LVS(Linux Virtual Server)学习笔记

LVS(Linux Virtual Server)学习笔记

此文主要对lvs负载均衡学习的总结,一为记录,二为巩固。主要介绍:1、lvs基础;2、lvs的配置;3、lvs的实现

一、LVS基础

1.1 什么是lvs

  LVS是Linux Virtual Server的缩写,顾名思义是一个虚拟的服务器集群系统,项目在1998年5月由张文嵩博士成立,在linux 2.6版本后,LVS被收录到内核中。

1.2 lvs能拿来干什么

  LVS作为一个调度器,能把用户的大量并发请求负载均衡至后端服务器,使得网站在高并发下还能提供服务,而不至于瘫痪。LVS技术要达到的目标是:通过LVS提供的负载均衡技术和Linux操作系统实现一个高性能、高可用的服务器群集,它具有良好可靠性、可扩展性和可操作性。从而以低廉的成本实现最优的服务性能。 LVS自从1998年开始,发展到现在已经是一个比较成熟的技术项目了。可以利用LVS技术实现高可伸缩的、高可用的网络服务,例如WWW服务、Cache服务、DNS服务、FTP服务、MAIL服务、视频/音频点播服务等等,有许多比较著名网站和组织都在使用LVS架设的集群系统,例如:Linux的门户网站(www.linux.com)、向RealPlayer提供音频视频服务而闻名的Real公司(www.real.com)、全球最大的开源网站(sourceforge.net)等。

1.3 lvs的工作模式

  LVS是四层负载均衡,也就是说建立在OSI模型的第四层——传输层之上,传输层上有我们熟悉的TCP/UDP,LVS支持TCP/UDP的负载均衡。因为LVS是四层负载均衡,因此它相对于其它高层负载均衡的解决办法,比如DNS域名轮流解析、应用层负载的调度、客户端的调度等,它的效率是非常高的。

  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。 当用户的请求到达负载调度器后,调度器如何将请求发送到提供服务的Real Server节点,而Real Server节点如何返回数据给用户,是IPVS实现的重点技术,IPVS实现负载均衡机制有几种,分别是NAT、DR、TUN及FULLNAT。

1.3.1 lvs-nat工作模式

  NAT(Network Address Translation 网络地址转换)是一种外网和内外地址映射的技术,内网可以是私有网址,外网可以使用NAT方法修改数据报头,让外网与内网能够互相通信。NAT模式下,网络数据报的进出都要经过LVS的处理。LVS需要作为RS(真实服务器)的网关。当包到达LVS时,LVS做目标地址转换(DNAT),将目标IP改为RS的IP。RS接收到包以后,仿佛是客户端直接发给它的一样。RS处理完,返回响应时,源IP是RS IP,目标IP是客户端的IP。这时RS的包通过网关(LVS)中转,LVS会做源地址转换(SNAT),将包的源地址改为VIP,这样,这个包对客户端看起来就仿佛是LVS直接返回给它的。客户端无法感知到后端RS的存在。

缺点:在整个过程中,所有输入输出的流量都要经过LVS 调度服务器。显然,LVS 调度服务器的网络I/O压力将会非常大,因此很容易成为瓶颈,特别是对于请求流量很小,而响应流量很大的Web类应用来说尤为如此。

优点: NAT模式的优点在于配置及管理简单,由于了使用NAT技术,LVS 调度器及应用服务器可以在不同网段中,网络架构更灵活,应用服务器只需要进行简单的网络设定即可加入集群。

1.3.2 lvs-dr工作模式(最为常用)

lvs-dr.png.JPG

  DR(Direct Routing 直接路由模式)此模式时LVS 调度器只接收客户发来的请求并将请求转发给后端服务器,后端服务器处理请求后直接把内容直接响应给客户,而不用再次经过LVS调度器。LVS只需要将网络帧的MAC地址修改为某一台后端服务器RS的MAC,该包就会被转发到相应的RS处理,注意此时的源IP和目标IP都没变。RS收到LVS转发来的包时,链路层发现MAC是自己的,到上面的网络层,发现IP也是自己的,于是这个包被合法地接受,RS感知不到前面有LVS的存在。而当RS返回响应时,只要直接向源IP(即用户的IP)返回即可,不再经过LVS。

缺点:唯一的缺陷在于它要求LVS 调度器及所有应用服务器在同一个网段中,因此不能实现集群的跨网段应用。

优点:可见在处理过程中LVS Route只处理请求的直接路由转发,所有响应结果由各个应用服务器自行处理,并对用户进行回复,网络流量将集中在LVS调度器之上。

1.3.3 lvs-tun 工作模式

lvs-tun.JPG

  TUN(virtual server via ip tunneling IP 隧道)调度器把请求的报文通过IP隧道转发到真实的服务器。真实的服务器将响应处理后的数据直接返回给客户端。这样调度器就只处理请求入站报文。此转发方式不修改请求报文的IP首部(源IP为CIP,目标IP为VIP),而在原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),由于一般网络服务应答数据比请求报文大很多,采用lvs-tun模式后,集群系统的最大吞吐量可以提高10倍

缺点:由于后端服务器RS处理数据后响应发送给用户,此时需要租借大量IP(特别是后端服务器使用较多的情况下)。

优点:实现lvs-tun模式时,LVS 调度器将TCP/IP请求进行重新封装并转发给后端服务器,由目标应用服务器直接回复用户。应用服务器之间是通过IP 隧道来进行转发,故两者可以存在于不同的网段中。

1.3.4 lvs-fullnat模式(此类型默认不支持

  此模式类似DNAT,它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

1.4 LVS 的调度算法

根据其调度时是否考虑各RS当前的负载状态,可分为静态方法和动态方法两种。

1.5 ipvsadm lvs负载均衡管理命令

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