LVS三种模式的实现原理、配置及优点缺点详解
LVS是linux Virtual Server的简写，意即Linux虚拟服务器，是一个虚拟的服务器集群系统。
三种LVS负载均衡模式
1.LVS-NAT 模式
网络地址转换，工作在网络层（三层），只有VIP是公网IP，其余都是私网IP，Real Server指定LVS为网关，LVS开启路由转发，源和目标地址转换，数据的进出期间,无论是进来的流量,还是出去的流量，都必须经过DR，会产生一种瓶颈，适合小网络，规模10台左右。
工作原理：
1、用户发送请求报文到LVS的VIP上，VIP选择一个Real Server，并记录连接信息到hash表中，然后修改用户的请求报文的目的IP地址为Real Server的地址，将请求发给Real Server; 2、Real Server收到请求报文包后，发现目的IP是自己的IP，于是处理请求，然后发送reply给LVS; 3、LVS收到reply包后，修改reply包的的源地址为VIP，发送给用户; 4、从用户来的属于本次连接的包，查hash表，然后发给对应的Real Server。 5、当用户发送完毕，此次连接结束或者连接超时，那么LVS自动从hash表中删除此条记录。
配置LVS server
#!/bin/sh
# description: start LVS of Nat
VLAN-IP=202.99.59.110
RIP1=10.1.1.2
RIP2=10.1.1.3
#RIPn=10.1.1.n
GW=10.1.1.1
. /etc/rc.d/init.d/functions
case "$1" in
start)
echo " start LVS of NAtServer"
echo "1" >/proc/sys/net/ipv4/ip_forward
echo "0" >/proc/sys/net/ipv4/conf/all/send_redirects
echo "0" >/proc/sys/net/ipv4/conf/default/send_redirects
echo "0" >/proc/sys/net/ipv4/conf/eth0/send_redirects
echo "0" >/proc/sys/net/ipv4/conf/eth1/send_redirects(内网卡上的)
#Clear IPVS table
/sbin/ipvsadm -C
#set LVS
/sbin/ipvsadm -a -t 202.99.59.110:80 -r 10.1.1.2:80 -m -w 1
/sbin/ipvsadm -a -t 202.99.59.110:80 -r 10.1.1.3:80 -m -w 1
#Run LVS
/sbin/ipvsadm
#end
;;
stop)
echo "close LVS Nat server"
echo "0" >/proc/sys/net/ipv4/ip_forward
echo "1" >/proc/sys/net/ipv4/conf/all/send_redirects
echo "1" >/proc/sys/net/ipv4/conf/default/send_redirects
echo "1" >/proc/sys/net/ipv4/conf/eth0/send_redirects
echo "1" >/proc/sys/net/ipv4/conf/eth1/send_redirects(内网卡上的)
/sbin/ipvsadm -C
;;
*)
echo "Usage: $0 {start|stop}"
exit 1
esac
LVS-Nat 模式的后端机器不需要配置.
2.LVS-DR 模式
调度器与实际服务器都有一块网卡连在同一物理网段上，直接路由模式，工作在TCP/IP数据链路层(二层)，必须都是公网ip，要求是同网段（因为DR是转发给RS的，是在数据链路层实现的，DR要对二层包头进行改换，所以DR和Real Server必须在一个广播域下）。不需要路由转发。需要关闭arp解析（抑制arp帧），客户请求处理后直接返回给客户。规模几十台左右。
工作原理：
1、当一个用户发送一个WEB请求到VIP；
2、LVS服务器根据VIP选择对应的Real Server的Pool，根据算法，在Pool中选择一台Real Server，并将这台Real Server的mac地址作为目的MAC地址，重新将IP包封装成帧转给Real Server，LVS在hash表中记录该次连接；
3、然后将用户的请求包发给选择的Real Server；
4、最后选择的Real Server把应答包直接传给用户；
5、当用户继续发包过来时，LVS根据更才记录的hash表的信息，将属于此次连接的请求直接发到刚才选择的Real Server上；当连接中止或者超时，hash表中的记录将被删除。
配置LVS server
#！/bin/sh
VIP=192.168.0.210
RIP1=192.168.0.175
RIP2=192.168.0.145
. /etc/rc.d/init.d/functions
case "$1" in
start)
echo "start LVS of DirectorServer"
#Set the Virtual IP Address
/sbin/ifconfig eth0:1 $VIP broadcast $VIP netmask 255.255.255.255 up
/sbin/route add -host $VIP dev eth0:1
#Clear IPVS Table
/sbin/ipvsadm -C
#Set Lvs
/sbin/ipvsadm -A -t $VIP:80 -s rr
/sbin/ipvsadm -a -t $VIP:80 -r $RIP1:80 -g
/sbin/ipvsadm -a -t $VIP:80 -r $RIP2:80 -g
#Run Lvs
/sbin/ipvsadm
;;
stop)
echo "close LVS Directorserver"
/sbin/ipvsadm -C
/sbin/ifconfig eth0:1 down
;;
*)
echo "Usage： $0 {start|stop}"
exit 1
esac
配置 RIP server
#!/bin/bash
VIP=192.168.0.210
LOCAL_Name=50bang
BROADCAST=192.168.0.255 #vip's broadcast
. /etc/rc.d/init.d/functions
case "$1" in
start)
echo "reparing for Real Server"
echo "1" >/proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_ignore
echo "2" >/proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_announce
echo "1" >/proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_ignore
echo "2" >/proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_announce
ifconfig lo:0 $VIP netmask 255.255.255.255 broadcast $BROADCAST up
/sbin/route add -host $VIP dev lo:0
;;
stop)
ifconfig lo:0 down
echo "0" >/proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_ignore
echo "0" >/proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_announce
echo "0" >/proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_ignore
echo "0" >/proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_announce
;;
*)
echo "Usage: lvs {start|stop}"
exit 1
esac
3.IP隧道模式
ip-tun模式，工作在网络层（三层），网卡需要具备tun隧道协议网卡，系统支持ip隧道，增加了数据传输时间，必须都是公网ip，可以是不同网段，跨路由，分散互联网不同位置，不需要路由转发。规模几十台左右。
配置lvs server
#!/bin/sh
# description: start LVS of Directorserver
VIP=192.168.25.41（注意，lvs server那台机器2个ip，一个是vip,一个是本身ip例如192.168.25.42）
RIP1=192.168.25.44
RIP2=192.168.25.45
#RIPn=192.168.0.n
GW=192.168.25.254
. /etc/rc.d/init.d/functions
case "$1" in
start)
echo " start LVS of DirectorServer"
# set the Virtual IP Address
/sbin/ifconfig tunl0 $VIP broadcast $VIP netmask 255.255.255.0 up
/sbin/route add -host $VIP dev tunl0
#Clear IPVS table
/sbin/ipvsadm -C
#set LVS
/sbin/ipvsadm -A -t $VIP:80 -s rr
/sbin/ipvsadm -a -t $VIP:80 -r $RIP1:80 -i
/sbin/ipvsadm -a -t $VIP:80 -r $RIP2:80 -i
#/sbin/ipvsadm -a -t $VIP:80 -r $RIP3:80 -i
#Run LVS
/sbin/ipvsadm
#end
;;
stop)
echo "close LVS Directorserver"
ifconfig tunl0 down
/sbin/ipvsadm -C
;;
*)
echo "Usage: $0 {start|stop}"
exit 1
esac
配置real server
#!/bin/sh # ghb in 20060812 # description: Config realserver tunl port and Apply arp patch VIP=192.168.25.43 . /etc/rc.d/init.d/functions case "$1" in start) echo "Tunl port starting" ifconfig tunl0 $VIP netmask 255.255.255.0 broadcast $VIP up /sbin/route add -host $VIP dev tunl0 echo "1" >/proc/sys/net/ipv4/conf/tunl0/arp_ignore echo "2" >/proc/sys/net/ipv4/conf/tunl0/arp_announce echo "1" >/proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_ignore echo "2" >/proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_announce sysctl -p ;; stop) echo "Tunl port closing" ifconfig tunl0 down echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward echo 0 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_announce ;; *) echo "Usage: $0 {start|stop}" exit 1 esac
VS 三种工作模式的优缺点比较
一、Virtual server via NAT（VS-NAT）
优点：集群中的物理服务器可以使用任何支持TCP/IP操作系统，物理服务器可以分配Internet的保留私有地址，只有负载均衡器需要一个合法的IP地址。
缺点：扩展性有限。当服务器节点（普通PC服务器）数据增长到20个或更多时,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都需要经过负载均衡器再生。假使TCP包的平均长度是536字节的话，平均包再生延迟时间大约为60us（在Pentium处理器上计算的，采用更快的处理器将使得这个延迟时间变短），负载均衡器的最大容许能力为8.93M/s，假定每台物理服务器的平台容许能力为400K/s来计算，负责均衡器能为22台物理服务器计算。
解决办法：即使是是负载均衡器成为整个系统的瓶颈，如果是这样也有两种方法来解决它。一种是混合处理，另一种是采用Virtual Server via IP tunneling或Virtual Server via direct routing。如果采用混合处理的方法，将需要许多同属单一的RR DNS域。你采用Virtual Server via IP tunneling或Virtual Server via direct routing以获得更好的可扩展性。也可以嵌套使用负载均衡器，在最前端的是VS-Tunneling或VS-Drouting的负载均衡器，然后后面采用VS-NAT的负载均衡器。
二、Virtual server via IP tunneling（VS-TUN）
我们发现，许多Internet服务（例如WEB服务器）的请求包很短小，而应答包通常很大。
优点：负载均衡器只负责将请求包分发给物理服务器，而物理服务器将应答包直接发给用户。所以，负载均衡器能处理很巨大的请求量，这种方式，一台负载均衡能为超过100台的物理服务器服务，负载均衡器不再是系统的瓶颈。使用VS-TUN方式，如果你的负载均衡器拥有100M的全双工网卡的话，就能使得整个Virtual Server能达到1G的吞吐量。
不足：但是，这种方式需要所有的服务器支持"IP Tunneling"(IP Encapsulation)协议，我仅在Linux系统上实现了这个，如果你能让其它操作系统支持，还在探索之中。
三、Virtual Server via Direct Routing（VS-DR）
优点：和VS－TUN一样，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给客户端。与VS-TUN相比，VS-DR这种实现方式不需要隧道结构，因此可以使用大多数操作系统做为物理服务器，其中包括：Linux 2.0.36、2.2.9、2.2.10、2.2.12；Solaris 2.5.1、2.6、2.7；FreeBSD 3.1、3.2、3.3；NT4.0无需打补丁；IRIX 6.5；HPUX11等。
