LVS三種負載均衡方式(VS/NAT、VS/TUN、VS/DR)

LVS

LVS是一種集羣(Cluster)技術,採用IP負載均衡技術和基於內容請求分發技術。調度器具有很好的吞吐率,將請求均衡地轉移到不同的服務器上執行,且調度器自動屏蔽掉服務器的故障,從而將一組服務器構成一個高性能的、高可用的虛擬服務器。整個服務器集羣的結構對客戶是透明的,而且無需修改客戶端和服務器端的程序。

一、LVS主要組成部分

  負載調度器(load balancer/ Director),它是整個集羣對外面的前端機,負責將客戶的請求發送到一組服務器上執行,而客戶認爲服務是來自一個IP地址(我們可稱之爲虛擬IP地址)上的。
  服務器池(server pool/ Realserver),是一組真正執行客戶請求的服務器,執行的服務一般有WEB、MAIL、FTP和DNS等。
  共享存儲(shared storage),它爲服務器池提供一個共享的存儲區,這樣很容易使得服務器池擁有相同的內容,提供相同的服務。

二、LVS負載均衡方式:

(1) Virtual Server via Network Address Translation NAT(VS/NAT)

  VS/NAT是一種最簡單的方式,所有的RealServer只需要將自己的網關指向Director即可。客戶端可以是任意操作系統,但此方式下,一個Director能夠帶動的RealServer比較有限。在VS/NAT的方式下,Director也可以兼爲一臺RealServer。VS/NAT的體系結構如圖所示。

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(2) Virtual Server via IP Tunneling(VS/TUN)

  IP隧道(IP tunneling)是將一個IP報文封裝在另一個IP報文的技術,這可以使得目標爲一個IP地址的數據報文能被封裝和轉發到另一個IP地址。IP隧道技術亦稱爲IP封裝技術(IP encapsulation)。IP隧道主要用於移動主機和虛擬私有網絡(Virtual Private Network),在其中隧道都是靜態建立的,隧道一端有一個IP地址,另一端也有唯一的IP地址。它的連接調度和管理與VS/NAT中的一樣,只是它的報文轉發方法不同。調度器根據各個服務器的負載情況,動態地選擇一臺服務器,將請求報文封裝在另一個IP報文中,再將封裝後的IP報文轉發給選出的服務器;服務器收到報文後,先將報文解封獲得原來目標地址爲 VIP 的報文,服務器發現VIP地址被配置在本地的IP隧道設備上,所以就處理這個請求,然後根據路由表將響應報文直接返回給客戶。
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(3) Virtual Server via Direct Routing(VS/DR)

  VS/DR方式是通過改寫請求報文中的MAC地址部分來實現的。Director和RealServer必需在物理上有一個網卡通過不間斷的局域網相連。 RealServer上綁定的VIP配置在各自Non-ARP的網絡設備上(如lo或tunl),Director的VIP地址對外可見,而RealServer的VIP對外是不可見的。RealServer的地址即可以是內部地址,也可以是真實地址。

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VS/DR的工作流程如圖所示:它的連接調度和管理與VS/NAT和VS/TUN中的一樣,它的報文轉發方法又有不同,將報文直接路由給目標服務器。在VS/DR中,調度器根據各個服務器的負載情況,動態地選擇一臺服務器,不修改也不封裝IP報文,而是將數據幀的MAC地址改爲選出服務器的MAC地址,再將修改後的數據幀在與服務器組的局域網上發送。因爲數據幀的MAC地址是選出的服務器,所以服務器肯定可以收到這個數據幀,從中可以獲得該IP報文。當服務器發現報文的目標地址VIP是在本地的網絡設備上,服務器處理這個報文,然後根據路由表將響應報文直接返回給客戶。
  VS/DR的方式是目前大型網站使用最廣泛的一種負載均衡手段。

三、三種LVS負載均衡技術的優缺點歸納表:

指標 VS/NAT VS/TUN VS/DR
服務器操作系統 任意 支持隧道 多數(支持Non-arp)
服務器網絡 私有網絡 局域網/廣域網 局域網
服務器數目(100M網絡) 10~20 100 大於100
服務器網關 負載均衡器 自己的路由 自己的路由
效率 一般 最高
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