应用负载均衡之LVS(一)：基本概念和三种模式

目录#

1. LVS基本概念
   • 什么是LVS
   • LVS的组成部分
2. LVS的三种工作模式
   • 地址转换模式（NAT模式）
   • IP隧道模式（TUN模式）
   • 直接路由模式（DR模式）
3. 常见实践和最佳实践
   • 模式选择建议
   • 配置示例
4. 总结
5. 参考资料

1. LVS基本概念#

1.1 什么是LVS#

LVS是Linux内核中集成的一个虚拟服务器软件，它通过IP负载均衡技术，将多个真实服务器（Real Server，简称RS）组成一个虚拟服务器（Virtual Server，简称VS）。客户端的请求首先到达LVS负载均衡器，负载均衡器根据预设的负载均衡算法，将请求转发到后端的某个真实服务器上进行处理，处理结果再返回给客户端。

1.2 LVS的组成部分#

LVS主要由以下三个部分组成：

• 负载调度器（Director Server）：负责接收客户端的请求，并根据负载均衡算法将请求转发到后端的真实服务器上。负载调度器可以是一台独立的服务器，也可以是多台服务器组成的集群。
• 真实服务器（Real Server）：负责处理客户端的请求，并将处理结果返回给负载调度器。真实服务器可以是物理服务器，也可以是虚拟机。
• 共享存储（可选）：如果应用程序需要共享数据，如数据库、文件系统等，可以使用共享存储来实现数据的共享。

2. LVS的三种工作模式#

2.1 地址转换模式（NAT模式）#

• 原理：NAT模式下，负载调度器接收客户端的请求，将请求的目标IP地址和端口修改为后端真实服务器的IP地址和端口，然后将请求转发给真实服务器。真实服务器处理完请求后，将响应结果返回给负载调度器，负载调度器再将响应结果的源IP地址和端口修改为虚拟服务器的IP地址和端口，最后将响应结果返回给客户端。
• 优点：配置简单，只需要在负载调度器上进行配置，后端真实服务器不需要进行特殊配置。
• 缺点：负载调度器成为了系统的瓶颈，因为所有的请求和响应都需要经过负载调度器。此外，由于需要修改IP地址和端口，会增加一定的处理开销。
• 适用场景：适用于小规模的网络环境，后端真实服务器数量较少的情况。

2.2 IP隧道模式（TUN模式）#

• 原理：TUN模式下，负载调度器接收客户端的请求，在原有的IP数据包外面封装一层新的IP头，将请求转发给后端的真实服务器。真实服务器接收到请求后，解封装出原始的IP数据包，处理完请求后，直接将响应结果返回给客户端，而不需要经过负载调度器。
• 优点：负载调度器只负责接收请求和转发请求，不需要处理响应结果，因此不会成为系统的瓶颈。此外，由于真实服务器可以直接将响应结果返回给客户端，减少了负载调度器的处理开销。
• 缺点：配置相对复杂，需要在负载调度器和后端真实服务器上都进行隧道配置。此外，由于需要封装和解封装IP数据包，会增加一定的处理开销。
• 适用场景：适用于大规模的网络环境，后端真实服务器数量较多的情况。

2.3 直接路由模式（DR模式）#

• 原理：DR模式下，负载调度器接收客户端的请求，将请求的目标MAC地址修改为后端真实服务器的MAC地址，然后将请求转发给真实服务器。真实服务器接收到请求后，处理完请求，直接将响应结果返回给客户端，而不需要经过负载调度器。
• 优点：负载调度器只负责接收请求和转发请求，不需要处理响应结果，因此不会成为系统的瓶颈。此外，由于不需要修改IP地址，只需要修改MAC地址，处理开销较小。
• 缺点：要求负载调度器和后端真实服务器必须在同一个物理网络中，因为需要通过MAC地址进行通信。此外，后端真实服务器需要进行特殊配置，以避免将响应结果发送给负载调度器。
• 适用场景：适用于大规模的网络环境，后端真实服务器数量较多的情况，且负载调度器和后端真实服务器在同一个物理网络中。

3. 常见实践和最佳实践#

3.1 模式选择建议#

• 如果后端真实服务器数量较少，且网络规模较小，可以选择NAT模式，因为其配置简单。
• 如果后端真实服务器数量较多，且负载调度器和后端真实服务器不在同一个物理网络中，可以选择TUN模式。
• 如果后端真实服务器数量较多，且负载调度器和后端真实服务器在同一个物理网络中，可以选择DR模式，因为其性能较高。

3.2 配置示例#

以下是一个简单的DR模式配置示例：

负载调度器配置#

# 开启IP转发
echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward
 
# 添加虚拟服务器
ipvsadm -A -t 192.168.1.100:80 -s rr
 
# 添加真实服务器
ipvsadm -a -t 192.168.1.100:80 -r 192.168.1.101:80 -g
ipvsadm -a -t 192.168.1.100:80 -r 192.168.1.102:80 -g

真实服务器配置#

# 配置虚拟IP地址
ifconfig lo:0 192.168.1.100 netmask 255.255.255.255 broadcast 192.168.1.100
 
# 禁止ARP响应
echo "1" > /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_ignore
echo "2" > /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_announce
echo "1" > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_ignore
echo "2" > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_announce

4. 总结#

本文介绍了LVS的基本概念和三种常见的工作模式，包括地址转换模式（NAT模式）、IP隧道模式（TUN模式）和直接路由模式（DR模式）。每种模式都有其优缺点和适用场景，在实际应用中，需要根据具体情况选择合适的模式。同时，本文还给出了一些常见实践和最佳实践，以及一个简单的DR模式配置示例，希望对读者有所帮助。

5. 参考资料#

• 《Linux服务器配置与管理》
• LVS官方文档：http://www.linuxvirtualserver.org/
• 章文嵩博士的博客：http://www.linuxvirtualserver.org/zh/lvs1.html