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标题: 你真的掌握lvs工作原理吗? [打印本页]

作者: admin    时间: 2017-11-15 21:42
标题: 你真的掌握lvs工作原理吗?
lvs介绍
LVS(Linux Virtual Server 虚拟服务器):是一个虚拟的四层路由交换器集群系统,根据目标地址和目标端口实现用户请求转发。
lvs工作原理

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1、当用户向负载均衡调度器(Director Server)发起请求,调度器将请求发往至内核空间
2、PREROUTING链首先会接收到用户请求,判断目标IP确定是本机IP,将数据包发往INPUT链
3、IPVS是工作在INPUT链上的,当用户请求到达INPUT时,IPVS会将用户请求和自己已定义好的集群服务进行比对,如果用户请求的就是定义的集群服务,那么此时IPVS会强行修改数据包里的目标IP地址及端口,并将新的数据包发往POSTROUTING链
4、POSTROUTING链接收数据包后发现目标IP地址刚好是自己的后端服务器,那么此时通过选路,将数据包最终发送给后端的服务器
lvs的组成
lvs有两段代码组成,ipvsadm和ipvs

lvs的术语

lvs关于IP的术语

lvs的类型
根据架构有3种不同的模型
1、lvs-nat (Network Address Translation)

建议小规模使用

2、lvs-dr (Direct Routing 直接路由)

建议大规模使用,也是现在较多使用场景的方法

3、lvs-tun (Tunneling 隧道)

lvs-tun模型比较少用,因为他不能实现全局负载均衡,不能根据用户区域的距离来挑选最近的机房。这个最多为了实现异地容灾来实现的。比方说日本的机房地震了,而此时美国的机房仍然可使用,那么只要将指向到美国机房即可。而一般只有这种场景下才会用到隧道机制

LVS-NAT模型

重点:修改目标IP地址为挑选出的RS的IP地址。

[attach]5435[/attach]

①、当用户请求到达Director Server,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。
②、PREROUTING检查发现数据包的目标IP是本机,将数据包送至INPUT链
③、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
④、POSTROUTING链通过选路,将数据包发送给Real Server
⑤、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
⑥、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
LVS-NAT模型的特性
1、RS应该使用私有地址,RS的网关必须指向DIP
2、DIP和RIP必须在同一个网段内
3、请求和响应报文都需要经过Director Server,高负载场景中,Director Server易成为性能瓶颈
4、支持端口映射
5、RS可以使用任意操作系统

缺陷:对Director Server压力会比较大,请求和响应都需经过director server

LVS-DR模型

重点:将请求报文的目标MAC地址设定为挑选出的RS的MAC地址

①、当用户请求到达Director Server,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。
②、PREROUTING检查发现数据包的目标IP是本机,将数据包送至INPUT链
③、IPVS比对数据包请求的服务是否为集群服务,若是,将请求报文中的源MAC地址修改为DIP的MAC地址,将目标MAC地址修改RIP的MAC地址,然后将数据包发至POSTROUTING链。此时的源IP和目的IP均未修改,仅修改了源MAC地址为DIP的MAC地址,目标MAC地址为RIP的MAC地址
④、由于DS和RS在同一个网络中,所以是通过二层来传输。POSTROUTING链检查目标MAC地址为RIP的MAC地址,那么此时数据包将会发至Real Server。
⑤、RS发现请求报文的MAC地址是自己的MAC地址,就接收此报文。处理完成之后,将响应报文通过lo接口传送给eth0网卡然后向外发出。此时的源IP地址为VIP,目标IP为CIP
⑥、响应报文最终送达至客户端
LVS-DR模型的特性
1、保证前端路由将目标地址为VIP报文统统发给Director Server,而不是RS
解决方案:

2、RS可以使用私有地址;也可以是公网地址,如果使用公网地址,此时可以通过互联网对RIP进行直接访问
3、RS跟Director Server必须在同一个物理网络中
4、所有的请求报文经由Director Server,但响应报文必须不能进过Director Server
5、不支持地址转换,也不支持端口映射
6、RS可以是大多数常见的操作系统
7、RS的网关绝不允许指向DIP(因为我们不允许他经过director)
8、RS上的lo接口配置VIP的IP地址

缺陷:RS和DS必须在同一机房中

LVS-Tun模型

重点:在原有的IP报文外再次封装多一层IP首部,内部IP首部(源地址为CIP,目标IIP为VIP),外层IP首部(源地址为DIP,目标IP为RIP)

①、当用户请求到达Director Server,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。
②、PREROUTING检查发现数据包的目标IP是本机,将数据包送至INPUT链
③、IPVS比对数据包请求的服务是否为集群服务,若是,在请求报文的首部再次封装一层IP报文,封装源IP为为DIP,目标IP为RIP。然后发至POSTROUTING链。此时源IP为DIP,目标IP为RIP
④、POSTROUTING链根据最新封装的IP报文,将数据包发至RS(因为在外层封装多了一层IP首部,所以可以理解为此时通过隧道传输)。此时源IP为DIP,目标IP为RIP
⑤、RS接收到报文后发现是自己的IP地址,就将报文接收下来,拆除掉最外层的IP后,会发现里面还有一层IP首部,而且目标是自己的lo接口VIP,那么此时RS开始处理此请求,处理完成之后,通过lo接口送给eth0网卡,然后向外传递。此时的源IP地址为VIP,目标IP为CIP
⑥、响应报文最终送达至客户端
LVS-Tun模型特性
1、RIP、VIP、DIP全是公网地址
2、RS的网关不会也不可能指向DIP
3、所有的请求报文经由Director Server,但响应报文必须不能进过Director Server
4、不支持端口映射
5、RS的系统必须支持隧道
LVS算法调度
LVS算法分为静态方法和动态方法
静态方法
仅根据调度算法本身,不考虑背后服务器的负载

Overhead:负载状态
Overhead越小,表示负载越低


总结
本文主要介绍了LVS的工作原理、LVS的三种工作模型(LVS-NAT, LVS-DR, LVS-Tun)及LVS的调度算法(rr, wrr, sh, dh, lc, wlc ,sed, nq, lblc, lblcr)。这篇文章在学习马哥课程中整理汇总出来,由于本人能力有限,其中有些地方写的不足还待完善如果您有好的建议,欢迎您的指教。谢谢。

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