摘要：本文已獲得原作者霸都民工哥授權(quán)。簡(jiǎn)單介紹虛擬服務(wù)器，是一個(gè)虛擬的服務(wù)器集群系統(tǒng)，可以在和系統(tǒng)中運(yùn)行，年開(kāi)發(fā)研究的項(xiàng)目。官方網(wǎng)站發(fā)展史在內(nèi)核時(shí)，就已經(jīng)以內(nèi)核補(bǔ)丁的形式出現(xiàn)從。

本文已獲得原作者霸都民工哥授權(quán)。

為什么需要使用負(fù)載均衡呢？這是一個(gè)必較重要的問(wèn)題 
實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境中某單臺(tái)服務(wù)器已不能負(fù)載日常用訪問(wèn)壓力時(shí)，就需要使用負(fù)載均衡，把用戶的請(qǐng)求數(shù)據(jù)分擔(dān)到（盡可能平均分配）后端所有功能同等的集群的節(jié)點(diǎn)上,同樣也是為了解決單臺(tái)服務(wù)器故障問(wèn)題，從而提高用戶的訪問(wèn)體驗(yàn)。

LVS（linux virtual server）LINUX 虛擬服務(wù)器，是一個(gè)虛擬的服務(wù)器集群系統(tǒng)，可以在 linux 和 unix 系統(tǒng)中運(yùn)行，1985年開(kāi)發(fā)研究的項(xiàng)目。
官方網(wǎng)站：http://www.linuxvirtualserver...

IPVS(lvs)發(fā)展史

在linux2.2內(nèi)核時(shí)，IPVS 就已經(jīng)以內(nèi)核補(bǔ)丁的形式出現(xiàn)
從2.4。24版本以后 IPVS 已經(jīng)成為 linux 內(nèi)核官方標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)核的一部分

LVS 工作原理

LVS 負(fù)載均衡調(diào)度技術(shù)是在 linux 內(nèi)核中實(shí)現(xiàn)的，我們使用配置 LVS 時(shí)，不是直接配置內(nèi)核中的 IPVS，而是通過(guò) IPVS 的管理工具 IPVSADM 來(lái)管理配置

LVS 集群負(fù)載均衡器接受所有入站客戶端的請(qǐng)求，并根據(jù)算法來(lái)決定由哪個(gè)集群的節(jié)點(diǎn)來(lái)處理請(qǐng)求

LVS 相關(guān)術(shù)語(yǔ)介紹

虛擬 IP 地址（VIP）：用于向客戶端提供服務(wù)的 IP 地址（配置于負(fù)載均衡器上）

真實(shí)的IP地址（RIP）：集群中節(jié)點(diǎn)服務(wù)器的IP地址

負(fù)載均衡器 IP 地址（DIP）：物理網(wǎng)卡上的IP，用與同外網(wǎng)連接的地址

客戶端主機(jī) IP 地址（CIP）： 終端請(qǐng)求用戶的主機(jī)IP地址

NAT 網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換模式（VS/NAT）

通過(guò)網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換，調(diào)度器 LB 重寫(xiě)請(qǐng)求報(bào)文的目標(biāo)地址，根據(jù)算法將請(qǐng)求分配給后端的真實(shí)主機(jī)服務(wù)器，真實(shí)服務(wù)器響應(yīng)處理報(bào)文后返回給調(diào)度器 LB ，經(jīng)過(guò) LB 的報(bào)文源地址被重寫(xiě)，再返回給請(qǐng)求的客戶端用戶

過(guò)程詳解

1：客戶端請(qǐng)求 CIP（10.10.0.1:80)目標(biāo)的地址是VIP(1.1.1.1:80）
2：數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò) LB，目的地址將被 LB 改寫(xiě)成后端服務(wù)器其中一個(gè)主機(jī)地址（RIP 192.168.1.1:80）
3：服務(wù)器接收到數(shù)據(jù)請(qǐng)求后返回應(yīng)答信息（源地址：192.168.1.：80，目的地址：1.1.1.1:80，因此處的網(wǎng)關(guān)地址需指向LB）給 LB
4：LB 需將源數(shù)據(jù)地址改寫(xiě)成 VIP 地址（1.1.1.1:80，但實(shí)際的源地址是RIP1的地址）
5：LB 將數(shù)據(jù)返回給請(qǐng)求的客戶端用戶，完成整個(gè)流程的訪問(wèn)
因此 WEB 訪問(wèn)量很大的時(shí)候，LB 就會(huì)有很大的負(fù)載壓力，一般支持10-20臺(tái)節(jié)點(diǎn)，但是這種模式支持IP和端口的轉(zhuǎn)換功能，即10.10.0.1:80---->1.1.1.1:80---->192.168.1.1:8080

TUN 隧道模式（VS/TUN）

LB 將請(qǐng)求的報(bào)文通過(guò)IP隧道轉(zhuǎn)發(fā)給真實(shí)服務(wù)器，這樣 LB 只要需要處理請(qǐng)求入站報(bào)文，因此可提高訪問(wèn)效率

過(guò)程詳解

1：客戶端發(fā)送請(qǐng)求數(shù)據(jù)包（源：CIP10.10.1.1:80，目的地址：VIP1.1.1.1:80）
2：數(shù)據(jù)包到達(dá) LB 后，LB 將數(shù)據(jù)包重新封裝成另一個(gè) IP 包（源目地址不變，增加一個(gè)IP頭），通過(guò)隧道轉(zhuǎn)發(fā)給真實(shí)服務(wù)器
3：真實(shí)服務(wù)器收到數(shù)據(jù)包后進(jìn)行解包，數(shù)據(jù)包信息是（源：CIP 10.10.1.1:80，目的地址：VIP 1.1.1.1:80），最終發(fā)現(xiàn)目的地址不是自己（因此需要在服務(wù)器LO上綁定一個(gè)VIP地址），這樣才會(huì)處理數(shù)據(jù)，返回處理數(shù)據(jù)
4：客戶端接收到返回的數(shù)據(jù)（源地址 VIP 1.1.1.1:80，目的地址 CIP 10.10.1.1:80），符合 TCP/IP 的原理，因此整個(gè)訪問(wèn)過(guò)程完成

注：這時(shí)肯定有朋友發(fā)現(xiàn)這里會(huì)有一個(gè)問(wèn)題，每臺(tái)服務(wù)器上都綁定了一個(gè)相同 VIP 地址，用戶訪問(wèn)時(shí)的目的地址也是 VIP，當(dāng)數(shù)據(jù)包達(dá)到路由器后經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)發(fā)至內(nèi)網(wǎng)，內(nèi)網(wǎng)可能會(huì)產(chǎn)生多臺(tái)回應(yīng)數(shù)據(jù)包的機(jī)器，然后用戶收到的最快回應(yīng)的內(nèi)網(wǎng)機(jī)器發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)，這樣一來(lái)數(shù)據(jù)包也就沒(méi)有經(jīng)過(guò) LB，就不是負(fù)載均衡了，所以需要做抑制 ARP 的功能，使所有真實(shí)服務(wù)器不再響應(yīng)目的地址是 VIP 的請(qǐng)求，只要 LB 來(lái)響應(yīng)請(qǐng)求，從而達(dá)到負(fù)載均衡。在實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境中很少使用這種模式

DR 模式（Direct Routing）直接路由模式

此模式是通過(guò)改寫(xiě)請(qǐng)求報(bào)文的目標(biāo) MAC 地址，將請(qǐng)求發(fā)給真實(shí)服務(wù)器，而真實(shí)服務(wù)器將響應(yīng)后的數(shù)據(jù)直接回應(yīng)給請(qǐng)求的客戶端，此模式要求 LB 與真實(shí)服務(wù)器需要有一塊物理網(wǎng)卡都是連接在同一網(wǎng)段上

過(guò)程詳解

1：客戶端發(fā)出請(qǐng)求數(shù)據(jù)包（源 CIP 10.10.1.1:80 目的VIP1.1.1.1:80）
2：LB 接收到數(shù)據(jù)包后，不轉(zhuǎn)換地址及端口，也不重新封裝，只是將數(shù)據(jù)幀中的目的地址的 MAC 地址改寫(xiě)算法調(diào)度的真實(shí)機(jī)的 MAC 地址，將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)出去
3：真實(shí)機(jī)收到數(shù)據(jù)后，但是發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)包中目的地址不是自己（所以事先也得在 LO 上綁定一個(gè) VIP 地址，同時(shí)配置抑制ARP），這樣真實(shí)機(jī)做出響應(yīng)直接回復(fù)客戶端
4：客戶端收到回復(fù)的數(shù)據(jù)包（源 VIP 1.1.1.1:80 目的 CIP 10.10.1.1:80）,完成整個(gè)訪問(wèn)過(guò)程

注：LB 只能改寫(xiě)目的 MAC 地址，因此它不能改變請(qǐng)求報(bào)文的目的端口端口，LVS 只支持 unix 和 linux，但集群節(jié)點(diǎn)服務(wù)器可以是 win 系統(tǒng)，此種模式配置相當(dāng)麻煩

FULLNAT 模式（淘寶開(kāi)源）

解決了上述三種的缺點(diǎn)
解決了真實(shí)服務(wù)器能跨越 VLAN 通訊，只需要連接到內(nèi)網(wǎng)即可

入站時(shí):
目標(biāo) IP 更改為真實(shí)服務(wù)器的 IP,源 IP 更改為內(nèi)網(wǎng)的本地IP（一組內(nèi)網(wǎng)IP）
出站時(shí):
目標(biāo)IP更改為客戶端的 IP，源 IP 更換為 VIP

LVS 的調(diào)度算法決定了如何在集群節(jié)點(diǎn)之間分配負(fù)載壓力（訪問(wèn)請(qǐng)求）

調(diào)度算法

rr 輪循調(diào)度：將請(qǐng)求依次分配給集群的節(jié)點(diǎn)，這種算法適用于各個(gè)節(jié)點(diǎn)處理能力基本相同的情況下

wrr 加權(quán)輪循調(diào)度：根據(jù)節(jié)點(diǎn)的權(quán)重來(lái)分配，權(quán)重較高的優(yōu)先分配

wlc 加權(quán)最小連接數(shù)調(diào)度：按權(quán)重和連接數(shù)的數(shù)量來(lái)分配

lc 最小連接數(shù)調(diào)度：按連接數(shù)的數(shù)量來(lái)分配

實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境 LVS 調(diào)度算法選型

一般網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，如 HTTP、MAIL、MYSQL 常用的調(diào)度算法有：rr、wlc、wrr

作者：霸都民工哥
鏈接：https://mp.weixin.qq.com/s...
來(lái)源：微信公眾號(hào)

更多相關(guān)文章：
Docker Compose+nginx 實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡
深入理解負(fù)載均衡
分布式架構(gòu)實(shí)踐——負(fù)載均衡

如果你還想了解更多，想和技術(shù)同僚分享切磋，可掃下方二維碼，回復(fù) yw，加入掘金運(yùn)維技術(shù)交流群