LVS的简单介绍

LVS：Linux Virtual Server，负载调度器，集成内核
官网：http://www.linuxvirtualserver.org/
VS: Virtual Server，负责调度
RS: Real Server，负责真正提供服务
L4：四层路由器或交换机
工作原理：VS根据请求报文的目标IP和目标协议及端口将其调度转发至某RS，根据调度算法来挑选RS

LVS集群体系结构

lvs集群类型中的术语：
VS：Virtual Server，Director，Dispatcher(调度器)，Load Balancer
RS：Real Server(lvs), upstream server(nginx)，backend server(haproxy)
CIP：Client IP
VIP: Virtual serve IP VS外网的IP
DIP: Director IP VS内网的IP
RIP: Real server IP
访问流程：CIP <--> VIP == DIP <--> RIP

lvs集群的类型：
lvs-nat：修改请求报文的目标IP,多目标IP的DNAT
lvs-dr：操纵封装新的MAC地址
lvs-tun：在原请求IP报文之外新加一个IP首部
lvs-fullnat：修改请求报文的源和目标IP

lvs-nat

本质是多目标IP的DNAT，通过将请求报文中的目标地址和目标端口修改为某挑出的RS的RIP和PORT实现转发
（1）RIP和DIP必须在同一个IP网络，且应该使用私网地址；RS的网关要指向DIP
（2）请求报文和响应报文都必须经由Director转发，Director易于成为系统瓶颈
（3）支持端口映射，可修改请求报文的目标PORT
（4）VS必须是Linux系统，RS可以是任意OS系统
NAT模式下的简单体系结构

NAT模式IP包调度过程

LVS-DR

Direct Routing，直接路由，LVS默认模式,应用最广泛通过为请求报文重新封装一个MAC首部进行转发，源MAC是DIP所在的接口的MAC，目标MAC是某挑选出的RS的RIP所在接口的MAC地址；源IP/PORT，以及目标IP/PORT均保持不变.其中

Director和各RS都配置有VIP

- (1) 确保前端路由器将目标IP为VIP的请求报文发往Director
    - (a) 在前端网关做静态绑定VIP和Director的MAC地址
    - (b) 在RS上使用arptables工具
    - (c) 在RS上修改内核参数以限制arp通告及应答级别
        - arp_announce
        - arp_ignore
- (2) RS的RIP可以使用私网地址，也可以是公网地址；RIP与DIP在同一IP网络；RIP的网关不能指向DIP，以确保响应报文不会经由Director
- (3) RS和Director要在同一个物理网络
- (4) 请求报文要经由Director，但响应报文不经由Director，而由RS直接发往Client
- (5) 不支持端口映射（端口不能修败）
- (6) RS可使用大多数OS系统

VS/DR体系结构

DR模式IP包调度过程

lvs-tun模式

转发方式：不修改请求报文的IP首部（源IP为CIP，目标IP为VIP），而在原IP报文之外再封装一个IP首部（源IP是DIP，目标IP是RIP），将报文发往挑选出的目标RS；RS直接响应给客户端（源IP是VIP，目标IP是CIP）
(1) DIP, VIP, RIP都应该是公网地址
(2) RS的网关不能，也不可能指向DIP
(3) 请求报文要经由Director，但响应不能经由Director
(4) 不支持端口映射
(5) RS的OS须支持隧道功能

VS/TUN体系结构

TUN模式IP包调度过程

lvs-fullnat模式

lvs-fullnat：通过同时修改请求报文的源IP地址和目标IP地址进行转发
CIP --> DIP
VIP --> RIP
(1) VIP是公网地址，RIP和DIP是私网地址，且通常不在同一IP网络；因此，RIP的网关一般不会指向DIP
(2) RS收到的请求报文源地址是DIP，因此，只需响应给DIP；但Director还要将其发往Client
(3) 请求和响应报文都经由Director
(4) 支持端口映射；
注意：此类型kernel默认不支持

VS工作模式总结

lvs-nat, lvs-fullnat：请求和响应报文都经由Director
lvs-nat：RIP的网关要指向DIP
lvs-fullnat：RIP和DIP未必在同一IP网络，但要能通信
lvs-dr, lvs-tun：请求报文要经由Director，但响应报文由RS直接发往Client
lvs-dr：通过封装新的MAC首部实现，通过MAC网络转发
lvs-tun：通过在原IP报文之外封装新的IP报文实现转发，支持远距离通信

ipvs scheduler

根据其调度时是否考虑各RS当前的负载状态动态和静态

静态方法

静态方法：仅根据算法本身进行调度
1、RR：roundrobin，轮询
2、WRR：Weighted RR，加权轮询
3、SH：Source Hashing，实现session sticky，源IP地址hash；将来自于同一个IP地址的请求始终发往第一次挑中的RS，从而实现会话绑定
4、DH：Destination Hashing；目标地址哈希，将发往同一个目标地址的请求始终转发至第一次挑中的RS，典型使用场景是正向代理缓存场景中的负载均衡，如：宽带运营商

动态方法

动态方法：主要根据每RS当前的负载状态及调度算法进行调度Overhead=value较小的RS将被调度
1、LC：least connections
Overhead=activeconns256+inactiveconns
2、WLC：Weighted LC，默认调度方法
Overhead=(activeconns256+inactiveconns)/weight
3、SED：Shortest Expection Delay,解决初始连接的问题
Overhead=(activeconns+1)*256/weight
4、NQ：Never Queue，第一轮均匀分配，后续SED
5、LBLC：Locality-Based LC，动态的DH算法，使用场景：根据负载状态实现正向代理
6、LBLCR：LBLC with Replication，带复制功能的LBLC