初识LVS和LVS_NAT

如果一台服务器承受过多的压力，那么服务可能会崩溃，所以，我们应该让一台服务器承受的压力在合理范围内，但是如果服务端必须要承受较大的压力，那么一台服务器可能无法满足我们的要求，所以我们可以使用多台服务器分摊这些压力，当一定数量的服务器作为一个整体对外提供服务，并且分摊压力时，那么我们可以称这些服务为“负载均衡集群”。

使用LVS即可实现“负载均衡集群”。

LVS是Linux Virtual Server 的缩写，从字面意思上翻译，LVS应该译为“Linux虚拟服务器”，但是这样的翻译对于初学者来说可能不容易理解，我们暂且不用纠结，等了解完了概念，我们自然会明白它的含义。

通过LVS实现负载均衡集群的方案属于“软件方案”，当然，既然有“软件方案”那么肯定有对应的“硬件方案”，但是，硬件方案所需的成本比较高，我们需要购买特定的负载均衡硬件设备，以达到负载均衡的目的，比较知名的负载均衡硬件设备厂商有F5,Citrix等，但是硬件方案并不是此处讨论的重点，我们了解即可。而能够实现负载均衡之目的软件也不只有LVS一种，我们也可以通过nginx，haproxy等软件实现负载均衡的目的。当然，这篇文章就是介绍LVS的，所以其他方法我们不用理会，先来看看LVS是怎样实现负载均衡的。

LVS有多种模式（或者称为模型），在不同的模型下，LVS实现负载均衡的方式也不同，也就是说，我们可以不同的“姿势”来配置LVS，但是为了尽量降低我们认识的LVS的门槛，我们可以先从较为简单的，容易理解的模式开始。

我们先了解一下LVS的NAT模型（此模型较为容易理解），LVS-NAT模型结构示意图如下。

上面所示意的场景中，有三种角色。负载

角色—：客户端

角色二：LVS服务器，我们说过，LVS是实现负载均衡的软件方案，所以，上图中的LVS主机即安装了LVS的服务器。

角色三：真正用来分摊压力，处理请求的服务器，我们称之为RealServer

上图中的LVS服务器与各个RealServer组成了一个“负载均衡”。

聪明如你一定看懂了，上图中，LVS服务器只负责接收来自客户端的请求，然后将客户端请求分派至后端得Realserver上，用户请求被分摊后，真正处理客户端请求得是上图中的RealServer,当RealServer将客户端请求报文处理完毕后，会将响应报文统一返回到LVS所在的服务器，最后再用由LVS服务器将响应报文返回到客户端，上述整个过程中，LVS服务器并没有处理客户端请求，LVS服务器只负责将来自前端的压力尽量均衡的分配至后端主机，真正处理客户端请求的上图中的后端主机（即RealServer),上图为了示意简洁，所以只使用了两台服务器作为RealServer,而在实际使用的过程中，RealServer的数量可以更多。

举个例子，假设上图中的负载均衡集群提供的是web服务，那么上图中的RealServer1服务器RealServer2服务器中都会提前安装好httpd，假设在某一时刻，有1000个请求报文“web”，那么这1000个请求会发往LVS服务器，LVS服务器中并没有安装httpd,所以它也不会去处理这些请求，但是LVS服务器会尽量均衡的将1000个请求报文发送到后端的RealServer中，当RealServer中的httpd处理完这些请求后，由RealServer将对应的响应报文返回LVS，最后再由LVS将响应报文返回给客户端。

所以，我们往往称LVS服务器为“调度器”（Scheduler）,或者称LVS服务器为“导演”（director)，因为真正干活的（处理请求的）服务器是后端的RealSsrver，LVS服务器只负责调度。

从上图可以看出，LVS服务器是直接面向客户端，所以，LVS服务器必须有一个公网IP，才能服务在互联网上，我们称配置在LVS服务器上的公网IP为VIP，即Virtual IP,在LVS-NAT模型中，负载均衡集群内部的主机都是通过内网IP通讯的，也就是说，LVS-NAT集群内部的主机需要在相同网段的内网中，而集群中的每个主机配置有一个内网IP，LVS服务器当然也属于负载均衡集群内部的主机。所以它也需要配置一个内网IP，我们称配置在LVS服务器上的内网IP为DIP，可以理解为Director IP ，也就是负责调度的导演IP，而每个RealServer上都有一个与DIP在同一网段的内网IP,我们称配置在RealServer上的内网IP为RIP,我们将客户端的IP简称Client IP,即CIP,所有机器的IP配置如下图所示

其实，从名字上也能看出，LVS-NAT模型是利用了NAT的特性，NAT为“Network Address Ttanslation”的缩写，译为“网络地址转换”，什么是“网络地址转换”，在哪场景中需要用到“网络地址转换”，

既然LVS-NAT模型是利用了“网络地址转换”那么，在整个过程中，报文的IP到底发生了怎样的转换呢？通过如下示意图，即可明白报文IP的转换过程，为了使示意图更加简洁明了，图中只画出了一个RealServer,同时，我们可以配合图下方的描述，来理解报文中IP被转换的整个过程。

正如上图所示，客户端的请求会发生LVS主机，此时，客户端请求报文的源IP为CIP，目标IP的LVS的VIP，当LVS收到客户端的请求报文时，会将请求报文中的目标IP修改为后端某个RealServer的RIP，就以上图为例，当LVS收到客户端请求报文时，会将报文中VIP修改为RIP1或者RIP2，具体将VIP修改为哪个RealServer的RIP,取决于LVS使用的具体算法，最好理解的负载均衡算法就是轮询算法了，用大白话说，轮询算法就是如果这次将报文的目标IP修改为RIP1，那么下次就将目标IP被修改为RIP2，在下次就再将目标IP修改为RIP1，以此类推，当然，除了轮询算法，还有很多别的算法可供我们选择，但是此处我们暂时先不考虑这么多，当客户端请求报文的目标IP被修改对应的RIP后，请求报文的源IP为CIP，目标IP已经改为RIP，那么报文自然会被LVS转发到对应的RealServer中，当RealServer收到对应的请求报文时，会发现报文的目标IP就是自己的RIP，于是就会收到报文，处理后进行响应，因为RealServer收到请求报文时，源IP为CIP，目标IP为RIP，所以RealServer在进行响应时，响应报文的源IP则为RIP，目标IP则为CIP，但是CIP对于RealServer来说肯定不在一个网络内，因为CIP是一个公网IP，所以，我们要将所有RealServer的网关指向DIP，当RealServer产生响应报文时，会将响应报文发往网关DIP，而DIP就是LVS的内网IP，当LVS收到对应的响应报文时，响应报文的源IP为RIP，目标IP为CIP，此时，LVS会将响应报文的源IP修改为VIP，修改后的响应报文的源IP为VIP，目标IP为CIP，于是响应报文被发往客户端，客户端会收到响应报文，其实上述整个过程是一个DANT的过程，所以，此种LVS模型被称之为LVS-NAT模型。

上图中，LVS服务器主要负责调度，所以，我们也称上图中的LVS主机为调度器，聪明如你一定想到了，我们需要在角色为调度的主机一定的配置，比如，我们需要定义，当客户端访问调度器的VIP+80端口时，就表示客户端想要访问http服务，当然，对于客户端来说，LVS集群是透明的，客户端并不知道有一个“集群”的存在，客户端只知道访问VIP:80时，可以访问到自己的需要的网页，但是我们则必须清楚整个集群结构的来龙去脉，所以，我们需要在调度器上配置，当客户端访问VIP+80端口时，就代表客户端访问了一个“http集群”，同时，我们需要定义这个集群中那些主机扮演“RealServer”,还需要定义调度通过什么算法，将请求负载到后端的RealServer中。

如果我们想要实现这些定义，需要借助一个管理工具，它就是ipvsadm

我们可以将ipvsadm理解成一个用户工具，我们需要借助这个工具定义LVS集群规则。

但是，我们通过ipvsadm定义的规则最终还要依靠ipvs才能生效，我们可以这样理解，ipvs才是核心，但是作为管理员，我们需要通过ipvsadm才能定义规则，ipvs会根据我们定义的规则进行工作，ipvsadm工作用户空间，ipvs工作于内核空间，ipvsadm与ipvs的关系，就好比iptables与netfilter的关系。

综上所述，LVS由两部分组成，ipvs与ipvsadm

ipvsadm：管理工具，管理员通过ipvsadm定义或管理集群规则。

ipvs:LVS核心实现，根据定义好的集群规则进行工作。

其实，ipvs是netfilter结合在一起的使用的，2.4.X版本以后的内核中，ipvs作为netfilter的模块存在。

还记得iptables中的5条链吗？如果你忘了，请回顾本博客的iptables系列文章，而ipvs其实就是附属在INPUT链上进行工作的，示意图如下

当客户端访问服务时，会访问VIP+端口，所以，客户端的请求报文会发往调度器，请求报文会先经过PREROUTING链，然后进行路由判断，由于此刻报文的目标IP为VIP，而VIP对于调度器来说，就是本身的IP，所以报文会经过INPUT链，此刻，如果IPVS发现报文访问的VIP+端口与我们定义的LVS集群规则相符，ipvs则会根据定义好的规则与算法，将报文直接发往POSTROUTING链，然后报文则会发出，最后到达后端的RealServer中。

好了，LVS-NAT模型以及ipvs工作的大致原理我们已经了解完了。只要动手定义好对应的规则，即可配置出一个LVS集群，但是，我们还没有介绍过怎样使用ipvsadm，那么现在，我们就来聊聊，怎样使用ipvsadm命令定义规则。

如果你很熟悉iptables命令，那么了解ipvsadm命令就会非常轻松，因为他们有异曲同工之妙。