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LVS介绍——三种工作模式(NAT、TUN-IP、TUN-DR)分析-创新互联

内容要点:

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一、企业群集应用概述:

二、企业群集分类:

三、负载均衡群集工作模式分析:

四、负载均衡群集架构:

五、LVS 虚拟服务器:

一、企业群集应用概述:

在互联网应用中,随着站点对硬件性能、响应速度、服务稳定性、数据可靠性等要求越来越高,单台服务器远不能满足需求,此时就需要多台服务器组成一个集群,但是对外仍表现的是一个整体,类似于一个“代表”。

群集:

  • Cluster ,集群 ,群集

  • 由多台主机构成,但对外只表现为一个整体

二、企业群集分类:

根据群集所针对的目标差异,可分为三种类型:

  • 负载均衡群集;

  • 高可用群集;

  • 高性能运算群集;

(1)负载均衡集群(Load Balance Cluster)

  • 以提高应用系统的响应能力、尽可能处理更多的访问请求、减少延迟为目标,获得高并发、高负载(LB)的整体性能;

  • LB 的负载分配依赖于主节点的分流算法;

(2)高可用群集 (High Availability Cluster)

  • 以提高应用系统的可靠性、尽可能地减少中断时间为目标,确保服务的连续性,达到高可用(HA)的容错效果;

  • HA 的工作方式包括双工和主从两种模式

(3)高性能运算群集 (High Performmance Computer Cluster)

  • 是以提高应用系统的 CPU运算速度、扩展硬件资源和分析能力为目标,获得相当于大型,超级计算机的高性能运算(HPC)能力;

  • 高性能运算群集的高性能依赖于 “分布式运算”、 “并行计算” ,通过专用硬件和软件将多个服务器的CPU、内存等资源整合在一起。

三、负载均衡群集工作模式分析:

负载均衡群集是目前企业用的最多的群集类型,群集的负载均衡调度技术有三种工作模式:

1、地址转换(NAT)

2、IP 隧道

3、直接路由

(一)、NAT模式(VS-NAT)

原理:就是把客户端发来的数据包的IP头的目的地址,在负载均衡器上换成其中一台RS的IP地址并发至此RS来处理,RS处理完后把数据交给负载均衡器,负载均衡器再把数据包原IP地址改为自己的IP,将目的地址改为客户端IP地址即可期间,无论是进来的流量,还是出去的流量,都必须经过负载均衡器

优点:集群中的物理服务器可以使用任何支持TCP/IP操作系统,只有负载均衡器需要一个合法的IP地址

缺点:扩展性有限。当服务器节点(普通PC服务器)增长过多时,负载均衡器将成为整个系统的瓶颈

因为所有的请求包和应答包的流向都经过负载均衡器。当服务器节点过多时

大量的数据包都交汇在负载均衡器那,速度就会变慢!

(二)、IP隧道模式(VS-TUN)

原理:首先要知道,互联网上的大多Internet服务的请求包很短小,而应答包通常很大,那么隧道模式就是,把客户端发来的数据包,封装一个新的IP头标记(仅目的IP)发给RS,RS收到后,先把数据包的头解开,还原数据包,处理后,直接返回给客户端,不需要再经过负载均衡器。注意,由于RS需要对负载均衡器发过来的数据包进行还原,所以说必须支持。

IPTUNNEL协议,所以,在RS的内核中,必须编译支持IPTUNNEL这个选项

优点:负载均衡器只负责将请求包分发给后端节点服务器,而RS将应答包直接发给用户。所以,减少了负载均衡器的大量数据流动,负载均衡器不再是系统的瓶颈,就能处理很巨大的请求量。这种方式,一台负载均衡器能够为很多RS进行分发。而且跑在公网上就能进行不同地域的分发。

缺点:隧道模式的RS节点需要合法IP,这种方式需要所有的服务器支持”IP Tunneling”(IP Encapsulation)协议,服务器可能只局限在部分Linux系统上。

(三)、直接路由模式(VS-DR)

原理:负载均衡器和RS都使用同一个IP对外服务但只有DR对ARP请求进行响应,所有RS对本身这个IP的ARP请求保持静默也就是说,网关会把对这个服务IP的请求全部定向给DR,而DR收到数据包后根据调度算法,找出对应的RS,把目的MAC地址改为RS的MAC(因为IP一致),并将请求分发给这台RS这时RS收到这个数据包,处理完成之后,由于IP一致,可以直接将数据返给客户。则等于直接从客户端收到这个数据包无异,处理后直接返回给客户端由于负载均衡器要对二层包头进行改换,所以负载均衡器和RS之间必须在一个广播域也可以简单的理解为在同一台交换机上。

优点:和TUN(隧道模式)一样,负载均衡器也只是分发请求,应答包通过单独的路由方法返回给客户端,与VS-TUN相比,VS-DR这种实现方式不需要隧道结构,因此可以使用大多数操作系统做为物理服务器。

缺点:(不能说缺点,只能说是不足)要求负载均衡器的网卡必须与物理网卡在一个物理段上。

四、负载均衡群集架构:

第一层:负载均衡器

第二层:服务器池

第三层:共享存储

负载均衡结构图:

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五、LVS 虚拟服务器:

Linux Virtual Server

●针对Linux内核的负载均衡解决方案

●1998年5月,由我国的章文嵩博士创建

●官方网站: http://www.linuxvirtualserver.org/

(1)LVS 的负载调度算法:

1、轮询:将收到的访问请求按照顺序轮流分配给群集中的各节点(真实的服务器),均等地对待每一台服务器,而不管服务器实际的连接数和系统负载。

2、加权轮询:根据真实服务器的处理能力轮流分配收到的访问请求,调度器可以自动查询各节点的负载情况,并动态调整其权重;保证处理能力强的服务器承担更多的访问流量。

(2)LVS 负载调度算法:

1、最少连接:

根据真实服务器已建立的连接数进行分配,将收到的访问请求优先分配给连接最少的节点。

2、加权最少连接:

在服务器节点的性能差异较大的情况下,可以为真实服务器自动调整权重;并且权重较高的节点将承担更大比例的活动连接负载。

(3)LVS 群集创建于管理 (使用 ipvsadm工具)

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