一、 前言

當(dāng)一組服務(wù)器在高速的局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)中相互連接，其前端部署了一個(gè)負(fù)責(zé)負(fù)載調(diào)度的調(diào)度器(Director)的服務(wù)器系統(tǒng)。調(diào)度器能將網(wǎng)絡(luò)請求無縫調(diào)度到真實(shí)服務(wù)器上(Real server)，客戶訪問集群系統(tǒng)提供的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)就像訪問一臺(tái)高性能、高可用的服務(wù)器一樣。集群系統(tǒng)支持透明地增加或刪除服務(wù)器節(jié)點(diǎn)，而客戶對此是無感知的。除此之外，集群系統(tǒng)能夠通過檢測節(jié)點(diǎn)或服務(wù)進(jìn)程的故障來正確地進(jìn)行節(jié)點(diǎn)的切換，以此達(dá)到系統(tǒng)的高可用性。通過此類技術(shù)實(shí)現(xiàn)的負(fù)載均衡，因?yàn)槭窃贚inux內(nèi)核上實(shí)現(xiàn)的，因此被稱為Linux vitural server(lvs)。

Lvs集群的類型包括：nat、dr、tun和fullnat四種類型，這四種類型的Lvs集群分別有著不同的特點(diǎn)及應(yīng)用場景，下面我們就來一起看看它們的區(qū)別。

lvs常用術(shù)語：

VS:Virtual Server，調(diào)度器，負(fù)責(zé)調(diào)度

RS: Real Server，負(fù)責(zé)真正提供服務(wù)，后端服務(wù)器

VIP: LVS服務(wù)器上的公網(wǎng)IP，即Virtual IP

DIP: LVS服務(wù)器上的內(nèi)網(wǎng)IP，即Director IP

RIP: Real Server上的內(nèi)網(wǎng)IP

CIP：客戶端的IP

二、lvs集群的使用場景

1、nat

lvs的nat集群會(huì)將請求報(bào)文中的目標(biāo)地址和目標(biāo)端口修改為選定到的真實(shí)服務(wù)器的Ip和端口，從而實(shí)現(xiàn)報(bào)文的轉(zhuǎn)發(fā)。

lvs-nat集群應(yīng)用時(shí)由以下幾點(diǎn)注意實(shí)現(xiàn)：

1、RIP和DIP必須在同一個(gè)Ip網(wǎng)絡(luò)中，且應(yīng)使用私網(wǎng)地址，RS的網(wǎng)關(guān)要指向DIP；

2、請求報(bào)文和響應(yīng)報(bào)文必須經(jīng)由Director轉(zhuǎn)發(fā)；

3、支持端口映射，可修改請求報(bào)文的目標(biāo)端口；

4、director必須為Linux系統(tǒng)，RS可以為任意系統(tǒng)；

此集群類型的優(yōu)點(diǎn)在于RS可支持任意TCP/IP操作系統(tǒng)，且僅需一個(gè)合法的公網(wǎng)Ip即可部署。但是其缺點(diǎn)為當(dāng)集群擴(kuò)展到一定程度后，Director容易成為整個(gè)集群系統(tǒng)的瓶頸。

nat應(yīng)用場景邏輯圖

上圖為lvs-nat的常見的使用場景，其工作流程如下：

1、客戶端的請求發(fā)往Director 的VIP。

2、Director發(fā)到客戶端請求報(bào)文后，將報(bào)文中的目標(biāo)Ip修改為集群中的選定的RIP，目標(biāo)端口80也修改成8080，然后將請求報(bào)文發(fā)往RS。

3、當(dāng)RS收到請求報(bào)文后，在檢查報(bào)文的目標(biāo)IP為自己的RIP后，會(huì)接受報(bào)文并進(jìn)行處理響應(yīng)。響應(yīng)的源Ip為RIP，目標(biāo)IP為CIP，端口不變。

4、Director收到RS的響應(yīng)報(bào)文，修改響應(yīng)報(bào)文的源IP為VIP，端口為80，然后轉(zhuǎn)發(fā)給客戶端。

5、客戶端接受響應(yīng)報(bào)文，其源IP為VIP，端口為80，整個(gè)過程對于客戶端來說是透明無感知的。

2、dr

lvs-dr集群是Lvs的默認(rèn)模式，又稱為Direct Routing，直接路由模式。通過為請求報(bào)文重新封裝一個(gè)MAC首部進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，源MAC是DIP所在的接口的MAC，目標(biāo)MAC是某挑選出的RS的RIP所在接口的MAC地址；源IP/PORT，以及目標(biāo)IP/PORT均保持不變。

在DR 模式下需要在 Director 和 RS 集群綁定同一個(gè) VIP(RS 通過將 VIP 綁定在 loopback 實(shí)現(xiàn))。由于在VIP在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的多臺(tái)服務(wù)器上都需要配置，因此必須對RS的ARP響應(yīng)報(bào)文規(guī)則進(jìn)行修改，其方式有三種：

(a) 在前端網(wǎng)關(guān)做靜態(tài)綁定；

(b) 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

(c) 在RS上修改內(nèi)核參數(shù)以限制arp通告及應(yīng)答級(jí)別；

echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_ignore

echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_ignore

echo 2 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_announce

echo 2 > /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_announce

總的來說，DR模式在部署時(shí)有以下幾點(diǎn)需要注意的：

1、確保前端路由器將目標(biāo)Ip為VIP的請求報(bào)文發(fā)往director；

2、RS的RIP可以使用私網(wǎng)地址，也可以是公網(wǎng)地址；RIP與DIP在同一IP網(wǎng)絡(luò)；RIP的網(wǎng)關(guān)不能指向DIP，以確保響應(yīng)報(bào)文不會(huì)經(jīng)由Director；

3、RS跟Director要在同一個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)；

4、請求報(bào)文要經(jīng)由Director，但響應(yīng)不能經(jīng)由Director，而是由RS直接發(fā)往Client；

5、dr模式不支持端口映射；

lvs-dr模式的優(yōu)點(diǎn)在于：Director只是分發(fā)請求，應(yīng)答包通過單獨(dú)的路由方法返回給客戶端。與Lvs-tun相比，Lvs-dr這種實(shí)現(xiàn)方式不需要隧道結(jié)構(gòu)，因此可以使用大多數(shù)操作系統(tǒng)做為物理服務(wù)器。缺點(diǎn)在于要求負(fù)載均衡器的網(wǎng)卡必須與物理網(wǎng)卡在一個(gè)物理段上。

lvs-dr應(yīng)用場景

上圖為lvs-dr的常見的使用場景,其工作流程如下：

1、客戶端的請求會(huì)發(fā)往Director，此時(shí)，客戶端請求報(bào)文的源Ip為CIP，目標(biāo)Ip為Director的VIP。

2、當(dāng)Director接受到客戶端的請求報(bào)文后，Director會(huì)在請求報(bào)文外封裝一個(gè)MAC首部，其源MAC為Director接口的MAC地址，目標(biāo)MAC為選定RS的MAC地址；

3、當(dāng)RS收到Director轉(zhuǎn)發(fā)過來的請求報(bào)文后，檢查發(fā)現(xiàn)請求報(bào)文的目標(biāo)Ip為本地環(huán)回接口上配置的VIP，因此會(huì)接受報(bào)文進(jìn)行響應(yīng)處理。另外由于對ARP響應(yīng)規(guī)則做了修改，因此RS不會(huì)把響應(yīng)報(bào)文響應(yīng)給director ，而是響應(yīng)給GW；

4、客戶端接收響應(yīng)報(bào)文，完成通信。

3、tun

轉(zhuǎn)發(fā)方式工作，不修改請求報(bào)文的IP首部，而在源IP報(bào)文之外再封裝一個(gè)IP首部(源IP是DIP，目標(biāo)IP是RIP)，將報(bào)文發(fā)往挑選出的目標(biāo)RealServer，RealServer直接響應(yīng)給客戶端(源IP是VIP，目標(biāo)IP是CIP),此模式的注意要點(diǎn)：

(1) DIP, VIP, RIP都應(yīng)該是公網(wǎng)地址；

(2) RS的網(wǎng)關(guān)不能，也不可能指向DIP；

(3) 請求報(bào)文要經(jīng)由Director，但響應(yīng)不能經(jīng)由Director；

(4) 不支持端口映射；

(5) RS的OS得支持隧道功能；

lvs-tun模式的優(yōu)先在于Director只負(fù)責(zé)將請求包分配給對應(yīng)的RS，而響應(yīng)則由RS自己直接應(yīng)答給客戶端，因此director不再是瓶頸。但其缺點(diǎn)在于需要每個(gè)服務(wù)器都支持Ip tunnel協(xié)議。

lvs-tun應(yīng)用邏輯圖

4、fullnat

lvs-fullnat模式，即通過同時(shí)修改請求報(bào)文的源IP地址和目標(biāo)IP地址進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)的模式。此類型的模式，默認(rèn)Kernel不支持。

此模式的注意要點(diǎn)為：

(1) VIP是公網(wǎng)地址，RIP和DIP是私網(wǎng)地址，且通常不在同一IP網(wǎng)絡(luò)；因此，RIP的網(wǎng)關(guān)一般不會(huì)指向DIP；

(2) RS收到的請求報(bào)文源地址是DIP，因此，只能響應(yīng)給DIP；但Director還要將其發(fā)往Client；

(3) 請求和響應(yīng)報(bào)文都經(jīng)由Director；

(4) 支持端口映射；

fullnat應(yīng)用場景邏輯圖

如上圖所示：

1.客戶端的請求會(huì)發(fā)往Director，此時(shí)，客戶端請求報(bào)文的源IP為CIP，目標(biāo)IP為Director的VIP

2.當(dāng)Director收到客戶端的請求報(bào)文時(shí)，會(huì)將源IP修改為本機(jī)的DIP，同時(shí)將請求報(bào)文中的目標(biāo)IP修改為后端某個(gè)RS的RIP，具體為哪個(gè)RS的RIP，取決于LVS使用的具體算法

3.當(dāng)RS收到對應(yīng)的請求報(bào)文時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)報(bào)文的目標(biāo)IP就是自己的RIP，于是就會(huì)接收報(bào)文并 處理后進(jìn)行響應(yīng)。響應(yīng)報(bào)文的源IP則為RIP，目標(biāo)IP則為DIP

4.當(dāng)Director收到對應(yīng)的響應(yīng)報(bào)文時(shí)，Director會(huì)將響應(yīng)報(bào)文的源IP修改為VIP，目標(biāo)IP修改為CIP，于是響應(yīng)報(bào)文被發(fā)往客戶端。

5.客戶端則會(huì)收到響應(yīng)報(bào)文，源IP為VIP，端口為80，而LVS相對于客戶端而言，轉(zhuǎn)換過程是透明的。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的linux四种集群是什么,lvs四种集群特点及使用场景的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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