1.負載均衡以及集羣介紹
2.LVS 介紹
（1）LVS 是Linux Virtual Server的簡稱，也就是 Linux 虛擬服務器, 是一個由章文嵩博士發起的自由軟件項目，它的官方站點是www.linuxvirtualserver.org。現在LVS已經是 Linux標準內核的一部分，因此性能較高。
（2）LVS軟件作用：通過LVS提供的負載均衡技術實現一個高性能、高可用的服務器羣集，它具有良好可靠性、可擴展性和可操作性。從而以低廉的成本實現最優的服務性能。
3、LVS 優勢與不足
1、優勢
高併發連接：LVS基於內核工作，有超強的承載能力和併發處理能力。單臺LVS負載均衡器，可支持上萬併發連接。
**穩定性強：**是工作在網絡4層之上僅作分發之用，這個特點也決定了它在負載均衡軟件裏的性能最強，穩定性最好，對內存和cpu資源消耗極低。
**成本低廉：**硬件負載均衡器少則十幾萬，多則幾十萬上百萬，LVS只需一臺服務器和就能免費部署使用，性價比極高。
**配置簡單：**LVS配置非常簡單，僅需幾行命令即可完成配置，也可寫成腳本進行管理。
**支持多種算法：**支持多種論調算法，可根據業務場景靈活調配進行使用
**支持多種工作模型：**可根據業務場景，使用不同的工作模式來解決生產環境請求處理問題。
應用範圍廣：因爲LVS工作在4層，所以它幾乎可以對所有應用做負載均衡，包括http、數據庫、DNS、ftp服務等等
2、不足
工作在4層，不支持7層規則修改，機制過於龐大，不適合小規模應用。
3、LVS 核心組件和專業術語
1、核心組件
LVS的管理工具和內核模塊 ipvsadm/ipvs
ipvsadm：用戶空間的命令行工具，用於管理集羣服務及集羣服務上的RS等；
ipvs：工作於內核上的程序，可根據用戶定義的集羣實現請求轉發；
3、專業術語
VS：Virtual Server #虛擬服務
Director, Balancer #負載均衡器、分發器
RS：Real Server #後端請求處理服務器
CIP: Client IP #用戶端IP
VIP：Director Virtual IP #負載均衡器虛擬IP
DIP：Director IP #負載均衡器真實IP
RIP：Real Server IP #後端請求處理服務器真實IP
4. LVS工作內核模型及工作模式
① 當客戶端的請求到達負載均衡器的內核空間時，首先會到達 PREROUTING 鏈。
② 當內核發現請求數據包的目的地址是本機時，將數據包送往 INPUT 鏈。
③ LVS由用戶空間的ipvsadm和內核空間的IPVS組成，ipvsadm用來定義規則，IPVS利用ipvsadm定義的規則工作，IPVS工作在INPUT鏈上,當數據包到達INPUT鏈時，首先會被IPVS檢查，如果數據包裏面的目的地址及端口沒有在規則裏面，那麼這條數據包將被放行至用戶空間。
④ 如果數據包裏面的目的地址及端口在規則裏面，那麼這條數據報文將被修改目的地址爲事先定義好的後端服務器，並送往POSTROUTING鏈。
⑤ 最後經由POSTROUTING鏈發往後端服務器。
5.LVS負載均衡四種工作模式
LVS/NAT：網絡地址轉換模式，進站/出站的數據流量經過分發器(IP負載均衡，他修改的是IP地址) --利用三層功能
LVS/DR ：直接路由模式，只有進站的數據流量經過分發器(數據鏈路層負載均衡，因爲他修改的是目的mac地址)–利用二層功能mac地址
LVS/TUN： 隧道模式，只有進站的數據流量經過分發器
LVS/full-nat:雙向轉換:通過請求報文的源地址爲DIP，目標爲RIP來實現轉發：對於響應報文而言，修改源地址爲VIP，目標地址爲CIP來實現轉發
6、LVS 四種工作模式原理、以及優缺點比較
1、NAT模式（LVS-NAT）
原理：就是把客戶端發來的數據包的IP頭的目的地址，在負載均衡器上換成其中一臺RS的IP地址，並轉發至此RS來處理,RS處理完成後把數據交給經過負載均衡器,負載均衡器再把數據包的原IP地址改爲自己的IP，將目的地址改爲客戶端IP地址即可｡期間,無論是進來的流量,還是出去的流量,都必須經過負載均衡器｡
優點：集羣中的物理服務器可以使用任何支持TCP/IP操作系統，只有負載均衡器需要一個合法的IP地址（公網ip）。
缺點：擴展性有限。當服務器節點（普通PC服務器）增長過多時,負載均衡器將成爲整個系統的瓶頸，因爲所有的請求包和應答包的流向都經過負載均衡器。當服務器節點過多時，大量的數據包都交匯在負載均衡器那，速度就會變慢！
2、直接路由(Direct Routing)模式（LVS-DR）
原理：負載均衡器和RS都使用同一個IP對外服務｡但只有DR對ARP請求進行響應,所有RS對本身這個IP的ARP請求保持靜默｡也就是說,網關會把對這個服務IP的請求全部定向給DR,而DR收到數據包後根據調度算法,找出對應的RS,把目的MAC地址改爲RS的MAC（因爲IP一致）並將請求分發給這臺RS｡這時RS收到這個數據包,處理完成之後，由於IP一致，可以直接將數據返給客戶，則等於直接從客戶端收到這個數據包無異,處理後直接返回給客戶端｡
優點：和TUN（隧道模式）一樣，負載均衡器也只是分發請求，應答包通過單獨的路由方法返回給客戶端。與VS-TUN相比，VS-DR這種實現方式不需要隧道結構，因此可以使用大多數操作系統做爲物理服務器。
缺點：（不能說缺點，只能說是不足）要求負載均衡器的網卡必須與物理網卡在一個物理段上。
3、IP隧道(Tunnel)模式（VS-TUN）
原理：互聯網上的大多Internet服務的請求包很短小，而應答包通常很大。那麼隧道模式就是，把客戶端發來的數據包，封裝一個新的IP頭標記(僅目的IP)發給RS,RS收到後,先把數據包的頭解開,還原數據包,處理後,直接返回給客戶端,不需要再經過負載均衡器｡注意,由於RS需要對負載均衡器發過來的數據包進行還原,所以說必須支持IPTUNNEL協議｡所以,在RS的內核中,必須編譯支持IPTUNNEL這個選項
優點：負載均衡器只負責將請求包分發給後端節點服務器，而RS將應答包直接發給用戶。所以，減少了負載均衡器的大量數據流動，負載均衡器不再是系統的瓶頸，就能處理很巨大的請求量，這種方式，一臺負載均衡器能夠爲很多RS進行分發。而且跑在公網上就能進行不同地域的分發。
缺點：隧道模式的RS節點需要合法IP，這種方式需要所有的服務器支持”IP Tunneling”(IP Encapsulation)協議，服務器可能只侷限在部分Linux系統上。
4、FULL-NAT模式
原理:客戶端對VIP發起請求，Director接過請求發現是請求後端服務。Direcrot對請求報文做full-nat，把源ip改爲Dip，把目標ip轉換爲任意後端RS的rip，然後發往後端，rs接到請求後，進行響應，相應源ip爲Rip目標ip還是DIP，又內部路由路由到Director,Director接到響應報文，進行full-nat。將源地址爲VIP，目標地址改爲CIP
請求使用DNAT，響應使用SNAT
lvs-fullnat（雙向轉換）
通過請求報文的源地址爲DIP，目標爲RIP來實現轉發：對於響應報文而言，修改源地址爲VIP，目標地址爲CIP來實現轉發：
CIP --> DIP VIP --> RIP
RIP --> VIP DIP–>CIP
7.lvs實現四層負載均衡項目實戰
5、四者的區別
lvs-nat與lvs-fullnat：請求和響應報文都經由Director
lvs-nat：RIP的網關要指向DIP
lvs-fullnat：雙向轉換
lvs-dr與lvs-tun：請求報文要經由Director，但響應報文由RS直接發往Client
lvs-dr：通過封裝新的MAC首部實現，通過MAC網絡轉發
lvs-tun：通過在原IP報文外封裝新IP頭實現轉發，支持遠距離通信