LVS介绍——三种工作模式（NAT、TUN-IP、TUN-DR）分析

内容要点：

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一、企业群集应用概述：

二、企业群集分类：

三、负载均衡群集工作模式分析：

四、负载均衡群集架构：

五、LVS 虚拟服务器：

一、企业群集应用概述：

在互联网应用中，随着站点对硬件性能、响应速度、服务稳定性、数据可靠性等要求越来越高，单台服务器远不能满足需求，此时就需要多台服务器组成一个集群，但是对外仍表现的是一个整体，类似于一个“代表”。

群集：

• Cluster ，集群 ，群集

• 由多台主机构成，但对外只表现为一个整体

二、企业群集分类：

根据群集所针对的目标差异，可分为三种类型：

• 负载均衡群集；

• 高可用群集；

• 高性能运算群集；

（1）负载均衡集群（Load Balance Cluster）

• 以提高应用系统的响应能力、尽可能处理更多的访问请求、减少延迟为目标，获得高并发、高负载（LB）的整体性能；

• LB 的负载分配依赖于主节点的分流算法；

（2）高可用群集 （High Availability Cluster）

• 以提高应用系统的可靠性、尽可能地减少中断时间为目标，确保服务的连续性，达到高可用（HA）的容错效果；

• HA 的工作方式包括双工和主从两种模式

（3）高性能运算群集 （High Performmance Computer Cluster）

• 是以提高应用系统的 CPU运算速度、扩展硬件资源和分析能力为目标，获得相当于大型，超级计算机的高性能运算（HPC）能力；

• 高性能运算群集的高性能依赖于 “分布式运算”、 “并行计算” ，通过专用硬件和软件将多个服务器的CPU、内存等资源整合在一起。

三、负载均衡群集工作模式分析：

负载均衡群集是目前企业用的最多的群集类型，群集的负载均衡调度技术有三种工作模式：

1、地址转换（NAT）

2、IP 隧道

3、直接路由

（一）、NAT模式（VS-NAT）

原理：就是把客户端发来的数据包的IP头的目的地址，在负载均衡器上换成其中一台RS的IP地址并发至此RS来处理,RS处理完后把数据交给负载均衡器,负载均衡器再把数据包原IP地址改为自己的IP，将目的地址改为客户端IP地址即可期间,无论是进来的流量,还是出去的流量,都必须经过负载均衡器

优点：集群中的物理服务器可以使用任何支持TCP/IP操作系统，只有负载均衡器需要一个合法的IP地址

缺点：扩展性有限。当服务器节点（普通PC服务器）增长过多时,负载均衡器将成为整个系统的瓶颈

因为所有的请求包和应答包的流向都经过负载均衡器。当服务器节点过多时

大量的数据包都交汇在负载均衡器那，速度就会变慢！

（二）、IP隧道模式（VS-TUN）

原理：首先要知道，互联网上的大多Internet服务的请求包很短小，而应答包通常很大，那么隧道模式就是，把客户端发来的数据包，封装一个新的IP头标记(仅目的IP)发给RS，RS收到后,先把数据包的头解开,还原数据包,处理后,直接返回给客户端,不需要再经过负载均衡器。注意,由于RS需要对负载均衡器发过来的数据包进行还原,所以说必须支持。

IPTUNNEL协议，所以,在RS的内核中,必须编译支持IPTUNNEL这个选项

优点：负载均衡器只负责将请求包分发给后端节点服务器，而RS将应答包直接发给用户。所以，减少了负载均衡器的大量数据流动，负载均衡器不再是系统的瓶颈，就能处理很巨大的请求量。这种方式，一台负载均衡器能够为很多RS进行分发。而且跑在公网上就能进行不同地域的分发。

缺点：隧道模式的RS节点需要合法IP，这种方式需要所有的服务器支持”IP Tunneling”(IP Encapsulation)协议，服务器可能只局限在部分Linux系统上。

（三）、直接路由模式（VS-DR）

原理：负载均衡器和RS都使用同一个IP对外服务但只有DR对ARP请求进行响应，所有RS对本身这个IP的ARP请求保持静默也就是说,网关会把对这个服务IP的请求全部定向给DR，而DR收到数据包后根据调度算法,找出对应的RS,把目的MAC地址改为RS的MAC（因为IP一致），并将请求分发给这台RS这时RS收到这个数据包,处理完成之后，由于IP一致，可以直接将数据返给客户。则等于直接从客户端收到这个数据包无异,处理后直接返回给客户端由于负载均衡器要对二层包头进行改换,所以负载均衡器和RS之间必须在一个广播域也可以简单的理解为在同一台交换机上。

优点：和TUN（隧道模式）一样，负载均衡器也只是分发请求，应答包通过单独的路由方法返回给客户端，与VS-TUN相比，VS-DR这种实现方式不需要隧道结构，因此可以使用大多数操作系统做为物理服务器。

缺点：（不能说缺点，只能说是不足）要求负载均衡器的网卡必须与物理网卡在一个物理段上。

四、负载均衡群集架构：

第一层：负载均衡器

第二层：服务器池

第三层：共享存储

负载均衡结构图：

五、LVS 虚拟服务器：

Linux Virtual Server

●针对Linux内核的负载均衡解决方案

●1998年5月，由我国的章文嵩博士创建

●官方网站: http://www.linuxvirtualserver.org/

（1）LVS 的负载调度算法：

1、轮询：将收到的访问请求按照顺序轮流分配给群集中的各节点（真实的服务器），均等地对待每一台服务器，而不管服务器实际的连接数和系统负载。

2、加权轮询：根据真实服务器的处理能力轮流分配收到的访问请求，调度器可以自动查询各节点的负载情况，并动态调整其权重；保证处理能力强的服务器承担更多的访问流量。

（2）LVS 负载调度算法：

1、最少连接：

根据真实服务器已建立的连接数进行分配，将收到的访问请求优先分配给连接最少的节点。

2、加权最少连接：

在服务器节点的性能差异较大的情况下，可以为真实服务器自动调整权重；并且权重较高的节点将承担更大比例的活动连接负载。

（3）LVS 群集创建于管理 （使用 ipvsadm工具）