习。
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作为一名云工程师,您的主要目标是在云端构建具有容错能力和高可用性、经济高效而且可靠的系统。您需要设计可自动扩缩的解决方案,以应对需求的激增。您还需要在架构设计中避免过度配置,从而帮助组织优化成本。一般来说,在完成设计时需要考虑以下几点:

  • 如何实现工作负载的高可用性 (HA)?
  • 如何实现动态分配资源以满足不断变化的容量需求?
  • 如何在不同的虚拟机 (VM) 之间分配流量?

您已在 AWS 中制定扩缩计划,让不同的 Elastic Compute Cloud (EC2) 资源组在面对需求变化时自动做出响应。为实现这一目标,您采用了以下工具:

  • Elastic Load Balancer (ELB):在多个可用区的多个目标之间分配流量,并定期进行健康检查
  • 自定义 Amazon 机器映像 (AMI):其中包含 EC2 实例的操作系统以及运营所需的不同配置和应用;可用于启动虚拟机,而无需手动安装所有需要的服务
  • EC2 启动模板:用于定义在自动扩缩组中启动 EC2 实例所需的参数,例如 AMI ID、实例类型、安全组和用户数据
  • 自动扩缩组:可根据自己的扩缩政策动态增加或减少目标的容量以满足需求,以及替换健康状况不佳的实例并优化成本

网络图

现在,您将在 Google Cloud 中探索各种服务,这些服务可帮助您打造具有高可用性且可扩缩的解决方案。

概览

应用负载均衡 (HTTP/HTTPS) 在全球 Google 入网点 (POP) 的 Google 网络边缘实施。定向到应用负载均衡器 (HTTP/HTTPS) 的用户流量会进入距离用户最近的 POP,然后在 Google 全球网络上进行负载均衡,以便传输到具有足够可用容量的最近后端。

在本实验中,您将配置一个应用负载均衡器 (HTTP),如下图所示。然后,您需要对该负载均衡器进行压力测试,以演示全球负载均衡和自动扩缩功能。

网络图

目标

在本实验中,您将学习如何执行以下任务:

  • 创建健康检查防火墙规则
  • 使用 Cloud Router 创建 NAT 配置
  • 为 Web 服务器创建一个自定义映像
  • 基于该自定义映像创建一个实例模板
  • 创建两个托管式实例组
  • 配置一个支持 IPv4 和 IPv6 的应用负载均衡器 (HTTP)
  • 对应用负载均衡器 (HTTP) 进行压力测试

对于每个实验,您都会免费获得一个新的 Google Cloud 项目及一组资源,它们都有固定的使用时限。

  1. 点击开始实验按钮。如果该实验需要付费,系统会打开一个弹出式窗口供您选择付款方式。左侧是实验详细信息面板,其中包含以下各项:

    • 打开 Google Cloud 控制台按钮
    • 剩余时间
    • 进行该实验时必须使用的临时凭据
    • 帮助您逐步完成本实验所需的其他信息(如果需要)
  2. 点击打开 Google Cloud 控制台(如果您使用的是 Chrome 浏览器,请右键点击并选择在无痕式窗口中打开链接)。

    该实验会启动资源并打开另一个标签页,显示登录页面。

    提示:将这些标签页安排在不同的窗口中,并排显示。

    注意:如果您看见选择账号对话框,请点击使用其他账号
  3. 如有必要,请复制下方的用户名,然后将其粘贴到登录对话框中。

    {{{user_0.username | "<用户名>"}}}

    您也可以在实验详细信息面板中找到用户名

  4. 点击下一步

  5. 复制下面的密码,然后将其粘贴到欢迎对话框中。

    {{{user_0.password | "<密码>"}}}

    您也可以在实验详细信息面板中找到密码

  6. 点击下一步

    重要提示:您必须使用实验提供的凭据。请勿使用您的 Google Cloud 账号凭据。 注意:在本实验中使用您自己的 Google Cloud 账号可能会产生额外费用。
  7. 继续在后续页面中点击以完成相应操作:

    • 接受条款及条件。
    • 由于这是临时账号,请勿添加账号恢复选项或双重验证。
    • 请勿注册免费试用。

片刻之后,系统会在此标签页中打开 Google Cloud 控制台。

注意:如需查看列有 Google Cloud 产品和服务的菜单,请点击左上角的导航菜单导航菜单图标

任务 1. 配置健康检查防火墙规则

在此任务中,您将配置防火墙规则,以允许将健康检查流量发送到您的实例。

健康检查可确定应用负载均衡器 (HTTP) 的哪些实例能接收新连接。负载均衡实例的健康检查探测请求来自范围 130.211.0.0/2235.191.0.0/16 中的地址。您的防火墙规则必须允许这些连接。

创建健康检查规则

创建防火墙规则来允许进行健康检查。

  1. 在 Cloud 控制台的导航菜单 (“导航菜单”图标) 中,依次点击 VPC 网络 > 防火墙
    请注意现有的 ICMPinternalRDPSSH 防火墙规则。

    每个 Google Cloud 项目最初都具有默认网络和上述防火墙规则。

  2. 点击创建防火墙规则

  3. 指定以下信息,其他设置则保留默认值:

    属性 值(按照说明输入值或选择选项)
    名称 fw-allow-health-checks
    网络 default
    目标 指定的目标标记
    目标标记 allow-health-checks
    来源过滤条件 IPv4 范围
    来源 IPv4 范围 130.211.0.0/22 和 35.191.0.0/16
    协议和端口 指定的协议和端口
注意:请务必在来源 IP 范围中包含 /22/16
  1. 选择 tcp 并指定端口 80
  2. 点击创建

点击“检查我的进度”,验证已完成以下目标: 配置健康检查防火墙规则

任务 2. 使用 Cloud Router 创建 NAT 配置

在此任务中,您将创建 Cloud Router 实例并配置 Cloud NAT 网关,以便为您的虚拟机实例启用出站互联网连接。

您将在任务 3 中设置一些 Google Cloud 虚拟机后端实例,但您不会使用外部 IP 地址配置这些实例。

相反,您会设置 Cloud NAT 服务来让这些虚拟机实例仅通过 Cloud NAT 发送出站流量,并通过负载均衡器接收入站流量。

创建 Cloud Router 实例

  1. 在 Google Cloud 控制台标题栏中,在搜索字段中输入网络服务,然后点击网络管理工具部分的网络服务

  2. 网络服务页面上,点击“网络服务”旁边的固定

  3. 点击 Cloud NAT

  4. 点击开始即可配置 NAT 网关。

  5. 指定以下信息,其他设置则保留默认值:

    属性 值(按照说明输入值或选择选项)
    网关名称 nat-config
    网络 default
    区域
  6. 点击 Cloud Router,然后选择创建新路由器

  7. 名称部分,输入 nat-router-us1

  8. 点击创建

  9. 在“创建 NAT 网关”中,点击创建

注意:请等到“NAT 网关状态”变为“正在运行”之后,再开始执行下一个任务。

点击“检查我的进度”,验证已完成以下目标: 使用 Cloud Router 创建 NAT 配置

任务 3. 为 Web 服务器创建一个自定义映像

在此任务中,您将为负载均衡器的后端创建一个自定义 Web 服务器映像。

创建虚拟机

  1. 在 Cloud 控制台的导航菜单 (“导航菜单”图标) 中,依次点击 Compute Engine > 虚拟机实例

  2. 点击创建实例

  3. 指定以下信息,其他设置则保留默认值:

    属性 值(按照说明输入值或选择选项)
    名称 webserver
    区域
    可用区
  4. 点击操作系统和存储空间,然后点击更改

  5. 点击显示高级配置

  6. 对于删除规则,选择保留启动磁盘

  7. 点击选择

  8. 点击网络

    • 对于网络标记,输入 allow-health-checks
    • 对于网络接口,点击默认
    • 对于外部 IPv4 IP 下拉菜单,选择
  9. 点击完成

  10. 点击创建

自定义虚拟机

  1. 对于 webserver,点击 SSH 以启动一个终端并进行连接。
  2. 如果系统提示,允许通过浏览器中的 SSH 功能连接到虚拟机,点击授权
  3. 如需安装 Apache2,请运行以下命令:
sudo apt-get update sudo apt-get install -y apache2
  1. 如需启动 Apache 服务器,请运行以下命令:
sudo service apache2 start
  1. 如需对 Apache2 服务器的默认页面进行测试,请运行以下命令:
curl localhost

Apache2 服务器的默认页面应该会显示。

将 Apache 服务设置为在虚拟机启动时启动

软件已经安装成功,但使用该映像创建新虚拟机后,新启动的虚拟机不会运行 Apache Web 服务器。您需要使用以下命令将 Apache 服务设置为在虚拟机启动时自动启动,并对此进行测试,确保该设置生效。

  1. 在 webserver 的 SSH 终端中,将该服务设置为在虚拟机启动时启动:
sudo update-rc.d apache2 enable
  1. 在 Cloud 控制台中,选择 webserver,然后点击更多操作 moreoptions.png

  2. 点击重置

  3. 在确认对话框中点击重置

注意:点击“重置”后,系统会停止并重启虚拟机。这样 IP 和永久性启动磁盘将保持不变,但内存会被擦除。因此,如果在执行重置操作后 Apache 服务可供使用,则表明 update-rc 命令已成功执行。
  1. 通过 SSH 连接到虚拟机并输入以下命令,对服务器进行检查:
sudo service apache2 status 注意:如果您看到未能通过 Cloud Identity-Aware Proxy 建立连接弹窗消息,请点击重试
  1. 显示的结果应该是已启动 Apache HTTP Server

准备磁盘以创建自定义映像

验证在删除实例时不会同时删除启动磁盘。

  1. 在“虚拟机实例”页面上,点击 webserver 以查看该虚拟机实例的详细信息。
  2. 对于存储 > 启动磁盘,验证删除实例时设置为保留磁盘
  3. 返回到“虚拟机实例”页面,选择 webserver,然后点击更多操作 (“更多操作”图标)。
  4. 点击删除
  5. 在确认对话框中点击删除
  6. 在左侧窗格中,点击磁盘并验证 webserver 磁盘仍然存在。

创建自定义映像

  1. 在左侧窗格中,点击映像

  2. 点击创建映像

  3. 指定以下内容,将其他设置保留默认值:

    属性 值(按照说明输入值或选择选项)
    名称 mywebserver
    来源 磁盘
    来源磁盘 webserver
  4. 点击创建

注意:您已创建了一个自定义映像,基于该映像可以创建多个相同的 Web 服务器。此时可以将 webserver 磁盘删除。

在下一步中,您将使用该映像定义一个实例模板,并在托管式实例组中使用该模板。

点击“检查我的进度”,验证已完成以下目标: 为 Web 服务器创建自定义映像

任务 4. 配置实例模板并创建实例组

在此任务中,您将为负载均衡 Web 服务器配置实例模板并创建托管式实例组。

托管式实例组可使用实例模板来创建一组相同的实例。您可以使用这些实例来创建应用负载均衡器的后端 (HTTP)。

配置实例模板

实例模板是一种可用于创建虚拟机实例和托管式实例组的 API 资源。实例模板可定义机器类型、启动磁盘映像、子网、标签和其他实例属性。

  1. 在 Cloud 控制台的导航菜单 (“导航菜单”图标) 中,依次点击 Compute Engine > 实例模板
  2. 点击创建实例模板
  3. 名称部分,输入 mywebserver-template
  4. 位置部分,选择全球
  5. 对于系列,选择 E2
  6. 对于机器类型 > 共享核心,选择 e2-micro(2 个 vCPU、1 个核心、1 GB 内存)
  7. 对于启动磁盘,点击更改
  8. 对于用于创建映像的源项目,选择自定义映像,并确保选中 Qwiklabs 项目 ID。
  9. 对于映像,选择 mywebserver
  10. 点击选择
  11. 点击高级选项
  12. 点击网络
    • 对于网络标记,输入 allow-health-checks
    • 网络接口下,点击默认
    • 外部 IPv4 IP 下拉列表中,选择
    • 点击完成
  13. 点击创建

为托管式实例组创建健康检查

  1. 导航菜单中,依次点击 Compute Engine > 健康检查

  2. 点击创建健康检查

  3. 指定以下内容,将其他设置保留默认值:

    属性 值(按照说明选择选项)
    名称 http-health-check
    协议 TCP
    端口 80
  4. 点击创建

托管式实例组健康检查会主动发出信号,以删除健康状况不佳的实例并重新创建这些实例。

创建托管式实例组

中各创建一个托管式实例组。

  1. 导航菜单中,点击 Compute Engine > 实例组

  2. 点击创建实例组

  3. 指定以下内容,将其他设置保留默认值:

    属性 值(按照说明输入值或选择选项)
    名称 us-1-mig
    实例模板 mywebserver-template
    位置 多个可用区
    区域
  4. 对于自动扩缩,输入实例数下限 1,实例数上限 2

  5. 对于自动扩缩信号,点击 CPU 利用率

  6. 对于信号类型,选择 HTTP 负载均衡利用率

  7. 将目标 HTTP 负载均衡利用率设置为 80

  8. 点击完成

  9. 点击初始化期,将其设置为 60 秒。

注意:托管式实例组提供的自动扩缩功能可让您根据负载的增减自动在托管式实例组中添加或移除实例。自动扩缩可帮助您的应用顺利应对流量增加的情况,并在资源需求量减少时降低费用。您只需定义自动扩缩政策,自动扩缩器即可根据测量到的负载执行自动扩缩。
  1. 自动修复中,对于健康检查输入 http-health-check

  2. 选择 http-health-check (TCP)

  3. 对于初始延迟时间,输入 60。这是实例组在初始化虚拟机的启动后所等待的时长;过了该时长,实例组便会尝试进行健康检查。您不希望在实验过程中等待 5 分钟,因此将其设置为 1 分钟。

  4. 点击创建

  5. 在对话框窗口中点击确认

注意:请等待几分钟,直到该实例组创建完毕,然后对 中的 aisa-1-mig 重复相同的步骤。点击刷新,直到“状态”变为正在转换。 注意:如果出现警告窗口,或者创建实例组后其左侧出现一个红色感叹号,指出此实例组未关联任何后端服务,请忽略该警示;您将在本实验的下一个部分为负载均衡器配置后端服务。
  1. 点击创建实例组

  2. 指定以下内容,将其他设置保留默认值:

    属性 值(按照说明输入值或选择选项)
    名称 notus-1-mig
    实例模板 mywebserver-template
    位置 多个可用区
    区域
    自动扩缩 > 实例数下限 1
    自动扩缩 > 实例数上限 2
    自动扩缩信号 > 信号类型 HTTP 负载均衡利用率
    目标 HTTP 负载均衡利用率 80
    初始化期 60
  3. 对于健康检查,选择 http-health-check (TCP)

  4. 对于初始延迟时间,输入 60

  5. 点击创建

  6. 在对话框窗口中点击确认

点击“检查我的进度”,验证已完成以下目标: 配置实例模板并创建实例组

验证后端

验证这两个区域中都创建了虚拟机实例。

  • 导航菜单中,点击 Compute Engine > 虚拟机实例
    请留意以 us-1-mignotus-1-mig 开头的实例。这些实例属于这两个托管式实例组。

任务 5. 配置应用负载均衡器 (HTTP)

在此任务中,您将配置应用负载均衡器 (HTTP),在两个后端( 中的 us-1-mig 中的 notus-1-mig)之间均衡分配流量,如以下网络图所示:

网络图

开始配置

  1. 导航菜单中,点击网络服务 > 负载均衡
  2. 点击创建负载均衡器
  3. 负载均衡器的类型字段中,选择应用负载均衡器 (HTTP/HTTPS),然后点击下一步
  4. 公共或内部字段中,选择公共(外部),然后点击下一步
  5. 全球或单区域部署字段中,选择最适合全球性工作负载,然后点击下一步
  6. 负载均衡器世代字段中,选择全球外部应用负载均衡器,然后点击下一步
  7. 创建负载均衡器中,点击配置
  8. 负载均衡器名称部分,输入 http-lb

配置前端

主机和路径规则决定将如何定向您的流量。例如,您可以将视频流量定向到一个后端,将静态流量定向到另一个后端。不过,主机和路径规则的配置并不在本实验的涵盖范围内。

  1. 点击前端配置

  2. 指定以下内容,将其他设置保留默认值:

    属性 值(按照说明输入值或选择选项)
    协议 HTTP
    IP 版本 IPv4
    IP 地址 临时
    端口 80
  3. 点击完成

  4. 点击添加前端 IP 和端口

  5. 指定以下内容,将其他设置保留默认值:

    属性 值(按照说明输入值或选择选项)
    协议 HTTP
    IP 版本 IPv6
    IP 地址 自动分配
    端口 80
  6. 点击完成

应用负载均衡 (HTTP/HTTPS) 支持客户端流量使用 IPv4 和 IPv6 地址。客户端 IPv6 请求会在全球负载均衡层终止,然后通过 IPv4 代理传输到您的后端。

配置后端

后端服务会将传入的流量定向到一个或多个关联的后端。每个后端由一个实例组和附加的服务容量元数据组成。

  1. 点击后端配置

  2. 点击后端服务和后端存储桶 > 创建后端服务

  3. 指定以下内容,将其他设置保留默认值:

    属性 值(按照说明选择选项)
    名称 http-backend
    后端类型 实例组
    实例组 us-1-mig
    端口号 80
    均衡模式 请求速率
    RPS 上限 50
    容量 100
注意:此配置意味着负载均衡器会尝试将 us-1-mig 中每个实例的每秒请求数 (RPS) 保持在 50 或以下。
  1. 点击完成

  2. 点击添加后端

  3. 指定以下内容,将其他设置保留默认值:

    属性 值(按照说明选择选项)
    实例组 notus-1-mig
    端口号 80
    均衡模式 利用率
    后端利用率上限 80
    容量 100
注意:此配置意味着负载均衡器会尝试将 notus-1-mig 中每个实例的 CPU 利用率保持在 80% 或以下。
  1. 点击完成
  2. 健康检查部分,选择 http-health-check
  3. 勾选启用日志记录复选框。
  4. 采样率设置为 1
  5. 点击创建
  6. 点击确定

检查并创建 HTTP 负载均衡器

  1. 点击检查并最终确定
  2. 检查后端服务前端
  3. 点击创建。等待负载均衡器创建完毕。
  4. 点击负载均衡器的名称 (http-lb)。
  5. 请记下负载均衡器的 IPv4 和 IPv6 地址,下一个任务中会用到。下文将分别以 [LB_IP_v4][LB_IP_v6] 来引用这两个地址。
注意:采用十六进制格式的地址是 IPv6 地址。

点击“检查我的进度”,验证已完成以下目标: 配置应用负载均衡器 (HTTP)

任务 6. 对应用负载均衡器 (HTTP) 进行压力测试

在此任务中,您将对应用负载均衡器 (HTTP) 进行压力测试,以验证流量是否被转发到后端服务。

访问 HTTP 负载均衡器

  1. 在 Google Cloud 控制台标题栏中,点击激活 Cloud Shell (“激活 Cloud Shell”图标)。
  2. 如果出现提示,点击继续
  3. 如需检查负载均衡器的状态,请运行以下命令,并将 [LB_IP_v4] 替换为负载均衡器的 IPv4 地址:
LB_IP=[LB_IP_v4] while [ -z "$RESULT" ] ; do echo "Waiting for Load Balancer"; sleep 5; RESULT=$(curl -m1 -s $LB_IP | grep Apache); done 注意:一旦负载均衡器准备就绪,该命令便会退出。
  1. 在浏览器中打开一个新标签页并导航到 http://[LB_IP_v4]。请务必将 [LB_IP_v4] 替换为负载均衡器的 IPv4 地址。

对应用负载均衡器 (HTTP) 进行压力测试

创建一个新的虚拟机来模拟应用负载均衡器 (HTTP) 上的负载。然后确定当负载较高时,系统是否在两个后端之间均衡流量。

  1. 在 Cloud 控制台的导航菜单 (“导航菜单”图标) 中,点击 Compute Engine > 虚拟机实例

  2. 点击创建实例

  3. 指定以下内容,将其他设置保留默认值:

    属性 值(按照说明输入值或选择选项)
    名称 stress-test
    区域 另一个区域,但更靠近
    可用区 该区域中的一个可用区
  4. 对于系列,选择 E2

  5. 对于机器类型,选择 e2-micro(2 个 vCPU、1 个核心、1 GB 内存)

注意:由于 US 中的一个区域距离 比距离 notus-1 近,因此流量应该只会转发到 us-1-mig(除非负载过高)。
  1. 点击操作系统和存储空间,然后点击更改
  2. 点击自定义映像
  3. 对于用于创建映像的源项目,点击自定义映像,并确保选中 Qwiklabs 项目 ID。
  4. 对于映像,选择 mywebserver
  5. 点击选择
  6. 点击创建
  7. 等待 stress-test 实例创建完毕。
  8. 对于 stress-test,点击 SSH 以启动一个终端并进行连接。
  9. 如果系统提示,允许通过浏览器中的 SSH 功能连接到虚拟机,点击授权
  10. 如需为负载均衡器的 IP 地址创建一个环境变量,请运行以下命令:
export LB_IP=<请在此处输入您的 [LB_IP_v4]>
  1. 使用 echo 进行验证:
echo $LB_IP
  1. 如需对负载均衡器增加负载,请运行以下命令:
ab -n 500000 -c 1000 http://$LB_IP/

点击“检查我的进度”,验证已完成以下目标: 对应用负载均衡器 (HTTP) 进行压力测试

  1. 在 Cloud 控制台的导航菜单 (“导航菜单”图标) 中,依次点击网络服务 > 负载均衡
  2. 点击 http-lb
  3. 点击监控
  4. 花几分钟时间监控在北美区域和这两个后端之间的前端位置(总入站流量)
注意:流量最初应该仅会定向到 us-1-mig,但随着 RPS 的增加,流量也会定向到 notus-1-mig。这表示流量默认会转发到最近的后端,但如果负载过高,流量也会被分配到其他后端。
  1. 在 Cloud 控制台的导航菜单 (“导航菜单”图标) 中,依次点击 Compute Engine > 实例组
  2. 点击 us-1-mig 打开实例组页面。
  3. 点击监控以监控实例数量和 LB 容量。
  4. notus-1-mig 实例组重复相同的步骤。
注意:根据具体的负载情况,这些后端可能会进行扩缩以应对相应的负载。

任务 7. 回顾

在本实验中,您配置了具有 后端的应用负载均衡器 (HTTP)。然后,您借助虚拟机对应用负载均衡器进行了压力测试,演示了全球负载均衡和自动扩缩功能。

在 AWS 中,常见的高可用性架构中往往包含:

  • 自动扩缩组:基于健康检查和扩缩政策启动新的 Elastic Compute Cloud (EC2) 实例,并根据需要缩容/扩容,以及替换健康状况不佳的实例
  • 自定义 Amazon 机器映像 (AMI) 和启动模板,后者可用于定义在自动扩缩组内启动的 EC2 实例的参数,例如:
  • 操作系统
  • 预配置的应用
  • 实例的类型
  • 用户数据
  • 已装载存储的类型
  • 安全
  • Elastic Load Balancer (ELB):可在不同可用区的目标组之间分配流量。

在 Google Cloud 中,您可以使用以下服务来实现工作负载的高可用性 (HA):

  • 用于 Compute Engine 的自定义操作系统 (OS) 映像:这些操作系统映像可重复使用,从虚拟机的启动磁盘或其他映像中创建,预先配置了企业所需的应用。这些操作系统映像可用于启动新实例。
  • 托管式实例组 (MIG):这是一组虚拟机,您可以将其作为单一实体进行管理,并通过增加组内实例的数量来自动适应需求。当资源不再需要时,自动扩缩的 MIG 会删除多余的实例,从而降低成本。 MIG 的另一个特点是能够执行健康检查,主动发出信号以替换健康状况不佳的实例。
  • Google Cloud 负载均衡器:可在多个实例之间分配传入流量,从而降低出现性能问题的风险并增强可用性。 在 Google Cloud 中,主要有两种不同类型的负载均衡器:
  • 内部负载均衡器:将流量分配给 Google Cloud 内部的实例
  • 外部负载均衡器:将来自公共互联网的流量分配给 Google Cloud 虚拟私有云 (VPC) 网络

此外,您还可以选择区域性负载均衡;或者在使用外部负载均衡器时,选择全局负载均衡。 在选择合适的负载均衡器时,还需考虑流量类型,例如 TCP/UDP、HTTP、HTTPS 或 SSL 等。

结束实验

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