LVS基础

Linux负载均衡（LVS）

一、LVS的定义：
LVS是Linux virtual server的简称（Linux虚拟服务器），LVS架构从逻辑上可分为调度层，server集群层和共享存储。

二、LVS的基本原理：

（1）用户向负载均衡调度器（director Server）发起请求，调度器将请求发往内核空间
（2）prerouting链首先会接受到用户的请求，确定目标IP为本地IP,然后吧数据包发往input链。
（3）ipvs是工作在input链上的，当用户请求到达input链上是，会将用户请求与自己已经定义好的集群服务进行对比，如果用户的请求就是定义好的集群服务，那么input就会强制修改数据包的目标IP和端口号，并将数据包发送至postrouting

三、LVS组成
LVS由两部分组成，包括ipvs和ipvsadm
ipvs是内核的一个代码块，是实现调度的代码
ipvsadm 负责为ipvs内核框架编写规则，规定谁是集群服务，谁是后端真实的服务器

四、术语
DS：Director Server指的是前端负载均衡器的节点
RS：Real Server 指后端真实的服务器
VIP：作为用户请求的目标IP地址
DIP：Director Server IP主要用于和内部主机通讯的IP地址
RIP： Real Server IP后端服务器的IP
CIP：Client IP访问客户端的IP

五、LVS的类型：
NAT：地址转换
DR：直接路由

六、八种调度算法：
a、rr(伦叫调度）
这种算法最为简单，就是按照依次循环的方式将请求调度到不同得到服务器上（特点：简单）。轮询算法假设后端服务器处理请求的能力是一样的，调度器会将请求平均的分配给每个真实的服务器，不管RS的配置和处理和处理能力
b、加权轮询算法（wrr)
比rr多了一个加权重的概念，给RS设置权重，权重越高，接受的请求越多，权重（0-100）
c、最少链接（lc)
根据后端RS的连接数来决定吧请求发送给谁
d、加权最少链接（wlc)
e、 基于局部性的最少连接调度算法 lblc
这个算法是请求数据包的目标 IP 地址的一种调度算法，该算法先根据请求的目标 IP 地址寻找最近的该目标 IP 地址所有使用的服务器，如果这台服务器依然可用，并且有能力处理该请求，调度器会尽量选择相同的服务器，否则会继续选择其它可行的服务器
f、复杂的基于局部性最少的连接算法 lblcr
记录的不是要给目标 IP 与一台服务器之间的连接记录，它会维护一个目标 IP 到一组服务器之间的映射关系，防止单点服务器负载过高。
g、目标地址散列调度算法 dh（*）
根据目标IP地址，通过散列函数将目标IP与服务器建立映射关系，如果服务器不可用或负载过高，发往目标IP的请求会固定发送给该服务器
h、源地址散列调度算法 sh
与目标地址散列调度算法类似，但它是根据源地址散列算法进行静态分配固定的服务器资源。

七、NAT原理特点

原理描述：
（1）用户请求到达director server，DR将请求发送至内核空间
（2）用户请求首先到达prerouting，发现数据包的源IP是CIP目标IP是VIP，目标IP是本机IP，于是将数据包发送至input链
（3）ipvs是工作在input上的，通过用户请求与定义好的集群服务进行对比，若集群服务是本机已经定义好的，则input链会将数据包的目标Ip更改为RIP并发送至postrouting
(4)postirouting接受到数据包后发现目标IP为其后端的服务器IP，并将数据包发送至后端真实服务器
（5）接受到请求的服务器会给用户返回一个回应的数据包，数据包在本机内部传输时，源IP为RIP，目标IP为CIP。当数据包发出本机时，更改源IP为本机IP（vIP)

特点：
RS应该使用私有地址，RS的网关必须指向DIP
DIP和RIP必须在同一个网段内
请求和响应报文都需要经过Director Server，高负载场景中，Director Server易成为性能瓶颈
支持端口映射
RS可以使用任意操作系统
缺陷：对Director Server压力会比较大，请求和响应都需经过director server

八、LVS/DR原理特点

原理描述：
(a) 当用户请求到达Director Server，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
(b) PREROUTING检查发现数据包的目标IP是本机，将数据包送至INPUT链
(c) 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
(d) 由于DS和RS在同一个网络中，所以是通过二层来传输。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。
(e) 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
(f) 响应报文最终送达至客户端
特点：
特点1：保证前端路由将目标地址为VIP报文统统发给Director Server，而不是RS
RS可以使用私有地址；也可以是公网地址，如果使用公网地址，此时可以通过互联网对RIP进行直接访问
RS跟Director Server必须在同一个物理网络中
所有的请求报文经由Director Server，但响应报文必须不能进过Director Server
不支持地址转换，也不支持端口映射
RS可以是大多数常见的操作系统
RS的网关绝不允许指向DIP(因为我们不允许他经过director)
RS上的lo接口配置VIP的IP地址
缺陷：RS和DS必须在同一机房中