千与千寻-LVS几种模式介绍

LVS几种模式介绍

2020-12-10
作者：王海波
分类：lvs
访问量：1066

说实话，我第一次听说这个概念比较晚，是我在2017年参加果壳网的面试，一个技术大拿问我知道什么是LVS吗？我说不知道，我都不知道这个是啥意思。后来通过自己的学习和实际工作中的接触才逐渐了解到。

LVS，linux virtual server，他可以提供IP网络层的负载均衡，性能要远远高于Nginx。

其主要模式主要有以下几种：

LVS-NAT 主要通过网络地址转换，修改目的IP实现。Network Address Translation

LVS-TUN 主要封装一层IP头 IP Tunneling

LVS-DR 主要是修改目的MAC Direct Routing

LVS-FULLNAT 这个是阿里研发的一种模式，主要是解决多vlan的场景，它会修改请求报文的(源/目的)地址、(源/目的)端口。

先看几个LVS的名词定义：

CIP:客户端ip

Director：负载调度集群的主机，简称DR

VIP：Virtual IP，向外提供服务的IP

RIP：Real Server IP，内部真正提供服务的IP

DIP：DR主机用于内部通信的IP

一个完整的经过LVS请求的都会涉及到上面几个角色。

1、LVS-NAT

流程示意图：

其请求处理流程：

1.客户端(Client)发送请求到LVS, 目标IP地址为VIP
2. LVS根据某种负载均衡算法选择一个Real-server，并记录连接信息到hash表中，然后修改客户端的request的目的IP地址为选择的RS（这个RIP只是内部通信用的），随后将请求发给RS，此时源IP为CIP，目的IP为RIP；
3. RS收到request包后，发现目的IP是自己的IP，于是处理请求，然后发送reply给LVS，此时源IP为RIP，目的IP是CIP；
4. LVS收到reply包后，修改reply包的的源地址为VIP，原端口为VIP端口；
5. LVS将reply发送给客户端；
6. 客户端来的属于本次连接的包，查hash表，然后发给对应的RS；
7. 客户端发送完毕，此次连接结束时，LVS自动从hash表中删除此条记录；

上面流程的特点是：

1、DR和RS必须是在同一个网段内，RS的网关配置成DIP,RIP和DIP都是用于内网机器间通信的IP。我感觉说的直白点，RS的网关为DR；

2、所有请求响应都要经过DR，这必然会导致DR会成为整个网络的瓶颈。

2、LVS-TUN

1.客户端Client 发送request包到LVS服务器, 目标地址VIP；
2. LVS按照算法选择后端的一个Real-server，并将记录一条消息到hash表中，然后将客户端的request包封装到一个新的IP包里，新IP包的目的IP是RIP，源IP是DIP，然后转发给RS；
3. RS收到包后，解封装，取出客户端的request包，发现还有一个IP包，目的地址是VIP，而RS发现在自己的虚拟网卡tunl0上有这个IP地址，于是处理客户端的请求，处理完成通过虚拟网卡发送给eth0网口发送出去，此时源IP为VIP，目的地址是CIP；
4. 该客户端的后面的request包，LVS直接按照hash表中的记录直接转发给Real-server，当传输完毕或者连接超时，那么将删除hash表中的记录。

该模式中：

RIP，VIP，DIP都可以是公网地址，可以跨网段；

请求报文都走DR，响应不走，直接由RS发送给Client。这个特点使得TUN的性能要相比NAT提升了几倍，且解决了跨网段问题，问题就在于其维护成本挺高的；

3、LVS-DR

1、客户端Client 发送request包到LVS服务器, 目标地址VIP；
2、LVS根据负载均衡算法选择一台active的Realserver，将此RIP所在网卡的mac地址作为目标mac地址，发送到局域网里，因为是在数据链路层，所以必须在同一局域网；
3、RS在局域网中收到这个帧，拆开后发现目标IP不是自己的IP，正常来讲RS会抛弃的，但由于我们在lo上配置了VIP，所以RS会接收该请求包，并进行处理。

4、处理后，RS直接经过网络发送给客户端，源IP为VIP，目的IP为CIP。

LVS-DR技术解决了NAT的DR瓶颈问题，提高性能，但其最大限制就是DR和RIP必须是同一网段的，解决不料跨网段的问题。

LVS-FULLNAT

这个是阿里做的。

LVS的DR和NAT模式要求RS和DR在同一个vlan中，导致部署成本过高；TUN模式虽然可以跨vlan，但RealServer上需要部署ipip隧道模块等，网络拓扑上需要连通外网，较复杂，不易运维。

为了解决上述问题，开发出FULLNAT，该模式和NAT模式的区别是：数据包进入时，除了做DNAT，还做SNAT（用户ip->内网ip），从而实现LVS-RealServer间可以跨vlan通讯，RealServer只需要连接到内网。