lvs-keepalive 三种模式及其原理

目录

lvs-keepalive 三种模式及其原理

LVS（linux virtual server）----->linux虚拟服务器，目前LVS模块已经被集成在linux内核中了。

终端互联网用户从外部访问公司的外部负载均衡服务器，终端用户的web请求会发送给LVS调度器，调度器根据自己欲设算法将该请求发送给后端的某台web服务器，比如轮询调度法，一共有8中调度方法。LVS工作模式可以分为NAT模式、TUN模式和DR模式

NAT模式

image
NAT（network address translation） 网络地址转换，其主要原理是修改数据报头，使得位于企业内部的私有ip地址可以访问外王，以及外部用户可以访问位于公司内部的私有的ip主机。

工作原理：

  • 用户通过互联网DNS服务器解析到公司负载均衡设备上的外网地址，相对于真实服务器而言，LVS外网ip又称为vip，用户通过访问vip，即可连接后端的真实服务器，而此时用户对这一切都是不可知的，用户认为自己还在访问真实的后端服务器，也不知道自己访问的vip只是一个调度器。

  • 用户将请求发送至调度器上，此时LVS根据算法选择一个后端的真实服务器，将数据请求包转发给真实服务器，并在转发之前LVS会修改数据包中的目标地址以及目标端口，此时修改为真实的服务器ip地址

  • 真实的服务器将响应的数据包返回给LVS调度器，调度器在响应数据包后会将源地址和源端口修改为vip及调度器相应端口，修改完成后，由调度器响应数据包发送给终端

  • LVS调度器中有一个连接Hash表，该表会记录连接请求及其转发信息，当同一个连接下一个数据包发送给调度器时，该Hash'表可以直接找到之前连接的记录，并根据记录信息选出相同真实服务器及其端口信息。

NAT优点

NAT的优点时服务器可以运行在任何支持TCP/IP的操作系统，他只需要在调度器上配置一个ip
服务器组可以用私有的ip地址。节省公网Ip地址

NAT缺点

伸缩能力有限，当服务器节点数目上升到20时，调度器本身有可能成为系统的新瓶颈，因为请求和响应的报文都需要经过调度器。
数据是原路返回的，一般通过http请求数据请求头以及包数据很小，但是返回来的数据很大，宽带是有限制的，就造成了局限性

TUN模式

image

工作原理

  • NAT模式，所有数据包的请求的回应的哦欧需要经过调度器处理，但是在TUN模式中，将NAT模式中的问题有所解决。因为数据包的请求包往往远远小于响应数据包的大小。
  • 因为响应数据包中有包含客户需要的具体数据所以，TUN的原理就是将请求与响应数据分离。，让调度器仅仅处理数据请求，让真实的服务器响应数据包直接返回给客户。

IP（隧道）是一种数据包分装技术，他可以经原始的数据包分装并添加新的包头（内容包括新的源地址及端口、目标地址及端口），从而实现将一个目标为调度器的vip地址的数据包分装，通过隧道转发给真实的后端服务器，通过将客户端发往调度器的原始数据包分装，并在其基础上添加新的数据包头（修改目标地址为调度器选择出来的真实服务的ip地址以及对应端口），lLVS（Tun）模式要求真实的服务器可以与外部网络连接，真实服务器在受到请求数据包后直接给客户端返回响应数据。

LVS(Tun)技术对服务器有要求，即所有服务器必须支持"IP Tunneling"或者IP Encapsulation”协议。目前,VS/TUN 的后端服务器主要运行 Linux 操作系统

TUN优点

解决了NAT模式伸缩困难的问题

TUN缺点

让真实服务器暴露在公网中，而且每台机器都要配置一个公网Ip

DR模式

image

工作原理

  • 在LVS（TUN）模式中，需要LVS调度器与真实的服务器之间创建隧道连接，这样就会增加服务器的负担。DR模式也叫路由模式，该模式中LVS依然仅承担数据的请求以及根据算法调度出合理的后端服务器，最终由后端真实服务器负责响应数据包发送返回给客户端。
  • 与隧道模式不同的是，DR模式要求调度器与后端服务器必须在统一个局域网内，VIP地址需要在调度器与后端所有服务器之间共享
  • 最终的真实服务器会给客户端回应数据包时需要设置源IP为VIP，目标IP为客户端IP，这样客户端访问的时调度器VIP地址，回应的源地址也是VIP，这样客户端是感觉不到后端服务器的存在。
  • 由于多台计算机都设置了同样的VIP地址，所以在直接路由模式中要求调度器的VIP是对外可见的，客户端将请求数据包发送到调度器主机，而所有的真实服务器的VIP必须配置在Non-ARP的网络上ARP是一个协议。调度器根据算法在选出真实的服务器后，在不修改数据报文的情况下，将数据帧的MAC地址修改为选出的真实的MAC地址，通过交换机将该数据帧发给真实的服务器。

DR优点

解决了NAT模式伸缩困难的问题，上限不再是20多个节点，因为数据和请求分离，数据真实服务器改MAC地址以VIP的身份发给用户
解决了DR模式直接暴露公网地址给用户的风险，而是通过修改MAC地址，让用户无感知是真实服务器返回的

DR缺点

只能作用于局域网，不能跨网络，数据发送给路由器，路由器在链路层在包装一个目标地址的mac地址，路由器就通过ma地址直接找打了了服务器，服务器处理完不原路返回，自己就返回给客户端，这样带宽的限制就没有

DR模式安装

待更新...

优缺点总结

NAT 模式（Network Address Translation）:

  • 优点:
    实现简单,易于配置和维护。
    可以使用标准的 TCP/IP 协议栈,不需要修改客户端。
    可以保护后端服务器的内网 IP 地址,增加安全性。
  • 缺点:
    负载均衡器需要对进出流量进行 NAT 转换,会增加一定的网络开销。
    负载均衡器可能成为性能瓶颈。
    不适合处理大量并发连接。

TUN 模式（Tunneling）:

  • 优点:
    网络开销较小,性能较好。
    可以保护后端服务器的内网 IP 地址。
    部署灵活性较好,后端服务器可以位于不同的网段。
  • 缺点:
    需要在客户端和后端服务器上进行 IP 隧道配置,增加复杂度。
    需要客户端支持隧道协议(如 GRE)。

DR 模式（Direct Routing）:

*优点:
网络开销小,因为数据包不需要经过负载均衡器。
可以处理大量并发连接,性能高。

  • 缺点:
    需要修改客户端和后端服务器的 ARP 配置,增加复杂度。
    必须确保后端服务器和负载均衡器在同一个 LAN 内,限制了部署灵活性。
    无法保护后端服务器的内网 IP 地址

  • 备注

    • ARP 协议暴露内网 IP 地址:
      DR 模式要求后端服务器与负载均衡器位于同一个 LAN 内,这样客户端发送的请求可以直接到达后端服务器。
      为了实现这一目的,负载均衡器和后端服务器需要共享相同的 VIP(虚拟 IP 地址)。
      当客户端发送请求时,会使用 ARP 协议查询 VIP 对应的 MAC 地址。这时,后端服务器必须响应 ARP 请求,暴露其内网 IP 地址。
    • 缺乏对内网 IP 地址的保护:
      在 DR 模式下,后端服务器需要直接响应客户端的请求,无法通过负载均衡器对内网 IP 地址进行隐藏或转换。
      这意味着,客户端可以直接访问后端服务器的内网 IP 地址,缺乏对内网 IP 地址的保护。

文档参考

lvs的三种模式及其原理

posted @ 2022-10-20 11:16  liwenchao1995  阅读(295)  评论(0)  编辑  收藏  举报