LVS負載均衡集羣架構

時間 2019-12-05

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寫在前面

爲何須要使用負載均衡呢？這是一個必較重要的問題
實際生產環境中某單臺服務器已不能負載平常用訪問壓力時，就須要使用負載均衡，把用戶的請求數據分擔到（儘量平均分配）後端全部功能同等的集羣的節點上,一樣也是爲了解決單臺服務器故障問題，從而提升用戶的訪問體驗。

LVS簡單介紹

LVS（linux virtual server）LINUX 虛擬服務器，是一個虛擬的服務器集羣系統，能夠在 linux 和 unix 系統中運行，1985年開發研究的項目。
官方網站：http://www.linuxvirtualserver...nginx

IPVS(lvs)發展史

在linux2.2內核時，IPVS 就已經之內核補丁的形式出現
從2.4。24版本之後 IPVS 已經成爲 linux 內核官方標準內核的一部分算法

LVS 工做原理

LVS 負載均衡調度技術是在 linux 內核中實現的，咱們使用配置 LVS 時，不是直接配置內核中的 IPVS，而是經過 IPVS 的管理工具 IPVSADM 來管理配置
LVS 集羣負載均衡器接受全部入站客戶端的請求，並根據算法來決定由哪一個集羣的節點來處理請求

LVS 相關術語介紹

虛擬 IP 地址（VIP）：用於向客戶端提供服務的 IP 地址（配置於負載均衡器上）
真實的IP地址（RIP）：集羣中節點服務器的IP地址
負載均衡器 IP 地址（DIP）：物理網卡上的IP，用與同外網鏈接的地址
客戶端主機 IP 地址（CIP）：終端請求用戶的主機IP地址

LVS 幾種工做模式介紹

NAT 網絡地址轉換模式（VS/NAT）

經過網絡地址轉換，調度器 LB 重寫請求報文的目標地址，根據算法將請求分配給後端的真實主機服務器，真實服務器響應處理報文後返回給調度器 LB ，通過 LB 的報文源地址被重寫，再返回給請求的客戶端用戶
後端

過程詳解

1：客戶端請求 CIP（10.10.0.1:80)目標的地址是VIP(1.1.1.1:80）
2：數據通過 LB，目的地址將被 LB 改寫成後端服務器其中一個主機地址（RIP 192.168.1.1:80）服務器

3：服務器接收到數據請求後返回應答信息（源地址：192.168.1.：80，目的地址：1.1.1.1:80，所以處的網關地址需指向LB）給 LB微信

4：LB 需將源數據地址改寫成 VIP 地址（1.1.1.1:80，但實際的源地址是RIP1的地址）網絡

5：LB 將數據返回給請求的客戶端用戶，完成整個流程的訪問
所以 WEB 訪問量很大的時候，LB 就會有很大的負載壓力，通常支持10-20臺節點，可是這種模式支持IP和端口的轉換功能，即10.10.0.1:80---->1.1.1.1:80---->192.168.1.1:8080架構

TUN 隧道模式（VS/TUN）

LB 將請求的報文經過IP隧道轉發給真實服務器，這樣 LB 只要須要處理請求入站報文，所以可提升訪問效率負載均衡

過程詳解

1：客戶端發送請求數據包（源：CIP10.10.1.1:80，目的地址：VIP1.1.1.1:80）
2：數據包到達 LB 後，LB 將數據包從新封裝成另外一個 IP 包（源目地址不變，增長一個IP頭），經過隧道轉發給真實服務器運維

3：真實服務器收到數據包後進行解包，數據包信息是（源：CIP 10.10.1.1:80，目的地址：VIP 1.1.1.1:80），最終發現目的地址不是本身（所以須要在服務器LO上綁定一個VIP地址），這樣纔會處理數據，返回處理數據

4：客戶端接收到返回的數據（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，所以整個訪問過程完成

注：這時確定有朋友發現這裏會有一個問題，每臺服務器上都綁定了一個相同 VIP 地址，用戶訪問時的目的地址也是 VIP，當數據包達到路由器後通過轉發至內網，內網可能會產生多臺迴應數據包的機器，而後用戶收到的最快回應的內網機器發來的數據，這樣一來數據包也就沒有通過 LB，就不是負載均衡了，因此須要作抑制 ARP 的功能，使全部真實服務器再也不響應目的地址是 VIP 的請求，只要 LB 來響應請求，從而達到負載均衡。在實際生產環境中不多使用這種模式

DR 模式（Direct Routing）直接路由模式

此模式是經過改寫請求報文的目標 MAC 地址，將請求發給真實服務器，而真實服務器將響應後的數據直接回應給請求的客戶端，此模式要求 LB 與真實服務器須要有一塊物理網卡都是鏈接在同一網段上

過程詳解

1：客戶端發出請求數據包（源 CIP 10.10.1.1:80 目的VIP1.1.1.1:80）
2：LB 接收到數據包後，不轉換地址及端口，也不從新封裝，只是將數據幀中的目的地址的 MAC 地址改寫算法調度的真實機的 MAC 地址，將數據包轉發出去

3：真實機收到數據後，可是發現數據包中目的地址不是本身（因此事先也得在 LO 上綁定一個 VIP 地址，同時配置抑制ARP），這樣真實機作出響應直接回復客戶端

4：客戶端收到回覆的數據包（源 VIP 1.1.1.1:80 目的 CIP 10.10.1.1:80）,完成整個訪問過程

注：LB 只能改寫目的 MAC 地址，所以它不能改變請求報文的目的端口端口，LVS 只支持 unix 和 linux，但集羣節點服務器能夠是 win 系統，此種模式配置至關麻煩