LVS简单介绍

Posted 2021-10-28 zmanzi

一、LVS简介

linux virtual server简称LVS，Internet的快速增长使多媒体网络服务器面对的访问数量快速增加，服务器需要具备提供大量并发访问服务的能力，因此对于大负载的服务器来讲， CPU、I/O处理能力很快会成为瓶颈。由于单台服务器的性能总是有限的，简单的提高硬件性能并不能真正解决这个问题。为此，必须采用多服务器和负载均衡技术才能满足大量并发访问的需要。Linux 虚拟服务器(Linux Virtual Servers,LVS) 使用负载均衡技术将多台服务器组成一个虚拟服务器。它为适应快速增长的网络访问需求提供了一个负载能力易于扩展，而价格低廉的解决方案。lvs的负载能力特别强，优化空间特别大，lvs的变种DPVS据说是lvs性能的几倍，由爱奇艺开发，并广泛用于爱奇艺IDC。其他负载均衡服务器还有nginx，haproxy，F5，Netscale。

二、组成部分

LVS 由2部分程序组成，包括 ipvs 和 ipvsadm。

1. IPVS(ip virtual server)：一段代码工作在内核空间，叫IPVS，是真正生效实现调度的代码。IPVS的总体结构主要由IP包处理、负载均衡算法、系统配置与管理三个模块及虚拟服务器与真实服务器链表组成。
2. ipvsadm：另外一段是工作在用户空间，叫ipvsadm，即IPVS管理器，负责为ipvs内核框架编写规则，定义谁是集群服务，而谁是后端真实的服务器(Real Server)。

三、技术术语

• DS：Director Server。指的是前端负载均衡器节点。
• RS：Real Server。后端真实的工作服务器。
• VIP：Virtual IP，向外部直接面向用户请求，作为用户请求的目标的IP地址。
• DIP：Director Server IP，主要用于和内部主机通讯的IP地址。
• RIP：Real Server IP，后端服务器的IP地址。
• CIP：Client IP，访问客户端的IP地址。

四、模式介绍

　　D_NAT：NAT模型其实就是通过网络地址转换来实现负载均衡的,它的工作方式几乎跟DNAT一模一样的,目前的DNAT只能转发到一个目标地址,早期的DNAT是可以将请求转发到多个目标的,在LVS出现之后就将此功能从DNAT种去掉了,下面来说说NAT模型的工作方式或者说NAT模型是怎么实现负载均衡的,根据上图,
1.用户请求VIP(也可以说是CIP请求VIP)
2,Director Server 收到用户的请求后,发现源地址为CIP请求的目标地址为VIP,那么Director Server会认为用户请求的是一个集群服务,那么Director Server 会根据此前设定好的调度算法将用户请求负载给某台Real Server ；假如说此时Director Server 根据调度算法的结果会将请求分摊到RealServer1上去,那么Director Server 会将用户的请求报文中的目标地址,从原来的VIP改为RealServer1的IP,然后再转发给RealServer1
3,此时RealServer1收到一个源地址为CIP目标地址为自己的请求,那么RealServer1处理好请求后会将一个源地址为自己目标地址为CIP的数据包通过Director Server 发出去,
4.当Driector Server收到一个源地址为RealServer1 的IP 目标地址为CIP的数据包,此时Driector Server 会将源地址修改为VIP,然后再将数据包发送给用户,

在LVS/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(Director)，当真实服务器(RealServer)的数目在10台和20台之间时，负载调度器(Director)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。如果能将请求和响应分开处理，即在负载调度器(Director)中只负责调度请求而响应直接(RealServer)返回给客户，将极大地提高整个集群系统的吞吐量。

　　DR:上面说了NAT模型的实现方式,那么NAT模型有个缺陷,因为进出的每个数据包都要经过Director Server,当集群系统负载过大的时候Director Server将会成为整个集群系统的瓶颈,那么DR模型就避免了这样的情况发生,DR模型在只有请求的时候才会经过Director Server, 回应的数据包由Real Server 直接响应用户不需要经过Director Server,其实三种模型中最常用的也就是DR模型了,下面来说DR模型具体是怎么实现负载均衡的,根据上图,
1, 首先用户用CIP请求VIP, 
2, 根据上图可以看到,不管是Director Server还是Real Server上都需要配置VIP,那么当用户请求到达我们的集群网络的前端路由器的时候,请求数据包的源地址为CIP目标地址为VIP,此时路由器会发广播问谁是VIP,那么我们集群中所有的节点都配置有VIP,此时谁先响应路由器那么路由器就会将用户请求发给谁,这样一来我们的集群系统是不是没有意义了,那我们可以在网关路由器上配置静态路由指定VIP就是Director Server,或者使用一种机制不让Real Server 接收来自网络中的ARP地址解析请求,这样一来用户的请求数据包都会经过Director Servre,
3,当Director Server收到用户的请求后根据此前设定好的调度算法结果来确定将请求负载到某台Real Server上去,假如说此时根据调度算法的结果,会将请求负载到Real Server 1上面去,此时Director Server 会将数据帧中的目标MAC地址修改为Real Server1的MAC地址,然后再将数据帧发送出去,
4,当Real Server1 收到一个源地址为CIP目标地址为VIP的数据包时,Real Server1发现目标地址为VIP,而VIP是自己,于是接受数据包并给予处理,当Real Server1处理完请求后,会将一个源地址为VIP目标地址为CIP的数据包发出去,此时的响应请求就不会再经过Director Server了,而是直接响应给用户