基於LVS的負載均衡實現之NAT
一 什麽是負載均衡
負載均衡，英文名稱為Load Balance，其意思就是分攤到多個操作單元上進行執行，例如Web服務器、FTP服務器、企業關鍵應用服務器和其它關鍵任務服務器等，從而共同完成工作任務。
二 什麽是LVS
LVS是Linux Virtual Server的簡寫，意即Linux虛擬服務器，是一個虛擬的服務器集群系統。本項目在1998年5月由章文嵩博士成立，是中國國內最早出現的自由軟件項目之一。LVS是負載均衡最著名的實現之一。
三 LVS基本工作原理
LVS集群采用IP負載均衡技術和基於內容請求分發技術。調度器具有很好的吞吐率，將請求均衡地轉移到不同的服務器上執行，且調度器自動屏蔽掉服務器的故障，從而將一組服務器構成一個高性能的、高可用的虛擬服務器。整個服務器集群的結構對客戶是透明的，而且無需修改客戶端和服務器端的程序。為此，在設計時需要考慮系統的透明性、可伸縮性、高可用性和易管理性。
1. 當用戶向負載均衡調度器（Director Server）發起請求，調度器將請求發往至內核空間
2. PREROUTING鏈首先會接收到用戶請求，判斷目標IP確定是本機IP，將數據包發往INPUT鏈
3. IPVS是工作在INPUT鏈上的，當用戶請求到達INPUT時，IPVS會將用戶請求和自己已定義好的集群服務進行比對，如果用戶請求的就是定義的集群服務，那麽此時IPVS會強行修改數據包裏的目標IP地址及端口，並將新的數據包發往POSTROUTING鏈
4. POSTROUTING鏈接收數據包後發現目標IP地址剛好是自己的後端服務器，那麽此時通過選路，將數據包最終發送給後端的服務器
四 LVS的組成部分
1. ipvs(ip virtual server)：一段代碼工作在內核空間，叫ipvs，是真正生效實現調度的代碼。
2. ipvsadm：另外一段是工作在用戶空間，叫ipvsadm，負責為ipvs內核框架編寫規則，定義誰是集群服務，而誰是後端真實的服務器(Real Server)
五 IPVS的調度算法
ipvs scheduler：
根據其調度時是否考慮各RS當前的負載狀態，可分為靜態方法和動態方法兩種：
靜態方法：僅根據算法本身進行調度
RR：roundrobin，輪詢
WRR：Weighted RR，加權輪詢
SH：Source Hashing，實現session sticy，源IP地址hash；將來自於同一個IP地址的請求始終發往第一次挑中的RS，從而實現會話綁定
DH：Destination Hashing；目標地址哈希，將發往同一個目標地址的請求始終轉發至第一次挑中的RS，典型使用場景是正向代理緩存場景中的負載均衡
動態方法：主要根據每個RS當前的負載狀態及調度算法進行調度
Overhead=
LC：least connections
Overhead=activeconns*256+inactiveconns
WLC：Weighted LC
Overhead=(activeconns*256+inactiveconns)/weight
SED：Shortest Expection Delay
Overhead=(activeconns+1)*256/weight
NQ：Never Queue
LBLC：Locality-Based LC，動態的DH算法；
LBLCR：LBLC with Replication，帶復制功能的LBLC
六 LVS相關術語
1. DS：Director Server。指的是前端負載均衡器節點。
2. RS：Real Server。後端真實的工作服務器。
3. VIP：向外部直接面向用戶請求，作為用戶請求的目標的IP地址。
4. DIP：Director Server IP，主要用於和內部主機通訊的IP地址。
5. RIP：Real Server IP，後端服務器的IP地址。
6. CIP：Client IP，訪問客戶端的IP地址。
LVS有四種類型的集群方式：
lvs-nat：修改請求報文的目標IP；多目標IP的DNAT
lvs-dr：操縱封裝新的MAC地址
lvs-tun：在原請求IP報文之外新加一個IP首部
lvs-fullnat：修改請求報文的源和目標IP
本文著重介紹lvs-nat方式的實現。同時搭建兩臺後端lamp服務器，以期實現負載均衡。
七 LVS-NAT原理和特點
多目標IP的DNAT，通過將請求報文中的目標地址和目標端口修改為某挑出的RS的RIP和PORT實現轉發
1. RIP和DIP必須在同一個IP網絡，且應該使用私網地址；RS的網關要指向DIP
2. 請求報文和響應報文都必須經由Director轉發；Director易於成為系統瓶頸
3. 支持端口映射，可修改請求報文的目標PORT
4. vs必須是Linux系統，rs可以是任意系統
八 後端服務器Real Server的LAMP簡單實現
# yum install -y httpd mysql-server php # echo "RS1:192.168.86.135" > /var/www/html/index.html # echo "RS2:192.168.86.136" > /var/www/html/index.html
九 實踐LVS-NAT類型
1.實驗環境
三臺服務器，一臺作為director，兩臺作為real server，director有一個外網網卡(172.18.67.11) 和一個內網ip(192.168.86.254)，兩個real server上只有內網 ip (192.168.86.135)和(192.168.86.136)，並且需要把兩個real server的內網網關設置為director的內網ip(192.168.86.254)
2.安裝和配置
Director上安裝ipvsadm並且配置規則
# yum install -y ipvsadm # ipvsadm -A -t 172.18.67.11:80 -s rr # ipvsadm -a -t 172.18.67.11 -r 192.168.86.135:80 -m -w 1 # ipvsadm -a -t 172.18.67.11 -r 192.168.86.136:80 -m -w 1
3.查看ipvsadm設置的規則
# ipvsadm -Ln
4.測試lvs的效果
另找一臺客戶端訪問
# curl http://172.18.67.11 RS1:192.168.86.135 # curl http://172.18.67.11 RS2:192.168.86.136
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