LVS 所提供的 IP 负载均衡的三种技术

Posted 2021-04-15 小鸟云计算

1.LVS和负载均衡简介：

LVS是Linux Virtual Server的简写，意即Linux虚拟服务器，是一个虚拟的服务器集群系统。

负载均衡就是有两台或者以上的服务器或者站点为我们提供服务，我们将来自客户端的请求靠某种算法尽量平均分摊到这些集群中，从而避免一台服务器因为负载太高而出现故障。简而言之便是将所有的负载均分到多台服务器中，即使其中某个出现故障，用户也能正常访问，得到服务。

广泛使用的是用软件的方式来实现负载均衡，实现效果不错，并且不需要成本是很多企业选择的方式。

以软件实现的负载均衡有两种方式：

• 基于应用层负载均衡

• 基于IP层负载均衡

文章主要就是介绍基于IP层负载均衡；

2.基于 IP 层负载均衡：

而 IP 的负载技术有以下三种模式：

• 通过NAT实现虚拟服务器（VS/NAT）

• 通过IP隧道实现虚拟服务器（VS/TUN）

• 通过直接路由实现虚拟服务器（VS/DR）

3.VS/NAT 实现虚拟服务器

VS/NAT（Virtual Server via Network Address Translation）实现的虚拟服务器是这样的一个结构，主要经过这样的一些步骤：

LVS-NAT

• Real Server 接收到报文之后，做出了响应的处理，然后将响应的报文发送给 Load Balancer；

这样，客户所看到的只是在 Virtual IP Address 上提供的服务，而服务器集群的结构对用户是透明的。

下面，举个例子来进一步说明VS/NAT，如图所示：

NAT-eg

Protocol	Virtual IP Address	Port	Real IP Address	Port
TCP	205.100.106.2	80	172.16.1.3	80
172.16.1.4	8080
TCP	205.100.106.2	21	172.16.1.3	21

SOURCE	DEST
203.100.106.1:3456	205.100.106.2:80

SOURCE	DEST
203.100.106.1:3456	172.16.1.4:8080

Real Server 收到修改后的报文之后，做出响应，然后将响应报文返回到调度器，报文如下：

SOURCE	DEST
172.16.1.4:8080	203.100.106.1:3456

SOURCE	DEST
205.100.106.2:80	203.100.106.1:3456

这样，客户认为是从202.103.106.5:80服务得到正确的响应，而不会知道该请求是 Real Server1 还是 Real Server2 处理的。

这便是 VS/NAT 的处理数据包的整个过程，它有这样的一些特点：

• 集群节点，也就是 Real Server 与 Load Balacer 必须在同一个 IP 网络中

• Load Balancer 位于 Real Server 与客户端之间，处理进出的所有通信

• Real Server 的网关必须指向 Load Balancer

• 支持端口映射：也就是Real Server 的端口可以自己设定，没有必须是与 Load Balancer 一样

VS/NAT 的优势在于可以做到端口映射，但是 Load Balancer 将可能成为集群的瓶颈。因为所有的出入报文都需要 Load Balancer 处理，请求报文较小不是问题，但是响应报文往往较大，都需要 NAT 转换的话，大流量的时候，Load Balancer 将会处理不过来。一般使用 VS/NAT 的话，处理 Real Server 数量达到 10~20 台左右将是极限，并且效率往往不高。

4.VS/DR 实现虚拟服务器

在VS/NAT 的集群系统中，请求和响应的数据报文都需要通过负载调度器，当真实服务器的数目在10台和20台之间时，负载调度器将成为整个集群系统的新瓶颈。大多数 Internet服务都有这样的特点：请求报文较短而响应报文往往包含大量的数据。

既然同时处理进出报文会大大的影响效率，增加机器的负载，那么若是仅仅处理进来的报文，即在负载调度器中只负责调度请求,而出去的报文由 Real Server 直接发给客户端这样岂不是高效许多。

VS/DR（Virtual Server via Direct Routing）利用大多数Internet服务的非对称特点，负载调度器中只负责调度请求，而服务器直接将响应返回给客户，可以极大地提高整个集群 系统的吞吐量。

VS/DR 实现的虚拟服务器是这样的一个结构，主要经过这样的一些步骤：

DR-sturct

change-MAC

这便是 VS/DR 的处理数据包的整个过程，它有这样的一些特点：

• 集群节点，也就是 Real Server 与 Load Balacer 必须在同一个物理网络中（若是不同网段的话结构将变得复杂）

• Load Balancer 仅仅负责处理入站的请求，Real Server 将直接响应客户端

• Real Server 的网关不能指向 Load Balancer

• 不支持端口映射：也就是Real Server 的端口必须是与 Load Balancer 对外服务的一样

5.VS/TUN 实现虚拟服务器

VS/DR 限制 Real Server 与 Load Balancer 必须在同一个物理网络中，那若是分散在各地岂不是无法使用？所以有了 VS/TUN（Virtual Server via IP Tunneling）的诞生。

Tunnel-sturct

这便是 VS/TUN 的处理数据包的整个过程，它有这样的一些特点：

• 集群节点，也就是 Real Server 与 Load Balacer 可以跨越公网

• Load Balancer 仅仅负责处理入站的请求，Real Server 将直接响应客户端

• Real Server 的网关不能指向 Load Balancer

• 不支持端口映射：也就是Real Server 的端口必须是与 Load Balancer 对外服务的一样

这便是 LVS 所提供的 IP 负载均衡的三种技术，我们可以根据自己的情况做出不同的选择。

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