LVS负载均衡集群架构

摘要：本文已获得原作者霸都民工哥授权。简单介绍虚拟服务器，是一个虚拟的服务器集群系统，可以在和系统中运行，年开发研究的项目。官方网站发展史在内核时，就已经以内核补丁的形式出现从。

本文已获得原作者霸都民工哥授权。

为什么需要使用负载均衡呢？这是一个必较重要的问题 
实际生产环境中某单台服务器已不能负载日常用访问压力时，就需要使用负载均衡，把用户的请求数据分担到（尽可能平均分配）后端所有功能同等的集群的节点上,同样也是为了解决单台服务器故障问题，从而提高用户的访问体验。

LVS（linux virtual server）LINUX 虚拟服务器，是一个虚拟的服务器集群系统，可以在 linux 和 unix 系统中运行，1985年开发研究的项目。
官方网站：http://www.linuxvirtualserver...

IPVS(lvs)发展史

在linux2.2内核时，IPVS 就已经以内核补丁的形式出现
从2.4。24版本以后 IPVS 已经成为 linux 内核官方标准内核的一部分

LVS 工作原理

LVS 负载均衡调度技术是在 linux 内核中实现的，我们使用配置 LVS 时，不是直接配置内核中的 IPVS，而是通过 IPVS 的管理工具 IPVSADM 来管理配置

LVS 集群负载均衡器接受所有入站客户端的请求，并根据算法来决定由哪个集群的节点来处理请求

LVS 相关术语介绍

虚拟 IP 地址（VIP）：用于向客户端提供服务的 IP 地址（配置于负载均衡器上）

真实的IP地址（RIP）：集群中节点服务器的IP地址

负载均衡器 IP 地址（DIP）：物理网卡上的IP，用与同外网连接的地址

客户端主机 IP 地址（CIP）： 终端请求用户的主机IP地址

NAT 网络地址转换模式（VS/NAT）

通过网络地址转换，调度器 LB 重写请求报文的目标地址，根据算法将请求分配给后端的真实主机服务器，真实服务器响应处理报文后返回给调度器 LB ，经过 LB 的报文源地址被重写，再返回给请求的客户端用户

过程详解

1：客户端请求 CIP（10.10.0.1:80)目标的地址是VIP(1.1.1.1:80）
2：数据经过 LB，目的地址将被 LB 改写成后端服务器其中一个主机地址（RIP 192.168.1.1:80）
3：服务器接收到数据请求后返回应答信息（源地址：192.168.1.：80，目的地址：1.1.1.1:80，因此处的网关地址需指向LB）给 LB
4：LB 需将源数据地址改写成 VIP 地址（1.1.1.1:80，但实际的源地址是RIP1的地址）
5：LB 将数据返回给请求的客户端用户，完成整个流程的访问
因此 WEB 访问量很大的时候，LB 就会有很大的负载压力，一般支持10-20台节点，但是这种模式支持IP和端口的转换功能，即10.10.0.1:80---->1.1.1.1:80---->192.168.1.1:8080

TUN 隧道模式（VS/TUN）

LB 将请求的报文通过IP隧道转发给真实服务器，这样 LB 只要需要处理请求入站报文，因此可提高访问效率

过程详解

1：客户端发送请求数据包（源：CIP10.10.1.1:80，目的地址：VIP1.1.1.1:80）
2：数据包到达 LB 后，LB 将数据包重新封装成另一个 IP 包（源目地址不变，增加一个IP头），通过隧道转发给真实服务器
3：真实服务器收到数据包后进行解包，数据包信息是（源：CIP 10.10.1.1:80，目的地址：VIP 1.1.1.1:80），最终发现目的地址不是自己（因此需要在服务器LO上绑定一个VIP地址），这样才会处理数据，返回处理数据
4：客户端接收到返回的数据（源地址 VIP 1.1.1.1:80，目的地址 CIP 10.10.1.1:80），符合 TCP/IP 的原理，因此整个访问过程完成

注：这时肯定有朋友发现这里会有一个问题，每台服务器上都绑定了一个相同 VIP 地址，用户访问时的目的地址也是 VIP，当数据包达到路由器后经过转发至内网，内网可能会产生多台回应数据包的机器，然后用户收到的最快回应的内网机器发来的数据，这样一来数据包也就没有经过 LB，就不是负载均衡了，所以需要做抑制 ARP 的功能，使所有真实服务器不再响应目的地址是 VIP 的请求，只要 LB 来响应请求，从而达到负载均衡。在实际生产环境中很少使用这种模式

DR 模式（Direct Routing）直接路由模式

此模式是通过改写请求报文的目标 MAC 地址，将请求发给真实服务器，而真实服务器将响应后的数据直接回应给请求的客户端，此模式要求 LB 与真实服务器需要有一块物理网卡都是连接在同一网段上

过程详解

1：客户端发出请求数据包（源 CIP 10.10.1.1:80 目的VIP1.1.1.1:80）
2：LB 接收到数据包后，不转换地址及端口，也不重新封装，只是将数据帧中的目的地址的 MAC 地址改写算法调度的真实机的 MAC 地址，将数据包转发出去
3：真实机收到数据后，但是发现数据包中目的地址不是自己（所以事先也得在 LO 上绑定一个 VIP 地址，同时配置抑制ARP），这样真实机做出响应直接回复客户端
4：客户端收到回复的数据包（源 VIP 1.1.1.1:80 目的 CIP 10.10.1.1:80）,完成整个访问过程

注：LB 只能改写目的 MAC 地址，因此它不能改变请求报文的目的端口端口，LVS 只支持 unix 和 linux，但集群节点服务器可以是 win 系统，此种模式配置相当麻烦

FULLNAT 模式（淘宝开源）

解决了上述三种的缺点
解决了真实服务器能跨越 VLAN 通讯，只需要连接到内网即可

入站时:
目标 IP 更改为真实服务器的 IP,源 IP 更改为内网的本地IP（一组内网IP）
出站时:
目标IP更改为客户端的 IP，源 IP 更换为 VIP

LVS 的调度算法决定了如何在集群节点之间分配负载压力（访问请求）

调度算法

rr 轮循调度：将请求依次分配给集群的节点，这种算法适用于各个节点处理能力基本相同的情况下

wrr 加权轮循调度：根据节点的权重来分配，权重较高的优先分配

wlc 加权最小连接数调度：按权重和连接数的数量来分配

lc 最小连接数调度：按连接数的数量来分配

实际生产环境 LVS 调度算法选型

一般网络服务，如 HTTP、MAIL、MYSQL 常用的调度算法有：rr、wlc、wrr

作者：霸都民工哥
链接：https://mp.weixin.qq.com/s...
来源：微信公众号

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