LVS 三种工作模式的解析

1. 基于 NAT 的 LVS 模式负载均衡

NAT (Network Address Translation) 即网络地址转换，其作用是通过数据报头的修改，使得位于企业内部的私有 IP 地址可以访问外网，以及外部用户可以访问位于公司内部的私有 IP 主机。VS/NAT 工作模式为：LVS 负载调度器可以使用两块网卡配置不同的 IP 地址，eth0 设置为私钥 IP 与内部网络通过交换设备相互连接，eth1 设备为外网 IP 与外部网络联通。

第一步，用户通过互联网 DNS 服务器解析到公司负载均衡设备上面的外网地址，相对于真实服务器而言，LVS 外网 IP 又称为 VIP (Virtural IP Address)，用户通过访问 VIP，即可连接后端的真实服务器 (Real Server)，而这一切对用户而言都是透明的，用户以为自己访问的就是真实服务器，但他并不知道自己访问的 VIP 仅仅是一个调度器，也不清楚后端的真实服务器到底在哪里、有多少真实服务器。

第二步，用户将请求发送至 124.126.147.168，此时 LVS 将根据预设的算法选择后端的一台真实服务器 (192.168.0.1 ~ 192.168.0.3)，将数据请求包转发给真实服务器，并且在转发之前 LVS 会修改数据包中的目标地址以及目标端口，目标地址与目标端口江北修改为选出的真实服务器 IP 地址以及相应的端口。

第三步，真实的服务器将响应数据包返回给 LVS 调度器，调度器在得到响应的数据包后会将源地址和源端口修改为 VIP 及调度器相应的端口，修改完成后，由调度器将响应数据包发送回终端用户，另外，由于 LVS 调度器有一个连接 Hash 表，该表中会记录连接请求及转发信息，当同一个连接的下一个数据包发送给调度器是，从该 Hash 表中可以直接找到之前的连接记录，并根据记录信息选出相同的真实服务器及端口信息。

2. 基于 TUN 的 LVS 负载均衡

在 LVS (NAT) 模式的集群环境中，由于所有的数据请求及响应的数据包都需要经过 LVS 调度器转发，如果后端服务器的数量小于 10 台，则调度器就会成为整个集群环境的瓶颈。我们知道，数据请求包往往远小于响应数据包的大小。因为响应数据包中包含有客户需要的具体数据，所以 LVS (TUN) 的思路就是将请求与响应数据分离，让调度器仅处理数据请求，而让真实服务器响应数据包直接返回给客户端。 VS/TUN 工作是：IP 隧道（IP tunneling）是一种数据包封装技术，他可以将原始数据包封装并添加新的包头（内容包括新的源地址及端口、目标地址及端口），从而实现将一个目标为调度器的 VIP 地址的数据包封装，通过隧道转发给后端的真实服务器（Real Server），通过将客户端发往调度器的原始数据包封装，并在其基础上添加新的数据包头（修改目标地址为调度器选择出来的真实服务器的 IP 地址及对应端口）， LVS（TUN）模式要求真实服务器可以直接与外部网络连接，真实服务器在收到请求数据包后直接给客户端主机响应数据。

3. 基于 DR 的 LVS 负载均衡

在 LVS（TUN）模式下，由于需要在 LVS 调度器与真实服务器之间创建隧道连接，这同样会增加服务器的负担。与 LVS（TUN）类似，DR 模式也叫直接路由模式，其体系是：该模式中 LVS 依然仅承担数据的入站请求以及根据算法选出合理的真实服务器，最终由后端真实服务器负责将相应数据包发送返回给客户端。与隧道模式不同的是，直接路由模式（DR 模式）要求调度器与后端服务器必须在同一个局域网内，VIP 地址需要在调度器与后端所有服务器间共享，因为最终的真实服务器给客户端回应数据包时需要设置源 IP 为 VIP 地址，目标 IP 为客户端 IP，这样客户端访问的是调度器的 VIP 地址，回应的源地址也依然是该 VIP 地址（真实服务器上的 VIP），客户端是感觉不到后端服务器存在的。由于多台计算机都设置了同样一个 VIP 地址，所以再直接路由模式中要求调度器的 VIP 地址必须配置在 Non-ARP 的网络设备上，也就是该网络设备并不会向外广播自己的 MAC 及对应的 IP 地址，真实服务器的 VIP 对外界是不可见的，但是真实服务器却可以接受目标地址 VIP 的网络请求，并在回应数据包时将源地址设置为该 VIP 地址。调度器根据算法在选出真实服务器后，在不修改数据报文的情况下，将数据帧的 MAC 地址修改为选出的真实服务器的 MAC 地址，通过交换机将该数据帧发给真实服务器。整个过程中，真实服务器的 VIP 不需要对外界可见。

总结

NAT

当服务器数目变多时，调度器成为瓶颈

TUN

对服务器有要求，即所有的服务器必须支持“IP Tunneling”者“IPEncapsulation ”协议

DR

跟VS/TUN相比，这种方法没有IP隧道的开销，但是要求负载调度器与实际服务器都有一块网卡连在同一物理网段上，服务器网络设备（或者设备别名）不作ARP响应，或者能将报文重定向（Redirect）到本地的Socket端口上。

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最后编辑时间为: Aug 2,2020