lvs、nginx、haproxy轉發模式優缺點總結

隱約腦子裏現在只有upstream、dr 、ip_hash這幾個詞了。現對三者的轉發方式做下總結。
一、LVS轉發模式

LVS是章文嵩博士寫的一個工作於四層的高可能性軟件。不像後兩者支持七層轉發,不過也正因爲其簡單,所以其是最穩定的。其共有三種IP負載均衡技術:VS/NAT(Virtual Server via Network Address Translation)、VS/TUN(Virtual Server via IP Tunneling)和VS/DR(Direct Routing),三者之間具體的比較見下表

lvs
二、nginx負載模式

nginx有五種負載算法模式,分別是:輪詢、weight(權重)、ip_hash、fair、url_hash 。現逐一說明:

    輪詢(默認): 每個請求按時間順序逐一分配到不同的後端服務器,如果後端服務器down掉,能自動剔除。
    weight :指定輪詢機率,weight和訪問比率成正比,用於後端服務器性能不均的情況。配置爲:

        upstream bakend {
        server 192.168.0.14 weight=10;
        server 192.168.0.15 weight=10;
        }

    ip_hash:每個請求按訪問ip的hash結果分配,這樣每個訪客固定訪問一個後端服務器,可以解決session的問題。配置爲:

        upstream bakend {
        ip_hash;
        server 192.168.0.14:88;
        server 192.168.0.15:80;
        }

    fair:按後端服務器的響應時間來分配請求,響應時間短的優先分配。

        upstream backend {
        server server1;
        server server2;
        fair;
        }

    url_hash:按訪問url的hash結果來分配請求,使每個url定向到同一個後端服務器,後端服務器爲緩存時比較有效。配置如:

        upstream backend {
        server squid1:3128;
        server squid2:3128;
        hash $request_uri;
        hash_method crc32;
        }

注:第五種模式下,需要注意在upstream中加入hash語句,server語句中不能寫入weight等其他的參數,hash_method是使用的hash算法 。

server後面常接的參數有如下幾個:

    down 表示單前的server暫時不參與負載 
    weight 默認爲1.weight越大,負載的權重就越大。 
    max_fails :允許請求失敗的次數默認爲1.當超過最大次數時,返回proxy_next_upstream 模塊定義的錯誤 
    fail_timeout:max_fails次失敗後,暫停的時間。 
    backup: 其它所有的非backup機器down或者忙的時候,請求backup機器。所以這臺機器壓力會最輕。

三、haproxy

haproxy是三者之間負載算法最多的,有八種,所以其應用場景也是最多,配置也是最靈活的,具體8種算法爲:

    ①roundrobin,表示簡單的輪詢,這個是負載均衡基本都具備的;

    ②static-rr,表示根據權重,和nginx的weight算法類似;

    ③leastconn,表示最少連接者先處理,有點類似於nginx的fair,不過fair是根據響應時間;

    ④source,表示根據請求源IP,這個跟Nginx的IP_hash機制類似,我們用其作爲解決session問題的一種方法,建議關注;

    ⑤ri,表示根據請求的URI,類似於nginx的url_hash;

    ⑥rl_param,表示根據請求的URl參數'balance url_param' requires an URL parameter name;

    ⑦hdr(name),表示根據HTTP請求頭來鎖定每一次HTTP請求;

    ⑧rdp-cookie(name),表示根據據cookie(name)來鎖定並哈希每一次TCP請求。

優缺點

三種負載均衡器的優缺點說明如下:

LVS的優點:
1、抗負載能力強、工作在第4層僅作分發之用,沒有流量的產生,這個特點也決定了它在負載均衡軟件裏的性能最強的;無流量,同時保證了均衡器IO的性能不會受到大流量的影響;
2、工作穩定,自身有完整的雙機熱備方案,如LVS+Keepalived和LVS+Heartbeat;
3、應用範圍比較廣,可以對所有應用做負載均衡;
4、配置性比較低,這是一個缺點也是一個優點,因爲沒有可太多配置的東西,所以並不需要太多接觸,大大減少了人爲出錯的機率;
LVS的缺點:
1、軟件本身不支持正則處理,不能做動靜分離,這就凸顯了Nginx/HAProxy+Keepalived的優勢。
2、如果網站應用比較龐大,LVS/DR+Keepalived就比較複雜了,特別是後面有Windows Server應用的機器,實施及配置還有維護過程就比較麻煩,相對而言,Nginx/HAProxy+Keepalived就簡單多了。
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1. LVS/DR如何處理請求報文的,會修改IP包內容嗎?

1.1 vs/dr本身不會關心IP層以上的信息,即使是端口號也是tcp/ip協議棧去判斷是否正確,vs/dr本身主要做這麼幾個事:

1)接收client的請求,根據你設定的負載均衡算法選取一臺realserver的ip;

2)以選取的這個ip對應的mac地址作爲目標mac,然後重新將IP包封裝成幀轉發給這臺RS;

3)在hash table中記錄連接信息。

vs/dr做的事情很少,也很簡單,所以它的效率很高,不比硬件負載均衡設備差多少。

數據包、數據幀的大致流向是這樣的:client --> VS --> RS --> client

1.2 前面已作了回答,vs/dr不會修改IP包的內容.

2. RealServer爲什麼要在lo接口上配置VIP?在出口網卡上配置VIP可以嗎?

2.1 既然要讓RS能夠處理目標地址爲vip的IP包,首先必須要讓RS能接收到這個包。

在lo上配置vip能夠完成接收包並將結果返回client。

2.2 答案是不可以將VIP設置在出口網卡上,否則會響應客戶端的arp request,造成client/gateway arp table紊亂,以至於整個load balance都不能正常工作。

3. RealServer爲什麼要抑制arp幀?

這個問題在上一問題中已經作了說明,這裏結合實施命令進一步闡述。我們在具體實施部署的時候都會作如下調整:

       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我相信很多人都不會弄懂它們的作用是什麼,只知道一定得有。我這裏也不打算拿出來詳細討論,只是作幾點說明,就當是補充吧。

3.1

echo "1" >/proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_ignore
echo "2" >/proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_announce這兩條是可以不用的,因爲arp對邏輯接口沒有意義。

3.2 如果你的RS的外部網絡接口是eth0,那麼

echo "1" >/proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_ignore
echo "2" >/proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_announce其實真正要執行的是:

echo "1" >/proc/sys/net/ipv4/conf/eth0/arp_ignore
echo "2" >/proc/sys/net/ipv4/conf/eth0/arp_announce所以我個人建議把上面兩條也加到你的腳本里去,因爲萬一系統裏上面兩條默認的值不是0,那有可能是會出問題滴。

4. LVS/DR load balancer(director)與RS爲什麼要在同一網段中?

從第一個問題中大家應該明白vs/dr是如何將請求轉發給RS的了吧?它是在數據鏈路層來實現的,所以director必須和RS在同一網段裏面。

5. 爲什麼director上lo接口除了VIP另外還要在eth0配一個ip(即DIP)?

5.1 如果是用了keepalived等工具做HA或者Load Balance,則在健康檢查時需要用到DIP。

5.2 沒有健康檢查機制的HA或者Load Balance則沒有存在的實際意義。

6. LVS/DR ip_forward需要開啓嗎?

不需要。因爲director跟realserver是同一個網段,無需開啓轉發。

7. director的vip的netmask一定要是255.255.255.255嗎?

lvs/dr裏,director的vip的netmask 沒必要設置爲255.255.255.255,也不需要再去

route add -host $VIP dev eth0:0director的vip本來就是要像正常的ip地址一樣對外通告的,不要搞得這麼特殊.

8. LVS/DR如何進行tcp的三次握手?

 


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Nginx的優點:
1、工作在OSI第7層,可以針對http應用做一些分流的策略。比如針對域名、目錄結構。它的正則比HAProxy更爲強大和靈活;
2、Nginx對網絡的依賴非常小,理論上能ping通就就能進行負載功能,這個也是它的優勢所在;
3、Nginx安裝和配置比較簡單,測試起來比較方便;
4、可以承擔高的負載壓力且穩定,一般能支撐超過幾萬次的併發量;
5、Nginx可以通過端口檢測到服務器內部的故障,比如根據服務器處理網頁返回的狀態碼、超時等等,並且會把返回錯誤的請求重新提交到另一個節點;
6、Nginx不僅僅是一款優秀的負載均衡器/反向代理軟件,它同時也是功能強大的Web應用服務器。LNMP現在也是非常流行的web環境,大有和LAMP環境分庭抗禮之勢,Nginx在處理靜態頁面、特別是抗高併發方面相對apache有優勢;
7、Nginx現在作爲Web反向加速緩存越來越成熟了,速度比傳統的Squid服務器更快,有需求的朋友可以考慮用其作爲反向代理加速器;
Nginx的缺點:
1、Nginx不支持url來檢測。
2、Nginx僅能支持http和Email,這個它的弱勢。
3、Nginx的Session的保持,Cookie的引導能力相對欠缺。

HAProxy的優點:
1、HAProxy是支持虛擬主機的,可以工作在4、7層(支持多網段);
2、能夠補充Nginx的一些缺點比如Session的保持,Cookie的引導等工作;
3、支持url檢測後端的服務器;
4、它跟LVS一樣,本身僅僅就只是一款負載均衡軟件;單純從效率上來講HAProxy更會比Nginx有更出色的負載均衡速度,在併發處理上也是優於Nginx的;
5、HAProxy可以對Mysql讀進行負載均衡,對後端的MySQL節點進行檢測和負載均衡,不過在後端的MySQL slaves數量超過10臺時性能不如LVS;
6、HAProxy的算法較多,達到8種;


四、總結

具體現網應用可以根據據體的實際情況選擇最好的負載方式。三者中,lvs穩定性最好,可配置性最少;nginx針對域名、目錄結構進行正則匹配是最強的,同時其對網絡依賴比較小,不過性能上和lvs和haproxy相比稍差一點點;haproxy支持虛擬主機,尤其在session保持方面做的最好,其有三種算法可以實現session共享———— ip識別(source)、cookie識別、session識別三種,除此之外在對mysql做HA方案時也經常會用到該軟件。


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