LVS 工作原理分析
一、大致介绍
1、官方站点：http://www.linuxvirtualserver.org； 2、用过LVS的童鞋，其实大家的目的性很明确，就是需要通过LVS提供的负载均衡技术和Linux操作系统实现一个高性能，高可用的服务器群集； 3、并且这个集群具有良好的可靠性、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，这也是大多数中小型公司青睐的架构； 复制代码
二、LVS体系架构
2.1 LVS相关术语
1、 DS：Director Server。指的是前端负载均衡器节点。 2、 RS：Real Server。后端真实的工作服务器。 3、 VIP：向外部直接面向用户请求，作为用户请求的目标的IP地址。 4、 DIP：Director Server IP，主要用于和内部主机通讯的IP地址。 5、 RIP：Real Server IP，后端服务器的IP地址。 6、 CIP：Client IP，访问客户端的IP地址。 复制代码
2.2 请求通讯路径
用户在终端发起请求 --> 负载均衡层（Load Balancer） --> 服务器群组层（Server Arrary） --> 共享存储层（Shared Storage） 复制代码
2.3 负载均衡层（Load Balancer）
1、处于集群最前端，一台或多台构成负载调度，俗称负载调度器（Director Server）； 2、分发请求给服务器集群组层的应用服务器（Real Server）； 3、监控应用服务器健康状况，动态从LVS路由表中剔除、添加； 4、也可以兼职Real Server的身份； 复制代码
2.4 服务器群组层（Server Arrary）
1、一台或多台实际运行的应用服务器构成； 2、每个Real Server关联时通过有效网络互连； 复制代码
2.5 共享存储层（Shared Storage）
1、提供共享存储空间和内容一致性的存储区域； 复制代码
三、LVS模式: NAT
3.1 原理
多目标IP的DNAT，通过将请求报文中的目标地址和目标端口修改为选出来的RS的RIP和PORT实现转发。 复制代码
3.2 流程分析
1.当用户请求到达DS后，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； |源地址|目的地址| --------------- |CIP |VIP | 2、PREROUTING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，修改数据包的目标IP地址为后端服务器IP，后将数据包发至POSTROUTING链。 此时报文的源IP为CIP，目标IP为RIP； |源地址|目的地址| --------------- |CIP |RIP | 4、POSTROUTING链通过选路，将数据包发送给RS； 5、RS比对发现目标为自己的IP，开始构建响应报文发回给DS，此时报文的源IP为RIP，目标IP为CIP； |源地址|目的地址| --------------- |RIP |CIP | 6、Director Server在响应客户端前，此时会将源IP地址修改为自己的VIP地址，然后响应给客户端，此时报文的源IP为VIP，目标IP为CIP； |源地址|目的地址| --------------- |VIP |CIP | 复制代码
3.3 特性
1、要求DS具备双网卡，VIP应对公网，而DIP必须和RIP在同一个网段内； 2、RIP、DIP应该使用私网地址，同在一个网段中，且RS的网关要指向DIP； 3、请求和响应报文都要经由DS转发，极高负载中，DS可能会成为系统瓶颈； 4、RS可以使用任意OS； 复制代码
3.4 配置大致步骤讲解（代码就不详细粘贴了）
// lvs-server 1、配置路由转发； 2、配置NAT模式； 3、配置转发到RIP规则； // lvs-client 1、配置RS网关执行DIP； 复制代码
四、LVS模式: TUN
4.1 原理
在原有的IP报文外再次封装多一层IP首部，内部IP首部(源地址为CIP，目标IIP为VIP)，外层IP首部(源地址为DIP，目标IP为RIP)。 复制代码
4.2 流程分析
1、当用户请求到达DS后，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； |源地址|目的地址| --------------- |CIP |VIP | 2、PREROUTING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，在请求报文的首部再次封装一层IP报文，封装源IP为为DIP，目标IP为RIP。然后发至POSTROUTING链。 此时源IP为DIP，目标IP为RIP； |IP首部源地址|IP首部目的地址|源地址|目的地址| --------------------------------------- |DIP |RIP |CIP |VIP | 4、POSTROUTING链根据最新封装的IP报文，将数据包发至RS（因为在外层封装多了一层IP首部，所以可以理解为此时通过隧道传输），此时源IP为DIP，目标IP为RIP； 5、RS接收到报文后发现是自己的IP地址，就将报文接收下来，拆除掉最外层的IP后，会发现里面还有一层IP首部，而且目标是自己的tun0接口VIP，那么此时RS开始处理此请求，处理完成之后，通过tun0接口送出去向外传递，此时的源IP地址为VIP，目标IP为CIP； |源地址|目的地址| --------------- |VIP |CIP | 6、响应报文最终送达至客户端； 复制代码
4.3 特性
1、DIP、VIP、RIP都应该是公网地址； 2、RS的网关不能，也不可能指向DIP； 3、RS必须支持IP隧道； 复制代码
4.4 配置大致步骤讲解（代码就不详细粘贴了）
// lvs-server 1、将VIP配置到tun0网卡上，并配置tun0隧道0网卡为独立网段； 2、添加隧道ip路由表，防止路由短缺； 3、配置TUN模式； 4、配置转发到RIP规则； // lvs-client 1、将VIP配置到tun0网卡上，配置tun0隧道0网卡为独立网段； 2、添加隧道ip路由表，防止路由短缺； 3、配置tun0/all忽略arp_ignore,宣告arp_announce； 复制代码
五、LVS模式: DR
5.1 原理
通过为请求报文重新封装一个MAC首部进行转发，源MAC是DIP所在的接口的MAC，目标MAC是某挑选出的RS的RIP所在接口的MAC地址；源IP/PORT，以及目标IP/PORT均保持不变； 复制代码
5.2 流程分析
1、当用户请求到达DS后，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； |源地址 |目的地址 | --------------------- |CIP |VIP | --------------------- |源MAC地址|目的MAC地址| --------------------- |CIP-MAC |VIP-MAC | 2、PREROUTING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； |源地址 |目的地址 | --------------------- |CIP |VIP | --------------------- |源MAC地址|目的MAC地址| --------------------- |DIP-MAC |RIP-MAC | 4、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RS。 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； |源地址|目的地址| --------------- |VIP |CIP | 6、 响应报文最终送达至客户端； 复制代码
5.3 特性
1、RIP可以是公网地址，也可以是私网地址； 2、RIP、DIP需要在同一个IP网段； 3、RIP的网关不能指向DIP，以确保响应报文不会经由DS，而是直接通过RS发往Client； 复制代码
5.4 配置大致步骤讲解（代码就不详细粘贴了）
// lvs-server 1、网卡可配置多个ip，将VIP配置到调度器eth0:0的一个端口上； 2、添加eth0:0路由表，防止路由短缺； 3、配置DR模式； 4、配置转发到RIP规则； // lvs-client 1、将VIP配置到回环接口的一个端口上； 2、添加lo:0路由表，防止路由短缺； 3、配置lo/all忽略arp_ignore,宣告arp_announce；
