LVS原理篇：LVS简介、结构、四种模式、十种算法

LVS是Linux virtual server的缩写，为linux虚拟服务器，是一个虚拟的服务器集群系统。LVS简单工作原理为用户请求LVS VIP，LVS根据转发方式和算法，将请求转发给后端服务器，后端服务器接收到请求，返回给用户。对于用户来说，看不到Web后端具体的应用。

LVS原理篇：LVS简介、结构、四种模式、十种算法

一、LVS负载均衡简介

可伸缩网络服务有很多结构，但都有一个共同点：它们都需要一个前端的负载调度器。而实现虚拟网络服务的主要技术指出IP负载均衡技术是在负载调度器的实现技术里面效率最高的一个。
在已有的IP负载均衡技术中，主要有通过网络地址转换将一组服务器构成一个高性能的、高可用的虚拟服务器，通常称为VS/NAT技术。在分析VS/NAT的缺点和网络服务的非对称的基础上，可以通过IP隧道实现虚拟服务器的方法VS/TUN和通过直接路由实现虚拟服务器的方法VS/DR，它们可以极大地提高系统的伸缩性。(摘自 LINUX企业运维实战一书中)

二、LVS结构

LVS集群分为三层结构：

负载调度器(Load Blancer):是整个LVS集群对外的前端机器，负责敬爱嗯client的请求发送到一组服务器【多台 LB IP】上执行，而client则认为返回来是同一个IP(通常把这个IP成为虚拟ip或VIP)
服务器池(server pool):一组真正执行clinet请求的服务器，一般是web服务器；除了web，还有FTP、MAIL、DNS等
共享存储(shared stord):它为server pool提供了一个共享的存储区，很容易让服务器池拥有相同的内容，提供相同的服务

三、LVS相关术语

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：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、LVS负载均衡工作原理

1、LVS DR模式

LVS DR原理详解图

这里写图片描述

LVS DR原理：用户请求LVS到达director，director将请求的报文的目的MAC地址改为后端的realserver的MAC地址，目的IP为VIP(不变)，源IP为client IP地址(不变)，然后director将报文发送到realserver，realserver检测到目的地址为自己本地的VIP，如果在同一网段，将请求直接返回给用户，如果用户跟realserver不在同一个网段，则需要通过网关返回给用户。

LVS DR特性：

前端路由将目标地址为VIP报文统统发给Director Server
RS跟Director Server必须有一个网卡在同一个物理网络中
所有的请求报文经由Director Server，但响应报文必须不能进过Director Server
所有的real server机器上都有VIP地址

2、LVS NAT模式

LVS NAT原理详解图

LVS NAT原理：用户请求LVS到达director，director将请求的报文的目的IP改为RIP，同时将报文的目标端口也改为realserver的相应端口，最后将报文发送到realserver上，realserver将数据返回给director，director再把数据发送给用户

LVS NAT特性：

NAT模式修改的是目的ip，直接走的是switch不需要修改mac地址，所以VIP和RIP不需要在同一个网段内
NAT的包的进出都需要经过LVS，所以LVS可能会成为一个系统的瓶颈问题

3、LVS FULLNAT模式

LVS FULLNAT报文变化

LVS FULLNAT特性：

FULLNAT模式也不需要DIP和RIP在同一网段
FULLNAT和NAT相比的话：会保证RS的回包一定可到达LVS
FULLNAT需要更新源IP，所以性能正常比NAT模式下降10%

4、LVS TUN原理

LVS TUN原理详解图

LVS TUN原理：用户请求LVS到达director，director通过IP-TUN加密技术将请求报文的包封装到一个新的IP包里面，目的IP为VIP(不变)，然后director将报文发送到realserver，realserver基于IP-TUN解密，然后解析出来包的目的为VIP，检测网卡是否绑定了VIP，绑定了就处理这个包，如果在同一个网段，将请求直接返回给用户，否则通过网关返回给用户；如果没有绑定VIP就直接丢掉这个包

LVS TUN特性：

TUNNEL必须在所有的realserver上绑定VIP
realserver直接把包发给client
隧道模式运维起来会比较难，所以一般不用

5、四种模式的比较

是否需要VIP和realserver在同一网段
DR模式因为只修改包的MAC地址，需要通过ARP广播找到realserver，所以VIP和realserver必须在同一个网段，也就是说DR模式需要先确认这个IP是否只能挂在这个LVS下面；其他模式因为都会修改目的地址为realserver的IP地址，所以不需要在同一个网段内
是否需要在realserver上绑定VIP
realserver在收到包之后会判断目的地址是否是自己的IP
DR模式的目的地址没有修改，还是VIP，所以需要在realserver上绑定VIP
IP TUN模式值是对包重新包装了一层，realserver解析后的包的IP仍然是VIP，所以也需要在realserver上绑定VIP
四种模式的性能比较
DR模式、IP TUN模式都是在包进入的时候经过LVS，在包返回的时候直接返回给client；所以二者的性能比NAT高
但TUN模式更加复杂，所以性能不如DR
FULLNAT模式不仅更换目的IP还更换了源IP，所以性能比NAT下降10%
性能比较：DR>TUN>NAT>FULLNAT