LVS负载均衡三种模式的实现

Posted 2021-02-14 huskiesir

何为lvs负载均衡？

lvs负载均衡（linux virtual server）又名linux虚拟服务器。由章文嵩博士主导的负载均衡项目，目前LVS已经被集成到Linux内核模块中。该项目在Linux内核中实现了基于IP的数据请求负载均衡调度方案。如下图所示，互联网用户通过web请求访问到lvs调度器，然后调度器再根据算法把请求送给后端的linux web服务器上。比如这里拿负载均衡模式来说，由于web服务器都是连接的相同的存储，又都是跑的相同的服务，所以不论哪个服务器回应客户端，内容则都是一致的，而客户端压根感知不到web服务器其实是多台linux集群，因为收到的数据包ip地址都是同一个。

 

lvs负载均衡的三种模式（重要，涉及架构搭建）

1.基于NAT模式的lvs

NAT模式（network address translation），又称为网络地址转换。

数据交互过程：

第一步：互联网用户通过web请求到lvs调度器上，然后lvs通过算法选择转发给web1还是web2还是web3，假设这里选择了web1

第二步：lvs调度器更改web请求数据包的源ip与目标ip，比如以前的数据包src：B（互联网用户）des：124.126.147.168，更改后的数据包src：192.168.0.254（调度器本身）des：192.168.0.1，然后数据包转发给192.168.0.1

第三步：192.168.0.1收到web请求后，由于看到src地址是192.168.0.254，将响应的数据包转发给lvs调度器

第四步：调度器收到来自192.168.0.1的数据包后，再次更改数据包的src与des，比如src由192.168.0.1修改为124.126.147.168，des由192.168.0.254修改为B（互联网用户）。修改完成之后，转发给B。

第五步：互联网用户B收到来自于124.126.147.168的响应数据从而得到想要的内容

搭建此架构需要注意的事项：

第一：lvs调度器需要双网卡支持

第二：lvs调度器内网口需要和realserver在同一个局域网内

 

2.基于tun的负载均衡模式

在LVS（NAT）模式的集群环境中，由于所有的数据请求及响应的数据包都需要经过LVS调度器转发，如果后端服务器的数量大于10台，则调度器就会成为整个集群环境的瓶颈。我们知道，数据请求包往往远小于响应数据包的大小。因为响应数据包中包含有客户需要的具体数据，所以LVS（TUN）的思路就是将请求与响应数据分离，让调度器仅处理数据请求，而让真实服务器响应数据包直接返回给客户端。IP隧道（IP tunning）是一种数据包封装技术，它可以将原始数据包封装并添加新的包头（内容包括新的源地址及端口、目标地址及端口），从而实现将一个目标为调度器的VIP地址的数据包封装，通过隧道转发给后端的真实服务器（Real Server），通过将客户端发往调度器的原始数据包封装，并在其基础上添加新的数据包头（修改目标地址为调度器选择出来的真实服务器的IP地址及对应端口），LVS（TUN）模式要求真实服务器可以直接与外部网络连接，真实服务器在收到请求数据包后直接给客户端主机响应数据。

数据交互过程：

第一步：互联网用户通过web请求访问到lvs调度器，lvs调度器通过算法选择realserver转发web请求

第二步：转发之前，在原数据包的基础上，对des添加一层ip报头，src不变。这样就相当于建立了web1与lvs的隧道，这样web1就可以顺利收到转发后的数据包。

第三步：web1收到数据包后，查看到src来自于互联网用户，然后直接通过互联网回应给互联网用户B（这里realserver是否需要修改自己的src地址为124.126.147.168-待确定）

搭建此建构需要注意的事项：

第一：需要大量的公网ip地址，因为realserver和lvs调度器都需要暴露在互联网上（不安全）

第二：做到了请求数据与响应数据分离，摆脱了lvs的瓶颈问题

 

3.基于DR的负载均衡

所谓DR（direct route）直连路由模式,在LVS（TUN）模式下，由于需要在LVS调度器与真实服务器之间创建隧道连接，这同样会增加服务器的负担。该模式中LVS依然仅承担数据的入站请求以及根据算法选出合理的真实服务器，最终由后端真实服务器负责将响应数据包发送返回给客户端。与隧道模式不同的是，直接路由模式（DR模式）要求调度器与后端服务器必须在同一个局域网内，VIP地址需要在调度器与后端所有的服务器间共享，因为最终的真实服务器给客户端回应数据包时需要设置源IP为VIP地址，目标IP为客户端IP，这样客户端访问的是调度器的VIP地址，回应的源地址也依然是该VIP地址（真实服务器上的VIP），客户端是感觉不到后端服务器存在的。由于多台计算机都设置了同样一个VIP地址，所以在直接路由模式中要求调度器的VIP地址是对外可见的，客户端需要将请求数据包发送到调度器主机，而所有的真实服务器的VIP地址必须配置在Non-ARP的网络设备上，也就是该网络设备并不会向外广播自己的MAC及对应的IP地址，真实服务器的VIP对外界是不可见的，但真实服务器却可以接受目标地址VIP的网络请求，并在回应数据包时将源地址设置为该VIP地址。调度器根据算法在选出真实服务器后，在不修改数据报文的情况下，将数据帧的MAC地址修改为选出的真实服务器的MAC地址，通过交换机将该数据帧发给真实服务器。整个过程中，真实服务器的VIP不需要对外界可见。

数据交互过程：

第一步：互联网用户通过web请求访问到lvs调度器，调度器通过算法计算出应该转发到哪个mac地址的realserver上，比如web1

第二步：通过Non-ARP设备寻址，得知des mac = aa:bb:cc:dd的设备的ip地址为192.168.0.1，接着转发到web1

第三步：web1收到数据包后处理并回复互联网用户B，回复时带上自己的src地址为124.126.147.168

第四步：互联网用户B收到来自124.126.147.168的数据包并得到自己想要的内容

 

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