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负载均衡LB》》LVS

news 2025/6/10 5:13:41

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LO 接口

LVS简介

LVS（Linux Virtual Server）即Linux虚拟服务器，是由章文嵩博士主导的开源负载均衡项目，通过LVS提供的负载均衡技术和Linux操作系统实现一个高性能、高可用的服务器集群，它具有良好可靠性、可扩展性和可操作性，从而以低廉的成本实现最优的服务性能。目前LVS已经被集成到Linux内核模块中。该项目在Linux内核中实现了基于IP的数据请求负载均衡调度方案，终端互联网用户从外部访问公司的外部负载均衡服务器，终端用户的Web请求会发送给LVS调度器，调度器根据自己预设的算法决定将该请求发送给后端的某台Web服务器，比如，轮询算法可以将外部的请求平均分发给后端的所有服务器，终端用户访问LVS调度器虽然会被转发到后端真实的服务器，但如果真实服务器连接的是相同的存储，提供的服务也是相同的服务，最终用户不管是访问哪台真实服务器，得到的服务内容都是一样的，整个集群对用户而言都是透明的。最后根据LVS工作模式的不同，真实服务器会选择不同的方式将用户需要的数据发送到终端用户，
LVS工作模式分为NAT模式、TUN模式、以及DR模式。

LVS的IP负载均衡技术是通过IPVS模块来实现的，IPVS是LVS集群系统的核心软件，它的主要作用是：安装在Director Server上，同时在Director Server上虚拟出一个IP地址**，用户必须通过这个虚拟的IP地址访问服务**。这个虚拟IP一般称为LVS的VIP，即Virtual IP。访问的请求首先经过VIP到达负载调度器，然后由负载调度器从Real Server列表中选取一个服务节点响应用户的请求。
当用户的请求到达负载调度器后，调度器如何将请求发送到提供服务的Real Server节点，而Real Server节点如何返回数据给用户，是IPVS实现的重点技术，IPVS实现负载均衡机制有三种，分别是NAT、TUN和DR.

LVS 核心组件和专业术语

# 核心组件
LVS  的  管理工具ipvsadm 和  内核模块  ipvs
ipvsadm ：用户空间的命令行工具，用于管理集群服务及集群服务上的RS（Real Server 后端的真实服务器）等
ipvs： 工作于内核上的程序，可根据用户定义的集群实现请求转发#  专业术语
VS：Virtual Server   虚拟服务
DR、DS：Director，Balancer   负载均衡器、分发器
RS：Real Server    后端请求处理的真实服务器
CIP：Client IP   用户端IP
#  负载均衡器 有两个IP  VIP，DIP
VIP：Director Virtual IP   负载均衡器虚拟IP
DIP： Director IP          负载均衡器IP
RIP： Real Server IP   后端请求处理真实服务器IP

LVS负载均衡器4种工作模式

LVS-NAT 》》网络地址转换模式
进站、出站的数据流程都经过DS（DR）负载均衡器（IP负载均衡，修改的是IP地址），利用网络层（三层）
LVS-DR》》直接路由模式
只有进站的数据流程经过DS（DR）负载均衡器（数据链路层负载均衡，修改的是目的MAC地址），利用数据链路层（二层）
LVS-TUN 》》隧道模式
只有进站的数据流程经过DS（DR）负载均衡器
LVS-full-nat》》双向转换模式
通过请求报文的源地址为DIP，目标为RIP来实现转发
对应响应报文而言，修改源地址为VIP，目标地址为CIP来实现转发

资料

网络地址转换模式》》NAT模式

原理
DS（DR）负载均衡器把客户端发来的数据包的IP头的目标地址，在DS（DR）负载均衡器上换成其中一个RS的IP地址，并发至RS来处理，
RS处理完成后，
把数据交给经过DS（DR）负载均衡器，DS（DR）负载均衡器再把数据包的源IP改成自己的VIP
①源CIP——>目VIP （客户端向——DS（DR）负载均衡器通信）
②目VIP——>改成RIP（DS（DR）负载均衡器中做转换）
（DS（DR）负载均衡器中做转换）——>RS 通信
③源RIP——>目DIP（RS——负载均衡器通信）
④源RIP——>改成VIP（处理完成之后，DS（DR）负载均衡器中再转换）
（DS（DR）负载均衡器中做转换）——>客户端通信

优点
集群中的物理服务器（RS服务器），可以使用任何支持TCP/IP操作系统，只有（DS（DR）负载均衡器）需要一个合法的IP（VIP）地址
不足
扩展性有限，当服务器节点（普通PC服务器）增长过多时，（DS（DR）负载均衡器）将成为整个系统的瓶颈，因为所有的请求包和应答包的流向都经过（DS（DR）负载均衡器）。当服务器节点过多时，大量的数据包都交会在（DS（DR）负载均衡器），速度就会变慢

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直接路由模式》》DR 模式

直接路由模式则应该是工作在数据链路层上（二层）
arp协议
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1、当用户请求到达Director Server （DS，负载均衡器），此时请求的数据报文会先到内核空间的PREROUTING链。此时报文的源IP为CIP，目标IP为VIP；
2、检查发现数据包的目标IP是本机，将数据包送至INPUT链；
3、IPVS比对数据包请求的服务是否为集群服务，若是，将请求报文中的源MAC地址修改为DIP的MAC地址，将目标MAC地址修改RIP的MAC地址，然后将数据包发至POSTROUTING链。此时的源IP和目的IP均未修改，仅修改了源MAC地址为DIP的MAC地址，目标MAC地址为RIP的MAC地址；
4、由于DS和RS在同一个网络中，所以是通过二层，数据链路层来传输。POSTROUTING链检查目标MAC地址为RIP的MAC地址，那么此时数据包将会发至Real Server；
5 、RS发现请求报文的MAC地址是自己的MAC地址，就接收此报文。处理完成之后，将响应报文通过lo接口传送给eth0网卡然后向外发出。此时的源IP地址为VIP，目标IP为CIP；
6、响应报文最终送达至客户端。

# DR 原理
DS（DR）负载均衡器和RS都使用同一个IP（即VIP）对外服务，但只有DS（DR）负载均衡器对ARP请求进行响应，所有RS对本身这个IP（VIP）的ARP请求保持静默（就是不理它），也就是说，网关会把这个服务IP（VIP）的请求全部定向给DS（DR）负载均衡器，而DS（DR）负载均衡器收到数据包后根据调度算法（当然前提IPVS会判断是否是集群，只有集群才会用到调度算法了）。找出对应的RS，
把， 源MAC（即CIP的MAC）————>改成DIP的MAC， 目的MAC（即VIP的MAC）————>改为RS的RIP的MAC，并将请求分发给这台RS。这时RS收到这个数据包，处理完成之后，由于IP（VIP）是一致，可以直接将数据返给客户端，则等于直接从客户端接收到这个数据包无异，处理后直接返回给客户端。
**优点：**与TUN模式（隧道模式）一样，DS（DR）负载均衡器也只是分发请求，应答包通过单独的路由方法返回客户端，与TUN相比，DR模式不需要隧道结构，因此可以使用大多数操作系统做为物理服务器
**不足：**要求DS（DR）负载均衡器的网卡必须与物理网卡在一个网段上（DS（DR）负载均衡器到RS 是通过MAC地址通信的）。
# DR模式的特点
1、DS（DR）和所有RS 都要配置 VIP 
2、RS的RIP 可以使用私有IP，也可以共有IP，RIP、DIP要在同一网段（因为需要通过MAC通信）
3、RIP的网关不能指向DIP，以确保响应报文不会通过DS（DR）负载均衡器，减少流量。
4、RS和DS（DR）负载均衡器要在同一个物理网络
5、请求报文经过DS（DR）负载均衡器，但响应报文不经过DS（DR）负载均衡器，而由RS直接发往请求方（client端）

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TUN 隧道模式

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#  DS 配置
ip addr  add dev ens33 172.30.164.181/32
systemctl start ipvsadm
ipvsadm -A -t 172.30.164.181:80 -s rr
ipvsadm -a -t 172.30.164.181:80 -r 172.30.164.139 -g
ipvsadm -a -t 172.30.164.181:80 -r 172.30.164.66 -g
ipvsadm -S > /etc/sysconfig/ipvsadmipvsadm -ln# RS配置
ip addr  add dev lo 172.30.164.181/32  #  VIP 
# 忽略ARP
# 临时关闭
echo 1> /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_ignore  
#
echo 1> /proc/sys/net/ipv4/ip_forward
/etc/sysctl.conf
net.ipv4.ip_forward=1
net.ipv4.conf.all.arp_ignore=1# 匹配精确IP地址回包
echo 2> /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_announce