LVS负载均衡
LVS的负载均衡
1）负载均衡技术有很多实现方案：
有基于DNS域名轮流解析的方法、有基于客户端调度访问的方法、有基于应用层系统负载的调度方法，还有基于IP地址的调度方法。
这些负载调度算法中，执行效率最高的是IP负载均衡技术。
2）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。
3）当用户的请求到达负载调度器后，调度器将请求发送到提供服务的Real Server节点，Real Server节点返回数据给用户，这是IPVS实现的重点技术。
4）IPVS实现负载均衡机制有三种，分别是NAT、TUN和DR。LVS负载均衡机制
LVS的工作模式总结
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 与lvs-fullnat ：请求和响应报文都经由Director
lvs-nat ：RIP 的网关要指向DIP
lvs-fullnat ：RIP 和DIP 未必在同一IP 网络，但要能通信
lvs-dr 与lvs-tun ：请求报文要经由Director，但响应报文由RS直接发往Client
lvs-dr ：通过封装新的MAC 首部实现，通过MAC 网络转发
lvs-tun ：通过在原IP 报文外封装新IP头实现转发，支持远距离通信
lvs-nat ：修改请求报文的目标IP, 多目标IP的DNAT（目标地址转换）
lvs-dr ：操纵封装新的MAC地址
lvs-tun ：在原请求IP报文之外新加一个IP首部
lvs-fullnat ：修改请求报文的源和目标IPlvs-nat 模式
修改请求报文的目标IP, 多目标IP的DNAT
VS/NAT： 即（Virtual Server via Network Address Translation）
也就是网络地址翻译技术实现虚拟服务器，当用户请求到达调度器时，调度器将请求报文的目标地址（即虚拟IP地址）改写成选定的Real Server地址，同时报文的目标端口也改成选定的Real Server的相应端口，最后将报文请求发送到选定的Real Server。
在服务器端得到数据后，Real Server返回数据给用户时，需要再次经过负载调度器将报文的源地址和源端口改成虚拟IP地址和相应端口，然后把数据发送给用户，完成整个负载调度过程。
可以看出，在NAT方式下，用户请求和响应报文都必须经过Director Server地址重写，当用户请求越来越多时，调度器的处理能力将称为瓶颈。
lvs-nat注意：
本质是多目标IP的DNAT ，通过将请求报文中的目标地址和目标端口修改为某挑出的RS的RIP和PORT实现转发
1）RIP 和DIP可以在也可以不在同一个IP网络，且应该使用私网地址，RS的网关要指向DIP
2）请求报文和响应报文都必须经由Director 转发，Director易于成为系统瓶颈
3）支持端口映射，可修改请求报文的目标PORT
4）VS 必须是Linux系统，RS可以是任意OS
5）nat工作模式的Director有两个ip是vip和dip，vip用户客户端通信提供服务，dip用于真实服务器通信。lvs-tun 模式
VS/TUN：即（Virtual Server via IP Tunneling）
也就是IP隧道技术实现虚拟服务器，它的连接调度和管理与VS/NAT方式一样，只是它的报文转发方法不同。
VS/TUN方式中，调度器采用IP隧道技术将用户请求转发到某个Real Server，而这个Real Server将直接响应用户的请求，不再经过前端调度器。
此外，对Real Server的地域位置没有要求，可以和Director Server位于同一个网段，也可以是独立的一个网络。
因此，在TUN方式中，调度器将只处理用户的报文请求，集群系统的吞吐量大大提高。
lvs-tun注意：
转发方式：
不修改请求报文的IP首部（源IP为CIP，目标IP为VIP），而在源IP报文之外再封装一个IP首部（源IP是DIP，目标IP是RIP），将报文发往挑选出的目标RS ，RS直接响应给客户端（源IP是VIP ，目标IP是CIP）
1）DIP, VIP, RIP 都应该是公网地址
2）RS的网关不能也不可能指向DIP
3）请求报文要经由Director ，但响应不能经由Director
4）不支持端口映射
5）RS的OS须支持隧道功能LVS-DR模式
操纵封装新的MAC地址
VS/DR：即（Virtual Server via Direct Routing）
也就是用直接路由技术实现虚拟服务器，它的连接调度和管理与VS/NAT和VS/TUN中的一样，但它的报文转发方法又有不同。
VS/DR通过改写请求报文的MAC地址，将请求发送到Real Server，而Real Server将响应直接返回给客户，免去了VS/TUN中的IP隧道开销。
这种方式是三种负载调度机制中性能最高最好的，但是必须要求Director Server与Real Server都有一块网卡连在同一物理网段上。
Direct Routing，直接路由，LVS 默认模式，应用最广泛, 通过为请求报文重新封装一个MAC首部进行转发，源MAC是DIP所在的接口的MAC ，目标MAC是某挑选出的RS 的RIP所在接口的MAC地址，源IP/PORT和目标IP/PORT均保持不变。
lvs-dr注意：
Director和各RS都配置有VIP
1）确保前端路由器将目标IP 为VIP 的请求报文发往Director
在前端网关做静态绑定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上修改内核参数以限制arp通告及应答级别
arp_announce
arp_ignore
2）RS的RIP可以使用私网地址，也可以是公网地址，RIP与DIP在同一IP网络，RIP的网关不能指向DIP，以确保响应报文不会经由Director
3）RS和Director要在同一个物理网络
4）请求报文要经由Director，但响应报文不经由Director，而由RS直接发往Client
5）不支持端口映射（端口不能修败）
6）RS可使用大多数OSlvs-fullnat 模式
lvs-fullnat ：
通过同时修改请求报文的源IP地址和目标IP地址进行转发
CIP --> DIP
VIP --> RIP
1）VIP 是公网地址，RIP 和DIP 是私网地址，且通常不在同一IP 网络，因此，RIP 的网关一般不会指向DIP
2）RS收到的请求报文源地址是DIP，因此，只需响应给DIP ，但Director还要将其发往Client
3）请求和响应报文都经由Director
4）支持端口映射；负载均衡实现
负载均衡集群设计时要注意的问题
(1)是否需要会话保持
(2)是否需要共享存储
共享存储：NAS，SAN，DS （分布式存储）
数据同步：
lvs-nat：
设计要点：
(1) RIP 与DIP 在同一IP 网络, RIP 的网关要指向DIP
(2) 支持端口映射
(3) Director要打开核心转发功能
lvs-dr：
dr模型中，各主机上均需要配置VIP，解决地址冲突的方式有三种：
(1)在前端网关做静态绑定
(2)在各RS 使用arptables
(3)在各RS 修改内核参数，来限制arp响应和通告的级别
三种方法中只有第三种方法修改RS的内核参数最实用
限制响应级别：arp_ignore
0：默认值，表示可使用本地任意接口上配置的任意地址进行响应
1: 仅在请求的目标IP 配置在本地主机的接收到请求报文的接口上时，才给予响应
限制通告级别：arp_announce
0 ：默认值，把本机所有接口的所有信息向每个接口的网络进行通告
1 ：尽量避免将接口信息向非直接连接网络进行通告
2 ：必须避免将接口信息向非本网络进行通告
实现LVS-DR的配置脚本
RS 的预配置脚本
#!/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的配置脚本
#!/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
;;
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