LVS的工作机制

LVS里Director本身不响应请求,只是接受转发请求到后方,Realservers才是后台真正响应请求。

LVS 工作原理基本类似DNAT,又不完全相像,它是一种四层交换,默认情况下通过用户请求的地址和端口来判断用户的请求,从而转发到后台真正提供服务的主机,而判断这种请求的是通过套接字来实现,所以四层就可以实现。

而且这个转发的过程对用户而言是透明的(简单的讲,就是用户访问DR的IP,而DR转发给RSS,而用户不知道这个过程)

LVS的工作模式:

1.DNAT

2.直接路由(DR)

3.隧道(tunnel)

2、提供的优点:

1.高并发

2.高冗余

3.适用性,扩展服务器,缩减服务器,方便服务器扩展和收缩

LVS 的IP地址类型

1.VIP:虚拟IP地址,并不提供服务,而是将用户的请求转发到后方(冗余网关的IP)

2 RIP:真正IP地址,客户端真正提供服务的IP地址(后端真实机的IP)

3.DIP:调度IP地址,通常是和RIP相连的LVS的IP地址(进行调度服务的IP)

4.CIP:客户端IP地址,用户请求时,用户的IP(客户端IP)

流程:如下图

LVS集群的类型:

1.LVS-NAT DNAT

2.LVS-DR 直接路由

3.LVS-TUN 隧道

下面我们详细说明这三种类型:

LVS-NAT模型原理

用户的请求和响应都需要经过Director

源地址,目标地址都需要经过转换,而目标地址转换是透明的

这种架构的扩展有限调度器,Director将处理所有的请求,压力比较大,扩展到10个结点就不行了

要求:

1.集群节点必须在同一个物理网络中,同一个子网或者VLAN

2.DIP和RIP只能在同一个网络(子网)中,不能跨越网段,跨网段的话 ,中间会断开,不能中继

3.RIP地址通常是私有地址,

4.所有的RIP,必须以DIP为网关(地址转换),

5.NAT的地址可以做端口转换(比如80--8080)

6.任何操作系统都可以做RIP,只要后端有服务

7.Director有可能成为整个系统的瓶颈

数据传输:

客户端访问VIP的服务(CIP->VIP),VIP根据调度算法把数据转发给一台后端RSS,进行数据包重写(IP头改为:VIP->RIP,MAC帧改为:Mvip->Mrip),RIP收到数据包后,进行解包,发现是给自己的,然后就根据收到的数据包中的内容进行回复,回复给VIP,同样进行数据包重写,给VIP后直接回复给CIP。

LVS-DR模型原理

用户的请求必须经过Director,而realserver在响应的使用直接返回请求(图有问题,有可能设的网关不同,还存在一台路由器)

需要配置iptables规则,拒绝响应MAC地址转换,或者通过修改LINUX内核响应

优点:由于它比NAT少了一个地址转换,响应速度更快

特点

1.必须处于同一个物理网络中(连在同一个交换机上)

2.RIP可以使用公网地址(建议使用)

3.Director只转发请求,而realserver直接响应请求

4.集群节点的网关,不能指向DIP

5.不能做端口转换(不支持)

6.绝大多数的操作系统都可以实现realserver,而realserver需要同一个网卡配置多个Ip地址

7.DR模式的Director比NAT模式能够带动更多的节点

数据传输:

解决数据进入:

为了避免RS直接响应,给服务器的lo:0设置VIP地址,给本地网卡设置成CIP,这样RS就不会直接响应了,隐藏了RS

解决数据出去:

而默认情况下,Linux设置数据包从哪块网卡出去,源地址设为该网卡地址,通过添加一条特殊路由信息,如果目标地址是lo的VIP地址,那么出去的时候源地址设置为lo的地址。

路由信息的原理:

添加一条主机路由,将VIP的地址自己设置成一个网段,既子网掩码为255.255.255.255,这样VIP出去的时候没有比VIP更优的了,就成为最佳IP

在互联网上性能最佳的就是DR应用,但是有一个缺点,必须要求主机间距离比较近(比如一个机房)如果发生天灾人祸,集群就完了,所以我们为了实现异地分布,要采用隧道比如VPN

LVS-TUN模型原理:

虚拟隧道实现:

1.专线(加密)

2.二层:在MAC之外再加一层MAC

3.三层:源IP目标IP之外再加一层IP

隧道目的: 隐藏意图,通过转换来(ip套ip)隐藏目的

特征:

1.集群节点和Director不必在同一个网络,也可以位于不同网段。

2.RIP必须使用公网地址

3.Director只需要处理进来的请求,不需要处理出去的请求

4.响应的请求一定不能经过Direcor.

5.只能使用那些支持IP 隧道协议的操作系统做realserver

优点:LVS-TUN可以实现基于网络的集群,这样就脱离了LVS-DR和realserver之间的距离限制。

调度算法

LVS的负载均衡要依赖算法(Scheduling methods :调度方法)来实现,根据特点它们分为如下两类:

1.fiexd scheduling 静态(固定)

2.dnamic scheduling 动态

FIEXD SCHEDULING静态算法

特点:不考虑后端realserver的连接状态,而动态的要考虑后端的链接数为标准

1. Round-robin (RR) 轮询

既第一次访问A,第二次访问B,第三次再访问A…..循环下去

2. Weighted Round-Robin WRR

加强论调:提高后台服务器的响应能力

根据后方服务器的响应能力,来定义权重,根据权重来转发请求,权重大的优先访问

3.Destination hashing DH

目的:实现针对目标地址的请求做固定转发,基于目标

将来自同一个用户的特定请求转发到固定的指定的主机(比如提供web服务),以提高缓存(网页文件缓存)利用率(命中率)。

4.Souce hashing SH

目的:将来自同一个用户的地址,始终转发到router或者firewall,基于源

应用场景:

将用户的请求按照平均指定到不同的防火墙,实现平均内网负载,通过特定防火墙(网关)出去(上网)

静态算法的缺陷:不考虑后台real-server的负载,连接状态

动态算法:Dynamic Scheduling Mehtod

这里有两个概念:

活动连接:后台real-server当前处于活动状态(active)和ESTABLISHED state(想关联)的连接,像ssh,或者telnet会一直处于活动状态。

非活动连接:非活动的状态(inactive)或者非FIN的数据包,比如httpd(未开启keepalive), 而httpd除非启用keepalive, 发送完成后直接断开,处于inactive的状态

相关动态算法 :

1. LC least-connection 最少连接

LC同时检查一台主机上的活动连接数和非活动连接数,连接数最少(活动状态的连接数少)的将会接受下一个连接请求。

LC同时考察活动连接和非活动连接,它用活动连接*256+非活动连接作为 overhead 通过overhead谁的小,转发给谁

但是非活动链接也会影响连接,当活动连接的比数比较大的时候,会影响结果

2.WLC Weighted Least-Connection 加权最少连接数

加权按照机器的性能划分。Overhead/加权请求要转发给小得那个

加权算法,是集群应用上的最好的算法之一,比较公平

2. SED Shortest Expected Delay 最短延迟

在WLC基础上改进

Overhead = (ACTIVE+1)*256/加权

不再考虑非活动状态,把当前处于活动状态的数目+1来实现,数目最小的,接受下次请求

+1的目的是为了考虑加权的时候,非活动连接过多

缺陷:当权限过大的时候,会导致空闲服务器一直处于无连接状态

3.NQ算法永不排队

保证不会有一个主机很空闲。在SED基础上无论+几,第二次一定给下一个,保证不会有一个主机不会很空闲

不考虑非活动连接,才用NQ,SED要考虑活动状态连接

对于DNS的UDP不需要考虑非活动连接,而httpd的处于保持状态的服务就需要考虑非活动连接给服务器的压力

4.LBLC 基于本地的最少连接算法

和DH的区别:考虑后台的负载能力和连接情况

支持权重,它在WLC基础上改进

5.LBLCR 基于本地的带复制的最少连接数

是对LBLC的一个改进,能够在LBLC的基础上实现负载均衡

判断后端,到底谁的连接少,当A的连接很多,而B的很空闲,会将A的部分连接分配到B上(打破原有规则,避免大范围的不公平)

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