LVS的負載均衡 LVS負載均衡機制 lvs nat 模式 lvs tun 模式 LVS DR模式 lvs fullnat 模式 負載均衡實現 ...
LVS的負載均衡
1）負載均衡技術有很多實現方案：
有基於DNS功能變數名稱輪流解析的方法、有基於客戶端調度訪問的方法、有基於應用層系統負載的調度方法，還有基於IP地址的調度方法。
這些負載調度演算法中，執行效率最高的是IP負載均衡技術。
2）LVS的IP負載均衡技術是通過IPVS模塊來實現的，IPVS是LVS集群系統的核心軟體，它的主要作用是：
安裝在Director Server上，同時在Director Server上虛擬出一個IP地址，用戶必須通過這個虛擬的IP地址訪問服務。
這個虛擬IP一般稱為LVS的VIP，即Virtual IP。
訪問的請求首先經過VIP到達負載調度器，然後由負載調度器從Real Server列表中選取一個服務節點響應用戶的請求。
3）當用戶的請求到達負載調度器後，調度器將請求發送到提供服務的Real Server節點，Real Server節點返回數據給用戶，這是IPVS實現的重點技術。
4）IPVS實現負載均衡機制有三種，分別是NAT、TUN和DR。LVS負載均衡機制
LVS的工作模式總結
VS/NAT VS/TUN VS/DR vs/fullnat
Server any Tunneling Non-arp device
server network private LAN/WAN LAN
server number low (10~20) High (100) High (100)
server gateway load balancer own router Own router
lvs-nat 與lvs-fullnat ：請求和響應報文都經由Director
lvs-nat ：RIP 的網關要指向DIP
lvs-fullnat ：RIP 和DIP 未必在同一IP 網路，但要能通信
lvs-dr 與lvs-tun ：請求報文要經由Director，但響應報文由RS直接發往Client
lvs-dr ：通過封裝新的MAC 首部實現，通過MAC 網路轉發
lvs-tun ：通過在原IP 報文外封裝新IP頭實現轉發，支持遠距離通信
lvs-nat ：修改請求報文的目標IP, 多目標IP的DNAT（目標地址轉換）
lvs-dr ：操縱封裝新的MAC地址
lvs-tun ：在原請求IP報文之外新加一個IP首部
lvs-fullnat ：修改請求報文的源和目標IPlvs-nat 模式
修改請求報文的目標IP, 多目標IP的DNAT
VS/NAT： 即（Virtual Server via Network Address Translation）
也就是網路地址翻譯技術實現虛擬伺服器，當用戶請求到達調度器時，調度器將請求報文的目標地址（即虛擬IP地址）改寫成選定的Real Server地址，同時報文的目標埠也改成選定的Real Server的相應埠，最後將報文請求發送到選定的Real Server。
在伺服器端得到數據後，Real Server返回數據給用戶時，需要再次經過負載調度器將報文的源地址和源埠改成虛擬IP地址和相應埠，然後把數據發送給用戶，完成整個負載調度過程。
可以看出，在NAT方式下，用戶請求和響應報文都必須經過Director Server地址重寫，當用戶請求越來越多時，調度器的處理能力將稱為瓶頸。
lvs-nat註意：
本質是多目標IP的DNAT ，通過將請求報文中的目標地址和目標埠修改為某挑出的RS的RIP和PORT實現轉發
1）RIP 和DIP可以在也可以不在同一個IP網路，且應該使用私網地址，RS的網關要指向DIP
2）請求報文和響應報文都必須經由Director 轉發，Director易於成為系統瓶頸
3）支持埠映射，可修改請求報文的目標PORT
4）VS 必須是Linux系統，RS可以是任意OS
5）nat工作模式的Director有兩個ip是vip和dip，vip用戶客戶端通信提供服務，dip用於真實伺服器通信。lvs-tun 模式
VS/TUN：即（Virtual Server via IP Tunneling）
也就是IP隧道技術實現虛擬伺服器，它的連接調度和管理與VS/NAT方式一樣，只是它的報文轉發方法不同。
VS/TUN方式中，調度器採用IP隧道技術將用戶請求轉發到某個Real Server，而這個Real Server將直接響應用戶的請求，不再經過前端調度器。
此外，對Real Server的地域位置沒有要求，可以和Director Server位於同一個網段，也可以是獨立的一個網路。
因此，在TUN方式中，調度器將只處理用戶的報文請求，集群系統的吞吐量大大提高。
lvs-tun註意：
轉發方式：
不修改請求報文的IP首部（源IP為CIP，目標IP為VIP），而在源IP報文之外再封裝一個IP首部（源IP是DIP，目標IP是RIP），將報文發往挑選出的目標RS ，RS直接響應給客戶端（源IP是VIP ，目標IP是CIP）
1）DIP, VIP, RIP 都應該是公網地址
2）RS的網關不能也不可能指向DIP
3）請求報文要經由Director ，但響應不能經由Director
4）不支持埠映射
5）RS的OS須支持隧道功能
LVS-DR模式
操縱封裝新的MAC地址
VS/DR：即（Virtual Server via Direct Routing）
也就是用直接路由技術實現虛擬伺服器，它的連接調度和管理與VS/NAT和VS/TUN中的一樣，但它的報文轉發方法又有不同。
VS/DR通過改寫請求報文的MAC地址，將請求發送到Real Server，而Real Server將響應直接返回給客戶，免去了VS/TUN中的IP隧道開銷。
這種方式是三種負載調度機制中性能最高最好的，但是必須要求Director Server與Real Server都有一塊網卡連在同一物理網段上。
Direct Routing，直接路由，LVS 預設模式，應用最廣泛, 通過為請求報文重新封裝一個MAC首部進行轉發，源MAC是DIP所在的介面的MAC ，目標MAC是某挑選出的RS 的RIP所在介面的MAC地址，源IP/PORT和目標IP/PORT均保持不變。
lvs-dr註意：
Director和各RS都配置有VIP
1）確保前端路由器將目標IP 為VIP 的請求報文發往Director
在前端網關做靜態綁定VIP 和Director的MAC 地址
在RS上使用arptables工具
arptables -A IN -d $VIP -j DROP
arptables -A OUT -s $VIP -j mangle --mangle-ip-s $RIP
在RS上修改內核參數以限制arp通告及應答級別
arp_announce
arp_ignore
2）RS的RIP可以使用私網地址，也可以是公網地址，RIP與DIP在同一IP網路，RIP的網關不能指向DIP，以確保響應報文不會經由Director
3）RS和Director要在同一個物理網路
4）請求報文要經由Director，但響應報文不經由Director，而由RS直接發往Client
5）不支持埠映射（埠不能修敗）
6）RS可使用大多數OS
lvs-fullnat 模式
lvs-fullnat ：
通過同時修改請求報文的源IP地址和目標IP地址進行轉發
CIP --> DIP
VIP --> RIP
1）VIP 是公網地址，RIP 和DIP 是私網地址，且通常不在同一IP 網路，因此，RIP 的網關一般不會指向DIP
2）RS收到的請求報文源地址是DIP，因此，只需響應給DIP ，但Director還要將其發往Client
3）請求和響應報文都經由Director
4）支持埠映射；負載均衡實現
負載均衡集群設計時要註意的問題
(1)是否需要會話保持
(2)是否需要共用存儲
共用存儲：NAS，SAN，DS （分散式存儲）
數據同步：
lvs-nat：
設計要點：
(1) RIP 與DIP 在同一IP 網路, RIP 的網關要指向DIP
(2) 支持埠映射
(3) Director要打開核心轉發功能
lvs-dr：
dr模型中，各主機上均需要配置VIP，解決地址衝突的方式有三種：
(1)在前端網關做靜態綁定
(2)在各RS 使用arptables
(3)在各RS 修改內核參數，來限制arp響應和通告的級別
三種方法中只有第三種方法修改RS的內核參數最實用
限制響應級別：arp_ignore
0：預設值，表示可使用本地任意介面上配置的任意地址進行響應
1: 僅在請求的目標IP 配置在本地主機的接收到請求報文的介面上時，才給予響應
限制通告級別：arp_announce
0 ：預設值，把本機所有介面的所有信息向每個介面的網路進行通告
1 ：儘量避免將介面信息向非直接連接網路進行通告
2 ：必須避免將介面信息向非本網路進行通告
實現LVS-DR的配置腳本
RS 的預配置腳本
#!/bin/bash
vip=192.168.0.100
mask='255.255.255.255‘
dev=lo:1
case $1 in
start)
echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_ignore
echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_ignore
echo 2 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_announce
echo 2 > /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_announce
ifconfig $dev $vip netmask $mask broadcast $vip up
route add -host $vip dev $dev
;;
stop)
ifconfig $dev down
echo 0 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_ignore
echo 0 > /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_ignore
echo 0 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_announce
echo 0 > /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_announce
;;
*)
echo "Usage: $(basename $0) start|stop"
exit 1
;;
esac
VS的配置腳本
#!/bin/bash
vip='192.168.0.100'
iface='eth0:1'
mask='255.255.255.255'
port='80'
rs1='192.168.0.101'
rs2='192.168.0.102'
scheduler='wrr'
type='-g'
case $1 in
start)
ifconfig $iface $vip netmask $mask broadcast $vip up
iptables -F
ipvsadm -A -t ${vip}:${port} -s $scheduler
ipvsadm -a -t ${vip}:${port} -r ${rs1} $type -w 1
ipvsadm -a -t ${vip}:${port} -r ${rs2} $type -w 1
;;
stop)
ipvsadm -C
ifconfig $iface down
;;
*)
echo "Usage $(basename $0) start|stop“;exit 1
;;
esac
