LVS 负载均衡模式

LVS 的负责均衡有四种常用模式,分别为DR模式NAT模式、TUN模式、FULLNAT模式。

  • LVS/NAT: NAT模式。修改请求报文的目标IP,多目标IP的DNAT。
  • LVS/DR:DirectRouting(直接路由)。操纵封装新的MAC地址。
  • LVS/TUN:Tunneling(隧道)。在原请求IP报文之外新加一个IP首部。
  • LVS/FULLNAT:Full NAT。修改请求报文的源和目标IP。

NAT 模式

VS/NAT是一种最简单的方式,所有的RealServer只需要将自己的网关指向Director即可。客户端可以是任意操作系统,但此方式下,一个Director能够带动的RealServer比较有限。在VS/NAT的方式下,Director也可以兼为一台RealServer。

NAT 模式

重点:修改目标IP地址为挑选出的RS的IP地址。

①、当用户请求到达Director Server,此时请求的数据报文会先到内核空间的PREROUTING链。此时报文的源IP为CIP,目标IP为VIP。
②、PREROUTING检查发现数据包的目标IP是本机,将数据包送至INPUT链
③、IPVS比对数据包请求的服务是否为集群服务,若是,修改数据包的目标IP地址为后端服务器IP,然后将数据包发至POSTROUTING链。此时报文的源IP为CIP,目标IP为RIP
④、POSTROUTING链通过选路,将数据包发送给Real Server
⑤、Real Server比对发现目标为自己的IP,开始构建响应报文发回给Director Server。此时报文的源IP为RIP,目标IP为CIP
⑥、Director Server在响应客户端前,此时会将源IP地址修改为自己的VIP地址,然后响应给客户端。此时报文的源IP为VIP,目标IP为CIP

工作流程 用户请求LVS到达director,director将请求的报文的目的IP有VIP改为RIP,同时将报文的目标端口也改为realserver的相应端口,最后将报文发送到realserver上,realserver将通过网关路由到director,将数据返回给director,director在相应客户端之前,把数据包的源ip有RIP改为VIP,然后响应用户,将数据发送给用户。

特点

  • NAT模式修改的是目的ip,可根据目的ip找到realserver,所以VIP和RIP不需要在同一个网段内。
  • NAT的包的进出都需要经过LVS,所以LVS可能会成为一个系统的瓶颈问题。

FULLNAT 模式

FULLNAT模式和NAT相似,只是数据包在过lvs时,不只修改目的ip,源ip也一块修改了。

FULLNAT 模式

特点

  • FULLNAT模式也不需要DIP和RIP在同一网段。
  • FULLNAT和NAT相比的话:会保证RS的回包一定可到达LVS。
  • FULLNAT需要更新源IP,所以性能正常比NAT模式下降10%。

DR 模式

VS/DR方式是通过改写请求报文中的MAC地址部分来实现的。Director和RealServer必需在统一个局域网内(相同机房)。 RealServer上绑定的VIP配置在各自Non-ARP的网络设备上(如lo或tunl),Director的VIP地址对外可见,而RealServer的VIP对外是不可见的。RealServer的ip可谓内网IP, 也可为公网IP。

DR 模式

重点:将请求报文的目标MAC地址设定为挑选出的RS的MAC地址

①、当用户请求到达Director Server,此时请求的数据报文会先到内核空间的PREROUTING链。此时报文的源IP为CIP,目标IP为VIP。
②、PREROUTING检查发现数据包的目标IP是本机,将数据包送至INPUT链
③、IPVS比对数据包请求的服务是否为集群服务,若是,将请求报文中的源MAC地址修改为DIP的MAC地址,将目标MAC地址修改RIP的MAC地址,然后将数据包发至POSTROUTING链。此时的源IP和目的IP均未修改,仅修改了源MAC地址为DIP的MAC地址,目标MAC地址为RIP的MAC地址
④、由于DS和RS在同一个网络中,所以是通过二层来传输。POSTROUTING链检查目标MAC地址为RIP的MAC地址,那么此时数据包将会发至Real Server。
⑤、RS发现请求报文的MAC地址是自己的MAC地址,就接收此报文。处理完成之后,将响应报文通过lo接口传送给eth0网卡然后向外发出。此时的源IP地址为VIP,目标IP为CIP
⑥、响应报文最终送达至客户端

工作流程 用户请求LVS到达director,director将请求的报文的目的MAC地址改为后端的realserver的MAC地址,目的IP为VIP(不变),源IP为client IP地址(不变),然后director通过ARP广播将报文发送到realserver,realserver检测到目的地址为自己本地的VIP,如果在同一网段,将请求直接返回给用户,如果用户跟realserver不在同一个网段,则需要通过网关返回给用户。

特点

  • RS跟Director Server必须有一个网卡在同一个物理网络中
  • 所有的请求报文经由Director Server,但响应报文不经过Director Server
  • 所有的real server机器上必须配置VIP地址(通常绑定lo)

TUN 模式

IP隧道(IP tunneling)是将一个IP报文封装在另一个IP报文的技术,这可以使得目标为一个IP地址的数据报文能被封装和转发到另一个IP地址。IP隧道技术亦称为IP封装技术(IP encapsulation)。IP隧道主要用于移动主机和虚拟私有网络(Virtual Private Network),在其中隧道都是静态建立的,隧道一端有一个IP地址,另一端也有唯一的IP地址。

TUN 模式

重点:在原有的IP报文外再次封装多一层IP首部,内部IP首部(源地址为CIP,目标IIP为VIP),外层IP首部(源地址为DIP,目标IP为RIP)

①、当用户请求到达Director Server,此时请求的数据报文会先到内核空间的PREROUTING链。此时报文的源IP为CIP,目标IP为VIP。

②、PREROUTING检查发现数据包的目标IP是本机,将数据包送至INPUT链

③、IPVS比对数据包请求的服务是否为集群服务,若是,在请求报文的首部再次封装一层IP报文,封装源IP为为DIP,目标IP为RIP。然后发至POSTROUTING链。此时源IP为DIP,目标IP为RIP

④、POSTROUTING链根据最新封装的IP报文,将数据包发至RS(因为在外层封装多了一层IP首部,所以可以理解为此时通过隧道传输)。此时源IP为DIP,目标IP为RIP

⑤、RS接收到报文后发现是自己的IP地址,就将报文接收下来,拆除掉最外层的IP后,会发现里面还有一层IP首部,而且目标是自己的lo接口VIP,那么此时RS开始处理此请求,处理完成之后,通过lo接口送给eth0网卡,然后向外传递。此时的源IP地址为VIP,目标IP为CIP

⑥、响应报文最终送达至客户端

工作流程 用户请求LVS到达director,director通过IP-TUN加密技术将请求报文的包封装到一个新的IP包里面,目的IP为VIP(不变),然后director将报文发送到realserver,realserver基于IP-TUN解密,然后解析出来包的目的为VIP,检测网卡是否绑定了VIP,绑定了就处理这个包,如果在同一个网段,将请求直接返回给用户,否则通过网关返回给用户;如果没有绑定VIP就直接丢掉这个包。

特点

  • TUNNEL必须在所有的realserver上绑定VIP
  • realserver直接把包发给client
  • 隧道模式运维起来会比较难,所以一般不用
  • 不支持端口映射
  • RIP、VIP、DIP全是公网地址

原创文章,作者:Safeidc,如若转载,请注明出处:https://www.safeidc.cn/2021/01/lvs-load-balancing-mode.html

发表评论

电子邮件地址不会被公开。

联系我们

在线咨询:点击这里给我发消息

时间:周一至周五,9:30-18:30,节假日休息