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负载均衡集群——LVS之四种模式

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  • 一、DR模式
  • 二、TUN模式
  • 三、NAT模式
  • 四、full-nat模式

一、DR模式

Virtual Server via Direct Routing(VS-DR):用直接路由技术实现虚拟服务器。当参与集群的计算机和作为控制管理的计算机在同一个网段时可以用此方法,控制管理的计算机接收到请求包时直接送到参与集群的节点。直接路由模式工作在数据链路层上(二层)。

工作原理 :
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如上图所示,Director 和 REAL SERVER 都配置同一个IP(VIP),Director 将该IP配置到对外的网卡上,Real server 将该IP配置到 lo 网卡上。配置 arp_ignore 为1(目的是让数据包发出apr请求时,只有 Director 会响应该 arp 请求),所有 REAL SERVER 对本身这个 IP 的 ARP 请求保持静默。而 Director 收到数据包后根据调度算法,找出对应的 REAL SERVER,把目的 MAC 地址改为 REAL SERVER的 MAC并发给这台 REAL SERVER 。这时 REAL SERVER 通过网卡 eth0 收到这个数据包,由于Real Server上的 lo 网卡配置的也有 VIP,所以 RS 接收该数据包。处理后直接返回给客户端(这里要配置 arp_announce ,目的是修改返回数据包的源 ip 地址。)。由于DR要对二层包头进行改换,所以 DR 和 REAL SERVER 之间必须在一个广播域,也可以简单的理解为在同一台交换机上。

数据包流转过程:
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DR模式的数据在服务器集群中的流向如上图所示,请求报文经过 LVS 到达后端真实的 WEB 服务器,而响应报文,则直接发给客户端,并不需要通过调度器。

二、TUN模式

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  • 客户端将请求发往前端的负载均衡器,请求报文源地址是 CIP,目标地址为 VIP。
  • 负载均衡器收到报文后,发现请求的是在规则里面存在的地址,那么它将在客户端请求报文的首部再封装一层 IP 报文,将源地址改为DIP,目标地址改为 RIP ,并将此包发送给 RS 。
  • RS 收到请求报文后,会首先拆开第一层封装,然后发现里面还有一层 IP 首部的目标地址是自己 lo 接口上的 VIP ,所以会处理次请求报文,并将响应报文通过 lo 接口送给 eth 0网卡(这个网卡一般指和调度器在一个网段的网卡)直接发送给客户端。注意: 需要设置 lo 接口的 VIP 不能在公网上出现。
  • 在 VS/TUN 的集群系统中,负载调度器只将请求调度到不同的后端服务器,后端服务器将应答的数据直接返回给用户。这样,负载调度器就可以处理大量的请求,它甚至可以调度百台以上的服务器(同等规模的服务器),而它不会成为系统的瓶颈。即使负载调度器只有 100Mbps 的全双工网卡,整个系统的最大吞吐量可超过 1Gbps。所以,VS/TUN 可以极大地增加负载调度器调度的服务器数量。VS/TUN 调度器可以调度上百台服务器,而它本身不会成为系统的瓶颈,可以用来构建高性能的超级服务器。

三、NAT模式

Virtual Server via NAT(VS-NAT):用地址翻译实现虚拟服务器。地址转换器有能被外界访问到的合法 IP 地址,它修改来自专有网络的流出包的地址。外界看起来包是来自地址转换器本身,当外界包送到转换器时,它能判断出应该将包送到内部网的哪个节点。
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数据包流转的过程如上图所示:

  • 当用户请求到达 DirectorServer ,此时请求的数据报文会先到内核空间的 PREROUTING 链。 此时报文的源 IP 为 CIP,目标IP为VIP 。
  • PREROUTING 检查发现数据包的目标 IP 是本机,将数据包送至INPUT 链。
  • IPVS 比对数据包请求的服务是否为集群服务,若是,修改数据包的目标 IP 地址为后端服务器 IP,然后将数据包发至 POSTROUTING 链。 此时报文的源 IP 为 CIP,目标 IP 为 RIP ,在这个过程完成了目标 IP 的转换。
  • POSTROUTING 链通过选路,将数据包发送给 Real Server。
  • Real Server 比对发现目标为自己的 IP,开始构建响应报文发回给 Director Server。 此时报文的源 IP 为 RIP,目标 IP 为 CIP 。
  • Director Server 在响应客户端前,此时会将源IP地址修改为自己的 VIP 地址,然后响应给客户端。 此时报文的源 IP 为 VIP,目标 IP 为 CIP。

NAT模式优点是节省IP地址,能对内部进行伪装;缺点是效率低,因为返回给请求方的数据包经过调度器。

四、full-nat模式

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特点:

  • RIP,DIP可以使用私有地址。
  • RIP和DIP可以不再同一个网络中,且RIP的网关未必需要指向DIP。
  • 支持端口映射。
  • RS 的 OS可以使用任意类型。
  • 请求报文经由 Director,响应报文也经由 Director。
  • 抗攻击,跨 vlan,需要重新编译内核。
    优点:解决了跨VLAN的问题。采用这种方式,LVS和RS的部署在VLAN上将不再有任何限制,大大提高了运维部署的便利性。

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