LVS负载均衡技术介绍

Posted 2020-07-03

一、LVS集群介绍

 LVS集群采用IP负载均衡技术和基于内容请求分发技术，因为所有的操作都是在Linux操作系统核心空间中将完成的，它的调度开销很小，所以调度器具有很好的吞吐率，将请求均衡地转移到不同的服务器上执行，且调度器自动屏蔽掉服 务器的故障，从而将一组服务器构成一个高性能的、高可用的虚拟服务器。整个服务器集群的结构对客户是透明的，而且无需修改客户端和服务器端的程序，实现模式主要有：VS/NAT模式，VS/TUN模式（IP隧道模式），VS/DR模式（直接路由模式）。

二、LVS负载均衡方式

  1、LVS-NAT 

   LVS-NAT模式应用了NAT这一特性，将内部的一组服务器映射到一个虚拟的IP上，然后以虚拟服务节点的身份对外提供服务。由于客户端请求和响应都必须经过Director Server，所以Director容易成为集群的瓶颈，这也使得LVS-NAT模式支持的集群数较少。

lvs-nat拓扑图

    

    配置好网络环境并在Real server上安装web服务，在Directory server上进行如下操作：

    

    ]# echo "1" > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward  #打开路由转发功能

    ]# ipvsadm -A -t 192.168.1.106:80 -s rr

    ]# ipvsadm -a -t 192.168.1.106:80 -r 192.168.10.3:80 -m

    ]# ipvsadm -a -t 192.168.1.106:80 -r 192.168.10.2:80 -m

  2、LVS-DR

    工作原理：Director根据不同的调度算法，选取一个Real Server，不修改也不封装IP报文，而是将数据帧的MAC地址改为选出服务器的MAC地址，再将修改后的数据帧在与服务器组的局域网上发送。因为数据帧的MAC地址是选出的服务器，所以服务器肯定可以收到这个数据帧，从中可以获得该IP报文。当服务器发现 报文的目标地址VIP是在本地的网络设备上，服务器处理这个报文，然后根据路由表将响应报文直接返回给客户。

     LVS-DR模式下Real Server和Director必须在同一物理网络。

lvs-dr模式拓扑图

    Director Server上配置：

     ~]# ifconfig eth2:0 192.168.145.200 netmask 255.255.255.255

     ~]# route add -host 192.168.145.200 dev eth2:0

     ~]# ipvsadm -At 192.168.145.200:80 -s rr

     ~]# ipvsadm -at 192.168.145.200:80 -r 192.168.145.203:80 -g

      ~]# ipvsadm -at 192.168.145.200:80 -r 192.168.145.205:80 -g

     Real Server上由于设置了VIP，所以需要关闭arp广播功能，配置入下：

     ~]# ifconfig lo:0 192.168.145.200 netmask 255.255.255.255

     ~]# route add -host 192.168.145.200 dev lo:0

     ~]# echo "1" > /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_ignore

     ~]# echo "2" > /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_announce

     ~]# echo "1" > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_ignore

     ~]# echo "2" > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_announce

    

    

  3、LVS-TUN

    采用NAT技术时，由于请求和响应报文都必须经过调度器地址重写，当客户请求越来越多时，调度器的处理能力将成为瓶颈。为了解决这个问题，调度器把请求报 文通过IP隧道转发至真实服务器，而真实服务器将响应直接返回给客户，所以调度器只处理请求报文，与LVS-DR不同的是LVS-TUN采用IP隧道技术，所以Real Server与Director可以在不同的物理网络。

    

lvs-tun拓扑图

    

    Director Server上配置：

     ~]# ifconfig tunl0 192.168.145.200 netmask 255.255.255.255 up

     ~]# route add -host 192.168.145.200 dev tunl0

     ~]# ipvsadm -At 192.168.145.200:80 -s rr

     ~]# ipvsadm -at 192.168.145.200:80 -r 192.168.145.203:80 -i

      ~]# ipvsadm -at 192.168.145.200:80 -r 192.168.145.205:80 -i

     Real Server上由于设置了VIP，所以需要关闭arp广播功能，配置入下：

     ~]# ifconfig tunl0 192.168.145.200 netmask 255.255.255.255 up

     ~]# route add -host 192.168.145.200 dev tunl0

     ~]# echo "1" > /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_ignore

     ~]# echo "2" > /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_announce

     ~]# echo "1" > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_ignore

     ~]# echo "2" > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_announce

三、三种模式优缺点

  NAT模式：

         优点：

                1.支持端口映射。

                2.Real Server可以使用任意的OS。

                3.只需要一个公网IP

         缺点：

                1.请求和响应报文都要经由director转发，director容易成为系统瓶颈。

                2.director和real server必须在同一网段。

    DR模式：

        优点：

            1.请求报文经由Director调度，但响应报文一定不能经由Director。

            2.Real Server地址可以使用私有地址；但也可以使用公网地址。

        缺点：

            1.Real Server和Director必须在同一物理网络中。

            2.不支持端口映射。

    TUN模式：

        优点：

            1.Real Server和Director可以在不同的物理网络中。

            2.请求报文经由Director调度，但响应报文一定不能经由Director。

        缺点：

            1.负载调度器、真实服务器必须支持隧道协议的网卡。

            2.需要多个公网IP。

            3.建立IP隧道需要额外开销。

            4.不支持端口映射。

        

    

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