LVS 概念、原理、工作模式和调度算法

r囧r小猫 2023-06-19 07:25 33阅读 0赞

**一、LVS概念**  
DS，director server，LVS服务器  
RS，real server，LVS后端提供服务的服务器  
Client，客户端，指使用LVS的用户  
CIP，client IP，客户端IP，即lvs使用者的IP  
VIP，virtual IP，LVS服务器给客户端提供的连接IP  
DIP，director IP，用于和real server通讯的IP地址  
RIP，real IP，后端服务器的IP

**二、LVS工作原理**  
LVS是工作在四层的负载均衡器，LVS工作在INPUT Hook Funtion 上，当客户端请求到达LVS服务器，经过PREROUTING链发往INPUT链时，LVS会将用户请求和自己后端的集群服务进行对比，如果是已定义的集群服务，会修改数据包里的IP地址、MAC地址、端口等，然后将数据包发给POSTROUTING链。最后POSTROUTING链将数据包转发到后端服务集群。

**三、LVS工作模式**  
**1.LVS-NAT**  
1）达到LVS服务器PREROUTING链时，假设数据包源IP是CIP，目标IP是VIP；  
2）LVS将数据包目标IP改成RIP，改造后的数据包源IP是CIP，目标IP是RIP；  
3）LVS服务器将数据包从POSTROUTING链转发给后端服务节点（real server）；  
4）后端服务器（real server）处理完成后，响应返回给LVS服务器（real server网关要指向director server），数据包源IP是RIP，目标IP是CIP；  
5）LVS服务器将real server的响应数据包源IP改为VIP，继而返回给客户端。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl8zOTAwNDkwMQ_size_16_color_FFFFFF_t_70]

**LVS-NAT特点和要求：**  
1）后端服务节点和LVS服务器必须在同一网络；  
2）real server网关必须指向director server（LVS服务器）；  
3）由于director server作为中转站，负责接收客户端请求和转发后端服务节点的响应，容易成为系统瓶颈；  
4）支持端口映射。

**2.LVS-DR**  
1）达到LVS服务器PREROUTING链时，假设数据包源IP是CIP，目标IP是VIP；  
2）LVS将数据包源MAC改为LVS服务器的MAC，目标MAC改为后端服务节点的MAC，而源IP和目标IP都不变；  
3）LVS服务器将数据包从POSTROUTING链转发给后端服务节点（real server）；  
4）由于DS和RS在同一个网络中，所以直接通过MAC来传输；而在DR模式中，后端服务节点同样拥有和LVS同样的VIP（但是服务节点的VIP并不会用于ARP响应，所以客户端并不会直接连接后端服务节点），所以当数据包达到服务节点时，数据包的目标MAC和目标IP（此时仍然是VIP）服务节点对应，于是服务节点就会认为此数据包是发给自己的；  
5）后端服务器（real server）处理完成后，响应返回，此时响应数据包源IP是VIP，目标IP是CIP，即服务节点直接把响应数据包发给客户端。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl8zOTAwNDkwMQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]

**LVS-DR特点和要求：**  
1）LVS服务器和后端服务节点必须在同一物理网络，需要通过二层（MAC）通讯；  
2）不支持端口映射；  
3）后端服务节点网关不能指向LVS服务器；  
4）RS上的lo接口配置VIP的IP地址。

**3.LVS-TUN**  
1）达到LVS服务器PREROUTING链时，假设数据包源IP是CIP，目标IP是VIP；  
2）LVS服务器修改数据包原有的信息，而是使用IP隧道技术，在数据包基础上再加一层信息，以DIP为源地址，RIP为目标地址；  
3）LVS服务器将数据包从POSTROUTING链转发给后端服务节点（real server）；  
4）后端服务节点接受到数据包之后，拆除最外层IP信息，发现还有一层IP信息，源IP是CIP，目标IP是VIP，而在TUN模式下与DR类似，后端服务节点同样拥有和LVS相同的VIP但不响应ARP，所以后端服务节点收下这个由LVS转发来的数据包；  
5）后端服务节点响应时，数据包源IP是VIP，目标IP是CIP；  
6）后端服务节点响应时直接将数据包发给客户端。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl8zOTAwNDkwMQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]

**LVS-TUN特点和要求：**  
1）CIP,VIP,RIP都是公网地址；  
2）Realserver只能使用支持隧道功能的操作系统；  
3）不支持端口映射；  
4）Realserver使用自己的网关而不是Director；  
5）与DR类似，LVS只负责接收客户端请求和转发，服务节点直接向客户端响应。

**四、LVS调度算法**  
在LVS如何选择后端服务节点的算法上，有以下这些。  
**1.静态算法**  
rr,round robin，轮询，在后端各个服务节点间轮流调度，将请求均衡分发；  
wrr，weighted round robin，加权轮询，轮询时根据各服务节点的权重分配连接，权重越高的节点，分配的请求越多，如节点A权重为1，节点B权重为2，理论上分配给节点B的请求时节点A的2倍；  
sh，source hash，源端哈希，根据客户端地址进行哈希运算，分配到特点的服务节点，来自相同客户端的请求将会固定分配到相同的服务节点；  
dh，destination hash，目标端哈希，根据请求的目标地址进行哈希，分配到特点的服务节点。  
**2.动态算法**  
lc，least connected，最少连接，LVS根据overhead = active*256 + inactive计算服务器的负载状态，每次选择 overhead 最小的服务器；  
wlc，weighted least connected，加权最少连接，LVS根据 overhead = (active*256+inactive)/weight 来计算服务器负载，每次选择overhead最小的服务器，是 LVS的默认调度算法；  
sed,shorted expected delay，最短延迟，此算法忽略服务节点上空闲的连接，根据 overhead = (active+1)\*256/weight计算服务器负载，选择 overhead 最小的服务器进行调度；  
nq，never queue，不排队，如果有空闲服务器则马上分配，如果没有，则按照sed算法来调度；  
lblc，locality based least connection，基于本地的最少连接，相当于dh+wlc，正常请求下使用dh算法进行调度，如果服务器超载，则使用wlc算法调度至其他服务器。

[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl8zOTAwNDkwMQ_size_16_color_FFFFFF_t_70]: https://img-blog.csdnimg.cn/20191205120815721.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl8zOTAwNDkwMQ==,size_16,color_FFFFFF,t_70
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl8zOTAwNDkwMQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]: https://img-blog.csdnimg.cn/20191205120934131.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl8zOTAwNDkwMQ==,size_16,color_FFFFFF,t_70
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl8zOTAwNDkwMQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]: https://img-blog.csdnimg.cn/20191205120904187.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl8zOTAwNDkwMQ==,size_16,color_FFFFFF,t_70