LVS 集群工作原理

1. 集群：集群（cluster ）就是一组计算机，它们作为一个整体向用户提供一组网络资源，单个计算机系统就是一个集群节点（node）。

2. 集群种类：

  <1>. 负载均衡集群（Load Balance），简称LB集群

  <2>. 高可用集群（High Availability），简称HA集群

  <3>. 高性能计算（High Perfermance Computing）集群，简称HPC集群

2.1 负载均衡（LB）实现手段：

• 硬件：F5负载均衡器
• 软件：LVS(4层， 传输层) - Nginx（7层，应用层）

    LVS（4层）模式：

    /VS/NAT

    LVS-VS/DR

    /VS/TUN

 

LVS: Linux Virtual Server  是Linux 虚拟服务器，是一个虚拟的服务器集群系统，是中国国内最早出现自由软件项目之一。

中文站点：http://zh.linuxvirtualserver.org

 

LVS 集群采用三层机构：

-A 负载调度器（分发器） （Load balancer）：

它是整个集群对外的前端机，负责将客户的请求发送到一组服务器上执行，而客户认为服务是来自一个IP地址上的（我们可称之为VIP虚拟IP地址）。

 

-B 服务器池（server pool）：

是一组真正执行客户请求的服务器，执行的服务有WEB , MAIL, FTP, DNS 等。

 

-C 共享存储（shared storage）：

它为服务器池提供一个共享的存储区，这样很容易使服务器池拥有相同的内容，提供相同的服务。

 

LVS负载均衡有三种包转发方式：

 NAT（网络地址映射）

 IP Tunneling（IP隧道）

 Direct Routing（直接路由）

不同的转发模式决定了不同的集群（cluster）的网络结构

 

(1). NAT（网络地址映射）——通过网络地址转换

NAT方式可支持任何的操作系统，以及私有网络，并且只需要一个Internet IP地址，但是整个系统性能受到限制，因为执行NAT每次需要重写包，

有一定的延迟；另外，大部分应用有80%的数据是从服务器流向客户机，也就是用户请求非常短，而服务器的回应非常大，对负载均衡器形成很大的压力，

成为了新的瓶颈。

(2). IP Tunneling（IP隧道）

director（分发器）分配请求到不同的real server, real server 处理请求后直接回应给用户，这样director负载均衡器仅处理客户机与服务器的一半连接。

IP Tunneling 技术极大的提高了director的调度处理能力，同时也极大的提高了系统能容纳的最大节点数，可以超过100个节点。real server 可以在任何

LAN或WAN上运行，这意味着允许地理上的分布，这在灾难恢复中有重大的意思，服务器必须拥有正式的IP地址用于与客户机直接通信，并且所有服务器必须

支持IP隧道协议。

(3). Direct Routing（直接路由）

与IP Tunneling 类似，负载均衡器仅处理一半的连接，避免了新的性能瓶颈，同样增加了系统的可伸缩性。Direct Routing 与 IP Tunneling相比，没有IP

封装的开销，但由于采用物理层（修改MAC地址）技术，所有服务器都必须在一个物理网段。

 

LVS NAT 模式工作原理：

客户端访问调度器时，调度器通过网络地址转换，调度器重写请求报文的目标地址，根据预设的调度算法，将请求分派给后端的真实服务器；

真实服务器的响应报文通过调度器时，报文的源地址被重写，再返回给客户，完成整个负载调度过程。

 

如图：

步骤1： 客户端访问VIP1的站点：

 

步骤2： 客户端访问调度器时，调度器通过网络地址转换，调度器重写请求报文目标地址，根据预设的调度算法，将请求分派给后端真实服务器。

步骤3： 真实服务器的响应报文通过调度器时，报文的源地址被重写，在返回给客户端，完成整个负载调度的过程。