LVS介紹——三種工作模式（NAT、TUN-IP、TUN-DR）分析

內容要點：

一、企業群集應用概述：

二、企業群集分類：

三、負載均衡群集工作模式分析：

四、負載均衡群集架構：

五、LVS 虛擬服務器：

一、企業群集應用概述：

在互聯網應用中，隨著站點對硬件性能、響應速度、服務穩定性、數據可靠性等要求越來越高，單臺服務器遠不能滿足需求，此時就需要多臺服務器組成一個集群，但是對外仍表現的是一個整體，類似于一個“代表”。

群集：

• Cluster ，集群 ，群集
  

• 由多臺主機構成，但對外只表現為一個整體

二、企業群集分類：

根據群集所針對的目標差異，可分為三種類型：

• 負載均衡群集；

• 高可用群集；

• 高性能運算群集；

（1）負載均衡集群（Load Balance Cluster）

• 以提高應用系統的響應能力、盡可能處理更多的訪問請求、減少延遲為目標，獲得高并發、高負載（LB）的整體性能；
  

• LB 的負載分配依賴于主節點的分流算法；

（2）高可用群集 （High Availability Cluster）

• 以提高應用系統的可靠性、盡可能地減少中斷時間為目標，確保服務的連續性，達到高可用（HA）的容錯效果；
  

• HA 的工作方式包括雙工和主從兩種模式

（3）高性能運算群集 （High Performmance Computer Cluster）

• 是以提高應用系統的 CPU運算速度、擴展硬件資源和分析能力為目標，獲得相當于大型，超級計算機的高性能運算（HPC）能力；
  

• 高性能運算群集的高性能依賴于 “分布式運算”、 “并行計算” ，通過專用硬件和軟件將多個服務器的CPU、內存等資源整合在一起。

三、負載均衡群集工作模式分析：

負載均衡群集是目前企業用的最多的群集類型，群集的負載均衡調度技術有三種工作模式：

1、地址轉換（NAT）

2、IP 隧道

3、直接路由

（一）、NAT模式（VS-NAT）

原理：就是把客戶端發來的數據包的IP頭的目的地址，在負載均衡器上換成其中一臺RS的IP地址并發至此RS來處理,RS處理完后把數據交給負載均衡器,負載均衡器再把數據包原IP地址改為自己的IP，將目的地址改為客戶端IP地址即可期間,無論是進來的流量,還是出去的流量,都必須經過負載均衡器

優點：集群中的物理服務器可以使用任何支持TCP/IP操作系統，只有負載均衡器需要一個合法的IP地址

缺點：擴展性有限。當服務器節點（普通PC服務器）增長過多時,負載均衡器將成為整個系統的瓶頸

因為所有的請求包和應答包的流向都經過負載均衡器。當服務器節點過多時

大量的數據包都交匯在負載均衡器那，速度就會變慢！

（二）、IP隧道模式（VS-TUN）

原理：首先要知道，互聯網上的大多Internet服務的請求包很短小，而應答包通常很大，那么隧道模式就是，把客戶端發來的數據包，封裝一個新的IP頭標記(僅目的IP)發給RS，RS收到后,先把數據包的頭解開,還原數據包,處理后,直接返回給客戶端,不需要再經過負載均衡器。注意,由于RS需要對負載均衡器發過來的數據包進行還原,所以說必須支持。

IPTUNNEL協議，所以,在RS的內核中,必須編譯支持IPTUNNEL這個選項

優點：負載均衡器只負責將請求包分發給后端節點服務器，而RS將應答包直接發給用戶。所以，減少了負載均衡器的大量數據流動，負載均衡器不再是系統的瓶頸，就能處理很巨大的請求量。這種方式，一臺負載均衡器能夠為很多RS進行分發。而且跑在公網上就能進行不同地域的分發。

缺點：隧道模式的RS節點需要合法IP，這種方式需要所有的服務器支持”IP Tunneling”(IP Encapsulation)協議，服務器可能只局限在部分Linux系統上。

（三）、直接路由模式（VS-DR）

原理：負載均衡器和RS都使用同一個IP對外服務但只有DR對ARP請求進行響應，所有RS對本身這個IP的ARP請求保持靜默也就是說,網關會把對這個服務IP的請求全部定向給DR，而DR收到數據包后根據調度算法,找出對應的RS,把目的MAC地址改為RS的MAC（因為IP一致），并將請求分發給這臺RS這時RS收到這個數據包,處理完成之后，由于IP一致，可以直接將數據返給客戶。則等于直接從客戶端收到這個數據包無異,處理后直接返回給客戶端由于負載均衡器要對二層包頭進行改換,所以負載均衡器和RS之間必須在一個廣播域也可以簡單的理解為在同一臺交換機上。

優點：和TUN（隧道模式）一樣，負載均衡器也只是分發請求，應答包通過單獨的路由方法返回給客戶端，與VS-TUN相比，VS-DR這種實現方式不需要隧道結構，因此可以使用大多數操作系統做為物理服務器。

缺點：（不能說缺點，只能說是不足）要求負載均衡器的網卡必須與物理網卡在一個物理段上。

四、負載均衡群集架構：

第一層：負載均衡器

第二層：服務器池

第三層：共享存儲

負載均衡結構圖：

五、LVS 虛擬服務器：

Linux Virtual Server

●針對Linux內核的負載均衡解決方案

●1998年5月，由我國的章文嵩博士創建

●官方網站: http://www.linuxvirtualserver.org/

（1）LVS 的負載調度算法：

1、輪詢：將收到的訪問請求按照順序輪流分配給群集中的各節點（真實的服務器），均等地對待每一臺服務器，而不管服務器實際的連接數和系統負載。

2、加權輪詢：根據真實服務器的處理能力輪流分配收到的訪問請求，調度器可以自動查詢各節點的負載情況，并動態調整其權重；保證處理能力強的服務器承擔更多的訪問流量。

（2）LVS 負載調度算法：

1、最少連接：

根據真實服務器已建立的連接數進行分配，將收到的訪問請求優先分配給連接最少的節點。

2、加權最少連接：

在服務器節點的性能差異較大的情況下，可以為真實服務器自動調整權重；并且權重較高的節點將承擔更大比例的活動連接負載。

（3）LVS 群集創建于管理 （使用 ipvsadm工具）