LVS在负载均衡集群中扮演什么角色？

负载均衡集群之LVS

一、引言

**LVS简介

LVS（Linux Virtual Server）即Linux虚拟服务器，是由章文嵩博士主导的开源负载均衡项目，它通过在Linux内核中实现基于IP的数据请求负载均衡调度方案，提供了高性能、高可靠性和高可扩展性的网络服务，LVS已经成为Linux内核的一部分，被广泛应用于各种场景，例如网站、数据库、游戏服务器等。

**LVS的重要性

LVS能够显著提高系统的性能、可用性和可靠性，通过将流量分配到多个后端服务器，LVS不仅能够应对大流量访问，还能确保服务的高可用性，LVS还具备良好的可扩展性，可以随着业务需求的增长动态调整。

二、LVS的工作原理

**LVS的基本架构

LVS由两部分组成：负载调度器（Director Server）和实际处理业务的后端服务器（Real Server），负载调度器负责接收客户端请求，并根据预设的负载均衡算法将请求转发给后端服务器，后端服务器则负责处理实际的业务逻辑并将响应返回给客户端。

**工作流程

请求接收：客户端发送请求到负载调度器。

请求转发：负载调度器根据负载均衡算法选择一个后端服务器，并将请求转发给它。

业务处理：后端服务器处理请求并生成响应。

响应返回：后端服务器将响应直接返回给客户端，或者通过负载调度器返回给客户端。

三、LVS集群中的术语

术语	描述
VS (Virtual Server)	虚拟服务器，代表整个负载均衡集群的对外接口。
RS (Real Server)	实际处理业务的后端服务器。
CIP (Client IP)	客户端请求的IP地址。
VIP (Virtual IP)	虚拟IP地址，通常为公网IP，直接面向用户的IP地址。
DIP (Director Server IP)	负载调度器的内网IP地址，用于与后端服务器通信。
RIP (Real Server IP)	后端服务器的IP地址。

四、LVS的工作模式

1. NAT模式（Network Address Translation）

原理：调度器作为所有服务器节点的网关，修改请求报文的目标IP地址，将请求转发给后端服务器，同时修改响应报文的源IP地址，将其返回给客户端。

特点：适合小型集群，对性能要求不高且需要修改目标端口的场景。

适用场景：适用于需要透明代理和端口映射的场景。

2. DR模式（Direct Routing）

原理：调度器只修改请求报文的目的MAC地址，将请求直接路由给后端服务器，后端服务器直接将响应返回给客户端。

特点：适合大型集群，对性能要求较高且不需要修改目标端口的场景。

适用场景：适用于后端服务器在同一个物理网络中的场景。

3. TUN模式（IP Tunneling）

原理：调度器通过IP隧道将请求转发给后端服务器，后端服务器将响应直接返回给客户端。

特点：适合跨网络的集群，需要将请求转发到不同的网络。

适用场景：适用于后端服务器分布在不同地理位置的场景。

Full-NAT模式

原理：类似于NAT模式，但同时修改请求报文的源和目标IP地址，将请求转发给后端服务器。

特点：适合需要隐藏后端服务器IP地址的场景。

适用场景：适用于需要保护后端服务器隐私的场景。

五、LVS的调度算法

静态调度算法

RR (Round Robin)：轮询调度，将请求依次分配到后端服务器。

WRR (Weighted Round Robin)：加权轮询调度，根据服务器权重分配请求。

SH (Source Hashing)：源地址哈希调度，根据客户端IP地址进行哈希，将请求分配到固定的服务器。

DH (Destination Hashing)：目标地址哈希调度，根据请求的目标地址进行哈希，将请求分配到固定的服务器。

动态调度算法

LC (Least Connections)：最小连接数调度，将请求分配到连接数最少的服务器。

WLC (Weighted Least Connections)：加权最小连接数调度，根据服务器的权重和连接数进行调度。

SED (Shortest Expected Delay)：最短延迟调度，优先调度延迟最小的服务器。

NQ (Never Queue)：永不排队调度，将请求分配到空闲的服务器，如果所有服务器都有连接，则使用SED算法。

LBLC (Locality-Based Least Connections)：基于局部性的最小连接数调度，动态的DH算法，根据负载状态实现正向代理。

LBLCR (LBLC with Replication)：带复制功能的LBLC，解决LBLC负载不均衡问题。

六、ipvsadm工具

**常用命令

ipvsadm -A -t <VIP:端口> -s <算法>：添加虚拟服务器。

ipvsadm -D -t <VIP:端口>：删除虚拟服务器。

ipvsadm -a -t <VIP:端口> -r <RIP:端口> <模式>：添加服务端服务器。

ipvsadm -d -t <VIP:端口> -r <RIP:端口>：删除服务端服务器。

ipvsadm -l：查看LVS虚拟服务器列表。

ipvsadm -n：以数字形式显示地址、端口等信息。

七、LVS-NAT负载均衡部署案例

**架构图

    +----------------+          +----------------+          +----------------+
    |              |          |              |          |              |
    |  Client      |          |  Load        |          |  Real        |
    |  (CIP)       | --------| Balancer     | --------|  Server     |
    |              |          |  (DIP)       |          |  (RIP)       |
    +----------------+          +----------------+          +----------------+

**步骤

配置调度器：安装ipvsadm软件，设置网卡为仅主机模式，开启路由转发功能。

添加虚拟服务器：使用ipvsadm -A -t <VIP>:<port> -s <algorithm>命令添加虚拟服务器。

添加服务端服务器：使用ipvsadm -a -t <VIP>:<port> -r <RIP>:<port> <mode>命令添加服务端服务器。

测试：使用浏览器或命令行工具（如curl）测试负载均衡效果。

八、归纳

LVS作为一种高效、可靠的负载均衡解决方案，广泛应用于各种大规模网络服务中，通过合理的配置和使用，LVS可以显著提升系统的性能和可用性，本文介绍了LVS的基本原理、工作模式、调度算法以及实际部署案例，希望能够帮助读者更好地理解和应用LVS技术。

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