lvs的多种模式
原创
一.简介
LVS是Linux Virtual Server的简称，也就是Linux虚拟服务器, 是一个由章文嵩博士发起的自由软件项目，目前已经是Linux标准内核的一部分，但在Linux2.4内核以前，使用LVS时必须要重新编译内核以支持LVS功能模块。
类似于iptables的架构，在内核中有一段代码用于实时监听数据包来源的请求，当数据包到达端口时做一次重定向。这一系列的工作必须在内核中实现。在内核中实现数据包请求处理的代码叫做ipvs。ipvs仅仅提供了功能框架，还需要自己手动定义是数据对哪个服务的请求，而这种定义需要通过写规则来实现，写规则的工具就称为ipvsadm。
通过Lvs提供的负载均衡技术来实现一个高性能、高可用的服务器集群。Lvs对用户的请求进行分发，这个请求可以是网页、邮件、视频、DNS等等。
名词：
- VIP（Virtual IP）：Director用来向客户端提供服务的IP地址，因为需要做冗余，就需要2台Lvs虚拟一个共用的VIP，也是对外开放的外网ip。
- RIP（Real IP）：集群节点（后台真正提供服务的服务器）所使用的IP地址
- DIP（Director’s IP）：Director用来和RIP 进行联系的地址
- CIP（Client computer’s ）：公网IP，客户端用来访问服务的ip。
二.结构
使用LVS架设的服务器集群系统有三个部分组成：最前端的负载均衡层，用Load Balancer表示，中间的服务器群组层，用Server Array表示，最底端的数据共享存储层，用Shared Storage表示。在用户看来，所有的内部应用都是透明的，用户只是在使用一个虚拟服务器提供的高性能服务。
Load Balancer层： 位于整个集群系统的最前端，有一台或者多台负载调度器（Director Server）组成，它的作用主要是类似于一个路由器，根据设定通过路由表将用户的请求分发给后端的应用服务器上，它本身并不对请求有任何解读和处理。同时，还要安装对应用服务器的监控模块Ldirectord，此模块用于监测应用服务器的健康状况。在不可用时把它从LVS路由表中剔除，恢复时重新加入。
Server Array层： 由一组实际运行应用服务的机器组成，Real Server可以是WEB服务器、MAIL服务器、FTP服务器、DNS服务器、视频服务器中的一个或者多个。
Shared Storage层： 是为所有Real Server提供共享存储空间和内容一致性的存储区域，在物理上，一般有磁盘阵列设备组成，为了提供内容的一致性，一般可以通过NFS网络文件系统共享数据，但是NFS在繁忙的业务系统中，性能并不是很好，此时可以采用集群文件系统，例如Red hat的GFS文件系统，oracle提供的OCFS2文件系统等。
三.负载均衡
简介
LVS的IP负载均衡技术是通过IPVS模块来实现的，IPVS是LVS集群系统的核心软件，它的主要作用是：安装在Director Server上，同时在Director Server上虚拟出一个IP地址，用户必须通过这个虚拟的IP地址访问服务。这个虚拟IP一般称为LVS的VIP，即Virtual IP。
访问的请求首先经过VIP到达负载调度器，然后由负载调度器从Real Server列表中选取一个服务节点响应用户的请求。当用户的请求到达负载调度器后，调度器如何将请求发送到提供服务的Real Server节点，而Real Server节点如何返回数据给用户，有如下三种方式。
NAT（Network Address Translation）
步骤： NAT是一种外网和内网地址映射的技术，网络数据报的进出都要经过LVS的处理。LVS需要作为RS（真实服务器）的网关。当包到达LVS时，从后端应用服务器选择一个，做目标地址转换（DNAT），将目标IP改为RS的IP。Lvs就相当于一个路由器一样，做基本的路由转发。
RS接收到包以后，仿佛是客户端直接发给它的一样。RS处理完后，将包发送给客户端，这时RS的包通过网关（LVS）中转，LVS会做源地址转换（SNAT），将包的源地址改为VIP，这样，这个包对客户端看起来就仿佛是LVS直接返回给它的。客户端无法感知到后端RS的存在。
数据包地址转换过程： S:CIP D:VIP -> Director -> S:CIP D:RIP -> Real Server -> S:RIP D:CIP -> Director -> S:VIP D:CIP
特点： 在NAT方式下Lvs要对用户请求和响应报文做地址转换，当用户请求越来越多时，调度器的处理能力将成为瓶颈。 需要Lvs和RS在一个局域网，Lvs做RS的网关。 隐藏真实回应的ip。 支持端口映射。 后台的Real Server可以使用任何操作系统。
TUN（IP Tunneling）
步骤： TUN也就是IP隧道技术实现虚拟服务器，它将调度器收到的IP数据包封装在一个新的IP数据包中，转交给RS，然后RS的返回数据会直接返回给用户。
ip隧道是一个将ip报文封装到另一个ip报文的技术，将客户请求包封装在一个ip tunnel里面，然后发给RS节点服务器。这时候这个包的源ip就是Lvs的，目的ip是RS服务器的。
RS收到请求后解开里面的ip tunnel层，进行响应处理。并且直接把包通过自己的外网地址发送给客户，不用经过LVS。
数据包地址转换过程： DIP -> VIP 基于隧道来传输，在数据包外层额外封装了S:DIP D :RIP 的地址。
特点： 因为经过封装，所以RS一定不能是私有地址，可以异地容灾。 Lvs只处理用户的报文请求而不用发送回应，这样会提高一定的效率，但要维持ip隧道会降低一些效率。 直接将数据包返回给客户端，所以RS默认网关不能是DIP，必须是公网上某个路由器的地址。 需要RS的系统支持隧道。 不支持端口映射。 无法隐藏真实回应的ip。
DR（Direct Routing）
步骤： DR模式下，LVS只需要将网络帧的MAC地址修改为某一台RS的MAC，该包就会被转发到相应的RS处理，此时的源IP和目标IP都没变，LVS只是做了一下移花接木。RS收到LVS转发来的包时，链路层发现MAC是自己的，到上面的网络层，发现IP(虚拟的)也是自己的，于是这个包被合法地接受，RS感知不到前面有LVS的存在。而当RS返回响应时，只要直接向源IP（即用户的IP）返回即可，不再经过LVS。
数据包地址转换过程： S:CIP D:VIP -> Director -> S:CIP D:RIP -> Real Server -> S:VIP D:CIP
特点： 因为只改写进来的网络包的mac地址，不管理出去的，也没有ip隧道，所以性能最好。 不需要和Lvs在一个网段，但需要RS有一块网卡和Lvs连接在同一物理网段上。 无法隐藏ip地址。 不支持端口映射。 RS不能将网关指向DIP。 直接将数据包返回给客户端，所以Real Server默认网关不能是DIP，必须是公网上某个路由器的地址； RIP 为公网地址，管理员可以远程连接Real Server来查看工作状态； 一旦Director 宕机，可以通过修改DNS记录将A记录指向RIP 继续向外提供服务；
原创声明：本文系作者授权腾讯云开发者社区发表，未经许可，不得转载。
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