初識LVS（一）——LVS介紹和LVS的NAT工作模式
LVS介紹
集群按照類型劃分可以分為：LB負載均衡型；HA高可用型；HP高性能型。LVS（linux virtual machine）是一款國人編寫用於LB負載均衡型被收錄進Linux內核的工具。LVS由ipvs和ipvsadmin組成，ipvs工作在netfilter框架上，而ipvsadm則是使用者在用戶空間的命令行工具，通過調用ipvs的API管理集群服務。LVS支持TCP、UDP、AH, EST, AH_EST, SCTP等諸多協議，與haproxy（haproxy也可以以mod tcp模式工作在傳輸層）和nginx工作在應用層的工具不同，LVS工作在內核層，所以可以突破套接字文件65535的最大數量限制。由於LVS相比以前的iptables dnat負載均衡功能有了很大的改善，LVS在被收錄進內核後使得iptables負載均衡功能不再作為重點進行開發。
準備知識
1.netfiletr是一個工作在內核空間的安全框架，在數據傳輸必經的PREROUTING、INPUT、OUTPUT、POSTROUTING、FORWARD五條路徑上設置了檢查規則
各種守護進程（服務）是工作在用戶空間對外提供服務，當接收到請求的主機就是用戶訪問的目標主機時，數據會先通過PREROUTING再經由INPUT進入到用戶空間
當守護進程處理完用戶請求後，會通過OUTPUT和POSTROUTING將響應返還給請求者
如果接收到請求的主機發現目標主機不是他自身，則會通過PREOUTING、FORWARD、POSTROUTING將該請求轉發出去
2.LVS和iptables在很大程度上相互間不兼容，所以在使用LVS的時候請確保iptables服務處於關閉狀態
LVS的NAT模式介紹
LVS在負載均衡架構中充當一個調度器（director）的角色，所有客戶端訪問的地址指向為LVS的公網IP地址，它再將接收到的請求根據算法分配給後端的服務器，整個架構為：
假設用戶端的IP為CIP，LVS公網地址為VIP，內網服務器地址為RIP，LVS通過DIP與RIP進行通信，其中DIP和RIP為內網地址。用戶請求數據流的軌跡為：
當用戶發起一個請求時，請求從VIP接口流入，此時數據源地址是CIP；目標地址是VIP（步驟1），LVS接收到請求後拆掉mac地址封裝後看到目標IP地址就是自己，按照正常流程會通過INPUT轉入用戶空間（步驟2），但此時工作在INPUT鏈上的LVS會強行將數據轉到POSTROUTING上（步驟3），並根據LVS的算法選擇後端具體的服務器，以選擇服務器1為例，通過DNAT後轉發給服務器1（步驟4），此時源地址CIP，目標地址變成了RIP1。
服務器回復用戶數據流的軌跡為：
當服務器1響應用戶的請求時，數據報文中源地址為RIP1；目標地址為CIP（步驟1），服務器1根據自身掩碼和CIP地址做與運算後得知CIP與自己不在同一網段，於是將請求轉交給網關處理，所以服務器1的網關要指向DIP。LVS負載均衡器接收到請求後發現目標地址並不是自己，於是經過FORWARD鏈進行轉發，此時要求LVS負載均衡器開啟核心轉發功能，再經過SNAT轉換後源地址改為VIP目標地址為CIP（步驟2），交還客戶端。
總結
LVS-NAT模式下數據流路徑：
請求時數據流的路徑：PREROUTING-->INPUT-->POSTRONTING
響應時數據流的路徑：PREROUTING-->FORWARD-->POSTROUTING
LVS-NAT特點:
1.請求和響應報文都要經由director轉發；有些負載的場景中（如視頻網站）director可能會成為系統瓶頸
2.由於請求和響應報文都需要經過directory，所以支持端口映射
3.RS應該和DIP應該使用私網地址，且RS的網關要指向DIP
4.RS可以使用任意OS
5.LVS在NAT模式，做單邊地址轉換，收請求時做DNAT目標地址轉換，響應請求時做SNAT源地址轉換
6.director需要開啟核心轉發功能
操作步驟
網絡拓撲
網絡結構如下圖所示：
LVS負載均衡器和web服務器系統版本均為CentOS6.8，LVS負載均衡器有2張網卡，安裝ipvsadm作為director，web服務器安裝httpd提供頁面服務，此處便於演示效果讓2臺web服務器頁面不一致，安裝步驟省卻。
LVS NAT模式配置步驟
1.使用sysctl命令開啟director的核心轉發功能
或者在/etc/sysctl.conf配置文件中修改
2.確認核心轉發功能起開啟
3.指定LVS的director服務器，並選擇調度模式；指定realserver服務器並設置數據轉發類型，如果想做端口映射RIP後面可以跟轉發的端口號
4.查看設置是否生效
5.保存ipvsadm當前配置，指定一個保存文件，便於清理後從該文件恢復配置
6.確認web服務器的網關指向DIP
7.在客戶端使用瀏覽器訪問172.16.20.10後多刷新幾次，驗證效果，至此操作完成
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初識LVS（一）——LVS介紹和LVS的NAT工作模式