LVS的几种工作模式的区别

LVS介绍

LVS (Linux Virtual Server) 是全球最流行的四层负载均衡开源软件，是linux的内核集功能，工作在INPUT链的位置。LVS 根据请求报文的目标IP、协议、端口将请求转发至后端的 Real Server（RS），使用调度算法来选择 RS。

LVS常用的集群术语

VS：Virtual Server（LVS服务器）、Director Server（DS调度器）、Dispatcher、Load Balancer (LB)

RS：Real Server

CIP：Client IP （客户端IP）

VIP：Virtual Serve IP （虚拟IP，VS的外网IP）

DIP：Director IP （VS的内网IP）

RIP：Real Server IP

访问流程：CIP <–> VIP == DIP <–> RIP

LVS集群的工作模式

LVS-NAT：修改请求报文的目标IP，多目标的DNAT
LVS-DR：封装新的MAC地址
LVS-TUN：在原请求IP报文上新加一个IP首部
LVS-FULLNAT：修改请求报文的源IP和目标IP

LVS-NAT 模式

NAT 网络地址转换，分为 SNAT 和 DNAT 。内网计算机访问外网时用 SNAT 把内部私网IP转换为公网IP，反之就是 DNAT 。

中间的LVS服务器用于接收用户的请求，LVS 通过交换机和后端 RS 相连，把请求转发到后端的某一台 RS ，转发时 LVS 会将请求报文的目标地址（VIP） 替换成内网某一台 RS 的地址（RIP1），端口号（Port）也可以修改。RS收到请求以后，会发送响应报文，这时候源IP是RIP1，目标IP是客户端CIP，报文在经过LVS服务器原路返回客户端时，源IP从 RIP1 替换为 VIP。

一般后端有多台RS实现负载均衡，LVS可以将请求转发给其中的任意一台，所以LVS的 NAT 模式是多目标的 DNAT。

LVS-NAT模式特点

• LVS和RS之间一般都是交换机（也可以用路由器），也就是说应该在同一个网段，使用内网址
• 请求报文和响应报文都必须经由Director转发（原路返回），LVS负载很重，易于成为系统颈
• 支持端口映射，可修改请求报文的目标PORT
• LVS必须是Linux系统，RS可以是任意操作系统

LVS的DR模式

DR：Direct Routing（直接路由），LVS的默认模式，应用最广泛。客户端发送请求，经过LVS转发的时候，源IP（CIP）、目的IP（VIP）、端口都没有发生改变，目标MAC改成某一个RS的MAC地址（LVS通过ARP广播找到RS的MAC地址）。最终RS接收到数据报文直接进行回应，返回不经过LVS，减少了LVS的负载，提升了工作效率。

DR模式的特点：

• LVS服务器和后端RS都配置有VIP
• 确保前端路由器将目标IP为VIP的请求报文发往LVS 在前端网关做静态绑定VIP和Director MAC地址
  在RS上使用arptables工具

  arptables -A IN -d $VIP -j DROP
  arptables -A OUT -s $VIP -j mangle --mangle-ip-s $RIP

在RS上修改内核参数以限制ARP通告及应答级别

  /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_ignore
  /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_announce

• RS和LVS要在同一个物理网络
• 请求报文要经由LVS，但响应报文不经由LVS，而由RS直接发往Client
• 不支持端口映射（端口不能修改）
• 无需开启 ip_forward

LVS的TUN模式

不修改请求报文的IP首部（源IP为CIP，目标IP为VIP），而在原IP报文之外再封装一个IP首部（源IP是DIP，目标IP是RIP），将报文发往挑选出的目标RS。RS收到请求后直接响应给客户端（源IP是VIP，目标IP是CIP）。

TUN模式特点：

• RIP和DIP可以不处于同一物理网络中，RS的网关一般不能指向DIP,且RIP可以和公网通信。也就是说集群节点可以跨互联网实现。DIP，VIP，RIP可以是公网地址。
• RealServer的tun接口上需要配置VIP地址，以便接收director转发过来的数据包，以及作为响应的报文源IP
• Director转发给RealServer时需要借助隧道，隧道外层的IP头部的源IP是DIP，目标IP是RIP，而RealServer响应给客户端的IP头部是根据隧道内层的IP头分析得到的，源IP是VIP，目标IP是CIP。
• 请求报文要经由Director，但响应不经由Director，响应由RealServer自己完成
• 不支持端口映射

LVS工作模式总结和比较