一、lVS基本介紹

LVS是Linux Virtual Server的簡稱，也就是Linux虛擬伺服器。也是國人章文嵩博士發起的一個開源專案，現在LVS已經是Linux核心標準的一部分。利用LVS技術可以實現高效能，高可壓縮的網路服務，例如www服務，FTP服務，MAIL服務等。

二、LVS的體系架構

使用LVS架設的伺服器集群系統有三個部分組成：最前端的負載均衡層（Loader Balancer），中間的伺服器群組層，用Server Array 表示，最底層的資料共享儲存層，用Shared Storage表示。在使用者看來所有的應用都是透明的，使用者只是在使用一個虛擬伺服器提供的高效能服務。

1、LVS的體系架構如圖：

2、LVS的各個層次的詳細介紹

Load Balancer層：位於整個集群系統的最前端，有一臺或者多臺負載排程器（Director Server）組成，LVS模組就安裝在Director Server 上，而Director 的主要作用類似於一個路由器，它含有完成LVS功能所設定的路由表，通過這些路由表把使用者的請求分發給Server Array層的應用伺服器上。同時，在Director Server上還要安裝對Real Server服務的監控模組Ldirectord，此模組用於監測各個Real Server服務的健康狀況。在Real Server不可用時把它從LVS路由表中剔除，恢復時加入。

Server Array層：由一組實際執行應用服務的機器組成，Real Server可以是WEB伺服器、MAIL伺服器、FTP伺服器、DNS伺服器、時評伺服器中的一個或多個，每個Real Server之間通過高速的LAN或分佈在各地的wan相連線。在實際的應用中，Director Server也可以同時兼任Real Server的角色。

Shared Storage層：是為所有Real Server提供共享儲存空間和內容一致性的儲存區域，在物理上，一般有磁碟陣列裝置組成，為了提供內容的一致性，一般可以通過NFS網路檔案系統共享資料，但是NFS在繁忙的業務系統中，效能並不是很好，此時可以採用叢集檔案系統。

從整個LVS結構可以看出，Director Server是整個LVS的核心，對於Real Server，可以是所有的系統平臺，Linux、windows、Solaris、AIX、BSD系列都能很好的支援。

三、LVS叢集

1、十種排程演算法

（1）靜態

• rr  輪循排程 （Round-Robin Scheduling）

• wrr 加權輪循排程 （Weighted Round-Robin Scheduling）

• sh   源地址雜湊排程 （Source Hashing Scheduling）

• dh  目的地址雜湊排程 （Destination Hashing Scheduling）

（2）動態

• lc  最小連線排程  （Least-Connection Scheduling）

• wlc  加權最小連線排程  （Weighted Least-Connection Scheduling）

• sed 最短預期延時排程  （Shortest Expected Delay Scheduling）

• nq  不排隊排程  （Never Queue Scheduling）

• lblc 基於區域性性的最少連線排程  （Locality-Based Least Connections Scheduling）

• lblcr  帶複製的基於區域性性的最少連線排程  （Locality-Based Least Connections with Replication Scheduling）
  

2、三種IP負載均衡技術

（1）IPVS/NAT

  網路結構圖：

負載均衡核心空間原理圖

IPVS/NAT模式的基本原理

首先CIP傳送請求package給VIP，VIP收到package後，會根據LVS設定的LB演算法選擇一個合適的RS？然後把package的目標IP修改為RIP，RIP收到這個package後判斷目標ip為自己，就處理這個package，處理完後把這個包傳送給LVS VIP，LVS 收到這個package 後把sorce ip改成VIP的IP，dst ip改成 CIP,然後發給CIP。其中的轉換我們可以這樣理解：所有傳送到VIP的資料包全部轉換為RIP的地址以及對應埠。IPVS/NAT模式優缺點

      優點：

• 容易配置，容易理解，容易管理的工作模式

• 節省外網IP資源，LVS-NAT工作方式將系統架構封裝在區域網中，只需要LVS有一個外網地址或外網地址對映就可實現訪問

• 系統架構相對封閉，內網環境下防火牆的設定要求不會太高，容易進行物理伺服器的運維

• LVS/NAT工作模式下的RS伺服器可以是任何作業系統，只要支援TCP/IP協議即可

  缺點：

• LVS-NAT中，負載均衡排程器作為轉發點，當RS伺服器數量變多時，排程器將會負載，轉發點也是瓶頸點

（2）IPVS/DR

網路結構圖

IPVS/DR模式的基本原理

LVS節點接收到請求報文後，會改寫報文的資料鏈路層格式。將VIP MAC寫成RIP的Mac，但是網路層和傳輸層報文不會改寫，然後重新回發給交換機。這裡就涉及一個問題，現在RIP和 IP的對應關係的錯誤的，這個資料報文到了交換機後，由於這種錯位的關係，是不能進行三層交換的，只能進行二層交換（一旦進行IP交換，資料報文的驗證就會出錯，被丟棄）。所以LVS-DR方式要求Real Server和LVS節點必須在同一個區域網內，或者這樣說更確切：LVS節點需要找到一個二層鏈路，將改寫了Mac地址的報文傳送給Real Server，而不能進行三層交換的校驗。

簡單來說就是CIP傳送一個PV請求給VIP，VIP收到這個請求後會跟LVS設定的LB演算法選擇一個LB比較合理的realserver，然後將此請求的package的MAC地址修改為realserver的MAC地址；VIP會把這個包廣播到當前這個LAN裡面，所以，要提前保證VIP和所有的realserver在同一個網段

IPVS/DR 模式的優缺點

      優點

• 解決了LVS-NAT工作模式中的轉發瓶頸問題，能夠支撐規模更大的負載均衡場
  

• 比較耗費網外IP資源，機房的外網IP資源都是有限的，如果在正式生產環境中確實存在這個問題，可以採用LVS-NAT和LVS-DR混合使用的方式來緩解
  

  缺點

• 配置工作較LVS-NAT方式稍微麻煩一點，您至少需要了解LVS-DR模式的基本工作方式才能更好的指導自己進行LVS-DR模式的配置和執行過程中問題的解決
  

• 由於LVS-DR模式的報文改寫規則，導致LVS節點和Real Server節點必須在一個網段，因為二層交換是沒法跨子網的。但是這個問題針對大多數系統架構方案來說，實際上並沒有本質限制
  

（3）IPVS/TUN

首先這裡需要理解以下關於IP隧道的概念

將一個完整的IP報文封裝成另一個新的IP報文的資料部分，並通過路由器傳送到指定的地點。在這個過程中路由器並不在意被封裝的原始協議的內容。到達目的地點後，由目的地方依靠自己的計算能力和對IP隧道協議的支援，開啟封裝協議，取得原始協議。如圖：

其實資料轉發原理和DR是一樣的，不過這個我個人認為主要是位於不同位置（不同機房）；LB是通過隧道進行了資訊傳輸，雖然增加了負載，可是因為地理位置不同的優勢，還是可以參考的一種方案；
優點

• 負載均衡器只負責將請求包分發給物理伺服器，而物理伺服器將應答包直接發給使用者。所以，負載均衡器能處理很巨大的請求量，這種方式，一臺負載均衡能為超過100臺的物理伺服器服務，負載均衡器不再是系統的瓶頸。使用VS-TUN方式，如果你的負載均衡器擁有100M的全雙工網絡卡的話，就能使得整個Virtual Server能達到1G的吞吐量。

缺點

• 這種方式需要所有的伺服器支援"IP Tunneling"(IP Encapsulation)協議；