Lvs的的介紹：

Lvs：Linux Virtual Server，負載調度器，集成內核 ，是一套開源軟件；用於實現負載均衡，工作在內核空間，四層轉發和四層路由，即在傳輸層轉發，由於工作在內核空間，突破了套接字數量的限制，工作性能極強，經測試能夠實現400w並發。

lvs集群類型中的術語：

VS：VirtualServer，Director，Dispatcher(調度器)，Load Balancer

RS：Real Server(lvs裏)， upstream server(nginx裏)，backend server(haproxy裏)、Replica（副本）

CIP：Client IP 客戶端ip

VIP

DIP: DirectorIP VS 內網的IP

RIP: Realserver IP

VS: Virtual Server，負責調度
RS:Real Server，負責真正提供服務
官網： http://www.linuxvirtualserver.org/

LVS基本工作原理

1. 當用戶向負載均衡調度器（VS或者叫LB）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。

四種集群的工作類型

LVS/NAT： NAT模式。修改請求報文的目標IP,多目標IP的DNAT。

LVS/DR：DirectRouting（直接路由）。操縱封裝新的MAC地址。

LVS/TUN：Tunneling（隧道）。在原請求IP報文之外新加一個IP首部。

LVS/FULLNAT：Full NAT。修改請求報文的源和目標IP。

1、 lvs-nat：

原理：本質是多目標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

特性：

（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OS系統

體系拓撲圖：

NAT模式的報文詳細流向拓撲圖

(1). 當用戶請求到達DirectorServer，此時請求的數據報文會先到內核空間的PREROUTING鏈。 此時報文的源IP為CIP，目標IP為VIP
(2). PREROUTING檢查發現數據包的目標IP是本機，將數據包送至INPUT鏈
(3). IPVS比對數據包請求的服務是否為集群服務，若是，修改數據包的目標IP地址為後端服務器IP，然後將數據包發至POSTROUTING鏈。 此時報文的源IP為CIP，目標IP為RIP
(4). POSTROUTING鏈通過選路，將數據包發送給Real Server
(5). Real Server比對發現目標為自己的IP，開始構建響應報文發回給DirectorServer。 此時報文的源IP為RIP，目標IP為CIP
(6). Director Server在響應客戶端前，此時會將源IP地址修改為自己的VIP地址，然後響應給客戶端。 此時報文的源IP為VIP，目標IP為CIP2。

2. LVS/DR

原理：LVS-DR： Direct Routing，直接路由， LVS默認模式,應用最廣泛,通過為請求報文重新封裝一個MAC首部進行轉發，源MAC是DIP
所在的接口的MAC，目標MAC是某挑選出的RS的RIP所在接口的
MAC地址；源IP/PORT，以及目標IP/PORT均保持不變。

特性：

1、特點1：保證前端路由將目標地址為VIP報文統統發給Director Server，而不是RS。

2、RS可以使用私有地址；也可以是公網地址，如果使用公網地址，此時可以通過互聯網對RIP進行直接訪問。

3、RS跟Director Server必須在同一個物理網絡中。

4、所有的請求報文經由DirectorServer，但響應報文必須不能進過Director Server。

5、不支持地址轉換，也不支持端口映射。

6、RS可以是大多數常見的操作系統。

7、RS的網關絕不允許指向DIP(因為我們不允許他經過director)。

8、RS上的lo接口配置VIP的IP地址。

9、缺陷：RS和DS必須在同一機房中。

DR的結構拓撲圖：

DR模式的報文詳細流向拓撲圖

(1) 當用戶請求到達Director Server，此時請求的數據報文會先到內核空間的PREROUTING鏈。此時報文的源IP為CIP，目標IP為VIP 。
(2) PREROUTING檢查發現數據包的目標IP是本機，將數據包送至INPUT鏈。
(3) IPVS比對數據包請求的服務是否為集群服務，若是，在請求報文的首部再次封裝一層IP報文，封裝源IP為為DIP，目標IP為RIP。然後發至POSTROUTING鏈。此時源IP為DIP，目標IP為RIP 。
(4) POSTROUTING鏈根據最新封裝的IP報文，將數據包發至RS（因為在外層封裝多了一層IP首部，所以可以理解為此時通過隧道傳輸）。此時源IP為DIP，目標IP為RIP。
(5) RS接收到報文後發現是自己的IP地址，就將報文接收下來，拆除掉最外層的IP後，會發現裏面還有一層IP首部，而且目標是自己的lo接口VIP，那麽此時RS開始處理此請求，處理完成之後，通過lo接口送給eth0網卡，然後向外傳遞。此時的源IP地址為VIP，目標IP為CIP。
(6) 響應報文最終送達至客戶端。

3、lvs-tun：
定義：轉發方式：不修改請求報文的IP首部（源IP為CIP，目標IP為VIP），而在原IP報文之外再封裝一個IP首部（源IP是DIP，目
標IP是RIP），將報文發往挑選出的目標RS； RS直接響應給客
戶端（源IP是VIP，目標IP是CIP）
特性：

(1) DIP, VIP, RIP都應該是公網地址
(2) RS的網關不能，也不可能指向DIP
(3) 請求報文要經由Director，但響應不能經由Director
(4) 不支持端口映射
(5) RS的OS須支持隧道功能

4、lvs-fullnat：

lvs-fullnat：通過同時修改請求報文的源IP地址和目標IP地址進行轉發
CIP --> DIP
VIP --> RIP
(1) VIP是公網地址， RIP和DIP是私網地址，且通常不在同一IP網絡；因此， RIP的網關一般不會指向DIP
(2) RS收到的請求報文源地址是DIP，因此，只需響應給
DIP；但Director還要將其發往Client
(3) 請求和響應報文都經由Director
(4) 支持端口映射；
註意：此類型kernel默認不支持

LVS調度算法

定義：根據其調度時是否考慮各RS當前的負載狀態，分為靜態方法和動態方法。

靜態方法：僅根據算法本身進行調度

1. RR：roundrobin，輪詢。

2. WRR：Weighted RR，加權輪詢。

3. SH：Source Hashing，實現session sticky，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。

4. 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，如：寬帶運營商。

動態方法：主要根據每RS當前的負載狀態及調度算法進行調度，Overhead=value較小的RS將被調度。

1. LC：least connections，最少連接，適用於長連接應用。Overhead=activeconns*256+inactiveconns

2. WLC：Weighted LC，加權最少連接，默認調度方法。Overhead=(activeconns*256+inactiveconns)/weight

3. SED：Shortest ExpectionDelay,初始連接高權重優先。Overhead=(activeconns+1)*256/weight

4. NQ：Never Queue，第一輪均勻分配，後續SED。

5. LBLC：Locality-Based LC，動態的DH算法，使用場景： 根據負載狀態實現正向代理。

6. LBLCR：LBLC withReplication，帶復制功能的LBLC，解決LBLC負載不均衡問題，從負載重的復制到負載輕的RS。

LVS工作模式總結：

• LVS/NAT, LVS/FULLNAT：請求和響應報文都經由VS

  • LVS/NAT：RIP的網關要指向DIP

  • LVS/FULLNAT：RIP和DIP未必在同一IP網絡，但要能通信

• LVS/DR, LVS/TUN：請求報文要經由VS，但響應報文由RS直接發往Client

  • LVS/DR：通過封裝新的MAC首部實現，通過MAC網絡轉發

  • LVS/TUN：通過在原IP報文之外封裝新的IP報文實現轉發，支持遠距離通信

註意：其實企業中最常用的是 DR 實現方式，而 NAT 配置上比較簡單和方便，後邊實踐中會總結DR 和 NAT 具體使用配置過程。

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簡述Lvs集群類型及調度算法