lvs的工作模式

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#LVS的工作模式及原理

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本文深入解析LVS(Linux Virtual Server)的三种主要工作模式：DR(Direct Routing)模式、NAT模式和TUNNEL模式。详细介绍每种模式的原理、特点及应用场景，帮助读者理解LVS如何实现高效负载均衡。

LVS的工作模式

LVS(Linux Virtual Server)
特点：跨平台：windows、linux
作用：实现负载均衡
核心组件
ip_vs：linux的内核功能模块，工作在内核，依赖该内核模块实现负载均衡功能
ipvsadm：应用层程序，该程序可以和内核中的ip_vs模块通信，实现对负载均衡的管理和控制
补充
keepalived也可以对ip_vs进行管理
概念
ClientIP：CIP
RealServerIP：RIP
DirectorIP：DIP
VirtualIP：VIP
一 .DR ( Direct Routing )模式,直接路由模式
1.原理：
第一步：客户端的请求会发送到及房，此时仅仅DR可以接收这个请求
目标IP MAC都是DR,所以DR可以接收这个请求
第二步：DR收到请求之后，会重新封装请求
1）会通过预先定义好的算法找出一个RS的mac地址
2）然后将这个请求报文的目标mac改为这个mac
3）最后将这个修改mac后的请求报文发送出去
第三步：因为这是内部网络，所有所有节点都可以接收这个请求数据包
1）判断目标IP mac是否与自己的ip mac相同，只有相同才会接收和处理这个请求
2）处理完成后，会将处理结果直接发送个客户端（不再经过DR）

**补充1：为了让DR RS可以接收请求,要求都需要有相同的哪个IP，这个IP就是VIP,但是这样会导致IP冲突
解决方式；将vip绑定在本地的回环接口之上（lo）
补充2：因为多个节点都有vip，因此客户端在请求获取mac地址的时候，就会出现arp争抢的问题
解决方式：在RS上设置arp抑制（不让RS对arp请求做出应答）**

2.ARP请求：获取ip所对应的mac地址

cliet           =====>      DR            =====>        RS
ip  ：1.1.1.1               ip  : 1.1.1.2               ip  : 1.1.1.3
mac : aa:aa:aa:aa:aa:aa     mac : bb:bb:bb:bb:bb:bb     mac : cc:cc:cc:cc:cc:cc


客户端发送的请求：
	源ip：1.1.1.1 
	源mac：aa:aa:aa:aa:aa:aa
	目标：1.1.1.2
	目标mac：bb:bb:bb:bb:bb:bb
	源端口：1234
	目标端口：80

DR重新封装以后的报文
	源ip：1.1.1.1 
	源mac：aa:aa:aa:aa:aa:aa
	目标：1.1.1.2
	目标mac: cc:cc:cc:cc:cc:cc
	源端口：1234
	目标端口：80

3.DR模式总结：
1. 调度器仅仅修改目标mac
2. 响应报文是直接发送给客户端，不再经过调度器
3. RS必须要和DR在用一个局域网中
4. DR无法修改请求报文中的目标端口，因此RS的端口必须和DR一致
5. DR和所有的RS都需要配置VIP
6. 所有的RS都需要配置ARP抑制
7. RS必须可以直接和外网通信
8. DR模式效率相对高，配置复杂，所以如果访问量小（pv<2000）,建议用更简单的nginx haproxy

二.NAT模式
1.原理：
第一步：客户端发送请求，请求报文中的目标ip都是VIP
第二步：DR接收请求报文，然后通过算法找出一个RS，然后将请求报文中的目标IP改为找出的RS的RIP
第三步：RS接收到DR转发的请求之后，会进行处理，然后将处理的结果发送DIP（源ip是RIP，目标ip是CIP）,发送给DR
第四步：DR收到RS所返回的数据，然后会修改这个数据包，将源IP地址改为VIP，然后就可以发送给客户端了

补充：RS无法直接给客户端返回数据
解决方式：将DR的内网卡作为所有RS的网关
注意：DR需要启动路由转发功能

2.ARP请求：获取ip所对应的mac地址

cliet           =====>      DR            =====>        RS
ip  ：1.1.1.1               vip  : 1.1.1.2              ip  : 1.1.1.3
mac : aa:aa:aa:aa:aa:aa     mac : bb:bb:bb:bb:bb:bb     mac : cc:cc:cc:cc:cc:cc


客户端发送的请求：
	源ip：1.1.1.1 
	源mac：aa:aa:aa:aa:aa:aa
	目标：1.1.1.2
	目标mac：bb:bb:bb:bb:bb:bb
	源端口：1234
	目标端口：80

DR重新封装以后的报文
	源ip：1.1.1.1 
	源mac：aa:aa:aa:aa:aa:aa
	目标：1.1.1.3
	目标mac: bb:bb:bb:bb:bb:bb
	源端口：1234
	目标端口：80

返回数据
	源ip：1.1.1.3
	源mac: cc:cc:cc:cc:cc:cc
	目标ip：1.1.1.1 
	目标mac：aa:aa:aa:aa:aa:aa

3.NAT模式总结
1.调度器在接收客户端的请求的时候，修改的是目标IP；在给客户端返回数据的时候，修改的是源IP
2.DIP和RIP必须在同一个网络，而且可以仅仅是一个私有地址
3.RS不需要连接外网也能正常工作（RS被保护起来）
4.请求的数据和应答的数据都需要经过DR的处理，所以在高并发的情况下，DR压力较大
5.NAT模式的使用场景后端节点较少的情况（RS<20）
6.RS的网关地址必须指向DR的内网卡IP地址
7.DR需要至少两个网卡（一个连外网，一个连接内网）
DR需要开启路由转发功能

三.TUNNEL模式
了解
在原有报文的基础，添加一个新的IP头

四.FULLNAT模式
这是nat模型的扩展，RS和DR可以不再同一个网络
RIP 和DIP 可以是私有地址，他们也可以不再同一个网络，RS的网关可以不指向DR的内网卡IP