專家指南：Linux LVS四種工作模式及其最佳實踐

LVS：

lvs是一個負載調度器，由內核集成，性能強大，支持百萬計并發。

LVS集群的相關概念：

• VS：虛擬服務器，指LVS服務器自身
• RS：提供服務的服務器
• CIP：客戶端ip地址
• VIP：lvs服務器對外發布的ip地址，用戶通過vip訪問集群
• DIP：LVS連內網的ip地址叫DIP，用于接收用戶請求的ip叫做VIP

用戶訪問流程： ??客戶端通過 CIP—>VIP—>DIP—->RIP

LVS的四種工作模式：

• lvs-nat：修改請求報文的目標IP,多目標IP的DNAT
• lvs-dr：操縱封裝新的MAC地址
• lvs-tun：在原請求IP報文之外新加一個IP首部
• lvs-fullnat：修改請求報文的源和目標IP

LVS的NAT工作模式：

NAT：

NAT：網絡地址轉發，NAT分為SNAT和DNAT

• SNAT：內部網絡的報文發送出去時，報文的源IP會被修改，也就是源地址轉換
• DNAT：外部網絡的報文響應時，響應報文的目標IP會再次被修改，也就是目標地址轉換

區別：外網向內網發起請求就是DNAT，內網向外網發送請求就是SNAT

LVS-NAT：

lvs-nat：本質是多目標IP的DNAT，轉發的ip和端口可以映射到不同的機器上。

工作流程：

發送報文請求時：CIP發送請求報文到VIP，通過lvs的DIP發送請求出去的時候將目標ip和port更改為內部網絡的某一個rs的RIP。

回應報文請求時：RIP發送響應報文的時候，源地址和端口是自身的信息，經過lvs的時候，lvs的VIP將源ip和端口替換為自己的，最后發送給CIP

說明：

• RIP和DIP要位于同一網絡
• 響應報文需要原路返回會造成lvs負載加大
• VS必須是linux系統,RS可以是任意系統

LVS的DR工作模式

DR：Direct Routing，直接路由，LVS的默認模式，不更改報文的端口和ip信息，而是通過為請求報文重新封裝一個MAC地址進行轉發。

工作流程：

CIP通過VIP發送請求給lvs的時候，請求報文的源MAC改為lsv的DIP網卡的MAC地址，目標MAC是局域網中選擇的一RS的RIP地址，因為每個RS上都有一個VIP，所有VIP都一樣，所以RS就可以直接通過VIP將響應報文發送給CIP

說明：

• RS都有一個和lvs相同的VIP
• 需要確保CIP向VIP發送請求的時候是發送給lvs（因為每個rs都有和lvs一樣的vip）
• RS的RIP可以使用私網地址，也可以是公網地址；RIP與DIP在同一IP網絡；RIP的網關不能指向DIP，以確保響應報文不會經由Director
• lvs和rs需要處于同一個物理網絡

確保CIP向VIP發送請求報文的時候發送給lvs的方法：

方法一：在路由器上配置arp綁定。設置ip和mac得靜態綁定，查詢到對應得mac，就把對應得mac解析為ip。

方法二：關閉RS得arp應答功能，請求報文要經由Director（lvs服務器），但響應報文不經由Director，而由RS直接發往Client

arp特殊報文：免費arp，用來探測網絡中是否存在地址沖突。

arp響應和主動訊問：

響應：當接收到arp報文的時候，主機會進行回應，通過ip地址得到mac地址

主動訊問：主機會主動向外告訴別人自己的ip對應的mac地址

通過更改RS的內核參數實現：

#將VIP綁定在回環網卡上，通過設置內核的參數實現不響應arp報文和靜默模式。
#不響應arp的免費報文
[root@data_server ~]# cat /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_ignore
0

#是否開啟靜默
[root@data_server ~]# cat /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_announce 
0

LVS的TUN模式

相當于可以不處于同一物理網絡的DR模式

工作流程： 不修改報文的原ip信息，而是在加一個IP首部（源：DIP,目標：RIP），RS處理完請求以后直接發送給CIP。因為TUN的RS上也是有VIP。

特點：

• RIP和DIP可以不處于同一物理網絡中，RS的網關一般不能指向DIP,且RIP可以和公網通信。也就是說集群節點可以跨互聯網實現。DIP, VIP, RIP可以是公網地址
• RS的操作系統需要支持隧道功能

LVS的FULLNAT模式：

工作流程：

通過同時修改請求報文的源IP地址和目標IP地址進行轉發，請求報文通過CIP訪問lvs的時候，將源地址由CIP替換為DIP，目標地址替換為RIP，RS的響應報文園路返回。

NAT模式只會修改目標地址

特點：

• VIP是公網地址，RIP和DIP是私網地址，且通常不在同一IP網絡；因此，RIP的網關一般不會指向DIP
• RS收到的請求報文源地址是DIP，因此，只需響應給DIP；但Director（lvs服務器）還要將其發往Client
• 請求和響應報文都經由Director（lvs服務器），支持端口映射

注意：此類型kernel默認不支持，需要修改內核代碼才可以實現。

LVS四種工作模式的比較：

• NAT：DIP與RIP在同一IP網絡；RIP的網關要指向DIP，以確保響應報文經Director（lvs服務器）
• DR：DIP與RIP在同一IP網絡；RIP的網關不能指向DIP，以確保響應報文不會經Director（速度最快、效率最高。）
• TUN：RIP和DIP可以不處于同一物理網絡中，RS的網關一般不能指向DIP,且RIP可以和公網通信。
• FULLNAT：RIP和DIP未必在同一IP網絡，但要能通信

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