LVS 工作模式以及工作原理
LVS 簡介
LVS 是 Linux Virtual Server ,Linux 虛擬伺服器;是一個虛擬的伺服器叢集【多臺機器 LB IP】。LVS 叢集分為三層結構:
- 負載排程器(load balancer):它是整個LVS 叢集對外的前端機器,負責將client請求傳送到一組伺服器[多臺LB IP]上執行,而client端認為是返回來一個同一個IP【通常把這個IP 稱為虛擬IP/VIP】
- 伺服器池(server pool):一組真正執行client 請求的伺服器,一般是我們的web伺服器;除了web,還有FTP,MAIL,DNS
- 共享儲存(shared stored):它為 server pool 提供了一個共享的儲存區,很容易讓伺服器池擁有相同的內容,提供相同的服務[不是很理解]
LVS 有4中常用的模式,分別講一下4中模式的區別:
LVS DR 模式
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DR(Direct Routing)模式的網路結構:
2. 工作的基本原理:
(1). client 傳送一個pv請求給VIP;VIP 收到這請求後會跟LVS設定的LB演算法選擇一個LB 比較合理的realserver,然後把此請求的package 的MAC地址修改為realserver的MAC地址;下面是我們通訊的package的基本格式:
在這個通訊的Package 有六個主要的欄位:src mac 、 dst mac 、 src ip 、 src prot 、 dst ip 、 dst ip ;
- DR 模式會把packet 裡面的dst mac 改成 realserver的MAC 地址;然後VIP會把這個包廣播到當前的這個LAN裡面;所以,要提前保證VIP 和 所有的realserver 在同一個網段,也就是在用過LAN裡面。
同一個網段:用子網掩碼來實現的,我們知道我們的網路中有區域網,一個區域網有很多臺機器,這些LAN裡面的所有機器都公用一個外網IP;我們是怎樣界定這個LAN的呢?用的就是網段號;IP只是是32位二進位制數表示,這32位分為:網路位 + 主機位;表現在子網掩碼是就是:網路位是1,主機位是0;這樣網路位 = IP 按位 與 子網掩碼
- ARP協議會把這個包傳送給真正的realserver【根據MAC 找到機器】
- 把這個src ip----->realserver 的mac 地址建立一個hash表;這此次連線未斷開前,同一個client傳送的請求通過查詢hash表,在次傳送到這臺realserver上面;
- realserver 收到這個pachet後,首先判斷dst ip 是否是自己的IP地址;如果不是就丟掉包;如果是就處理這個包。所以,DR模式還要在所有的realserver 的機器上面繫結VIP的ip地址:
/sbin/ifconfig lo:0 inet VIP netmask 255.255.255.255 -----> 這個要注意!
- 這樣realserver 發現package 的dst 自己能識別【綁定了2個IP】,會處理這個包,處理完後把package的src mac dst mac src ip dst ip 都修改後再通過ARP 傳送給VIP,通過VIP 傳送給client。 realserver 傳送給 VIP的package的格式:
- realserver 處理這個包後,會跟dst 為client ip 直接傳送給 client ip;不經過lvs ;這樣雖然效率比較高,但是有安全漏洞。
3. LVS DR模式的注意情況:
- LVS 的VIP 和 realserver 必須在同一個網段,不然廣播後所有的包都會丟掉: 提前確認LVS/硬體LB 是什麼模式,是否需要在同一個網段
- 所有的realserver 都必須繫結VIP的IP地址,否則realserver 收到package後發現dst 不是自己的I怕,所有包都會丟掉。
- realserver·處理完包後直接把package 通過dst IP 傳送給 client ,不通過LVS/迎接IP 了這樣的LVS /VIP 效率會更高一點。【通過把realserver的ip暴漏給外界,不是很安全】
LVS NAT 模式
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LVS NAT 模式的網路結構:
2. NAT 模式的基本原理:
- NAT 模式工作原理的模擬圖:
- client:202.100.1.2
VIP: 202.103.106.5
realserver : 172.16.0.2 172.16.0.3 分別提供http 和ftp服務
(1). 首先client 傳送請求[package] 給VIP;
#client 傳送給VIP的package:
SOURCE 202.100.1.2:3478 EDST 202.103.106.5:80
(2). VIP 收到package後,會根據LVS設定的LB演算法選擇一個合適的realserver,然後把package 的DST IP 修改為realserver:
# VIP 傳送給realserver的package:
SOURCE 202.100.1.2:3478 EDST 172.16.0.3:8000
(3). realserver 收到這個package後判斷dst ip 是自己,就處理這個package ,處理完後把這個包傳送給LVS VIP:
# realserver 處理完成後傳送給VIP的package:
SOURCE 172.16.0.3:8000 EDST 202.100.1.2:3478 # lvs 收到這個package 後發現dst ip 不是自己的會不會丟掉?感覺有錯誤
(4). LVS 收到這個package 後把sorce ip改成VIP的IP,dst ip改成 client ip然後傳送給client:
#VIP收到package 後修改sourceip 傳送給client的包:
SOURCE 202.103.106.5.80:80 EDST 202.100.1.2:3478
3. NAT 模式的注意事項:
- NAT 模式修改的是dst IP,直接走 switch 或pub 不需要修改MAC 所以,不需要VIP 和realserver 同在一個網段內。
- NAT 模式 package in 和package out 都需要經過LVS ;因此LVS 的可能會成為一個系統瓶頸問題。
LVS FULL NAT 模式
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FULL NATT的基本原理:
FULL NAT 在client請求VIP 時,不僅替換了package 的dst ip,還替換了package的 src ip;但VIP 返回給client時也替換了src ip;還是通過上面NAT 模式的工作原因的圖進行分析 FULL NAT 的工作原理:
(1). 首先client 傳送請求[package] 給VIP;
#client 傳送給VIP的package:
SOURCE 202.100.1.2:3478 EDST 202.103.106.5:80
(2). VIP 收到package後,會根據LVS設定的LB演算法選擇一個合適的realserver,然後把package 的DST IP 修改為realserver;把sorce ip 改成 lvs 叢集的LB IP
# VIP 傳送給realserver的package:
SOURCE 172.24.101.135[lb ip] EDST 172.16.0.3:8000
(3). realserver 收到這個package後判斷dst ip 是自己,就處理這個package ,處理完後把這個包傳送給LVS VIP: # realserver 處理完成後傳送給VIP的package:
SOURCE 172.16.0.3:8000 EDST 172.24.101.135[這個ip是 LVS VIP 叢集的一太機器]
(4). LVS 收到這個package 後把sorce ip改成VIP的IP,dst ip改成 client ip然後傳送給client:
#VIP收到package 後修改sourceip 傳送給client的包:
SOURCE 202.103.106.5.80:80 EDST 202.100.1.2:3478
2. FULL NAT 模式的注意事項:
- FULL NAT 模式也不需要 LBIP 和realserver ip 在同一個網段;
- full nat 跟nat 相比的優點是:保證RS回包一定能夠回到LVS;因為源地址就是LVS--> 不確定
- full nat 因為要更新sorce ip 所以效能正常比nat 模式下降 10%
LVS IP TUNNEL 模式
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IP TUNNEL 模式的網路結構圖:
2. IP TUNNEL 模式的基本原理:
還是按NAT 模式的基本框架來說明TUNNEL 模式的基本原理:
(1). 首先client 傳送請求[package] 給VIP;
#client 傳送給VIP的package:
SOURCE 202.100.1.2:3478 DST 202.103.106.5:80
(2). VIP 收到package後,會根據LVS設定的LB演算法選擇一個合適的realserver;並把client傳送的package 包裝到一個新的IP包裡面;新的IP包的dst是realserver的IP
# VIP 傳送給realserver的package:
client 傳送的包 DST 172.16.0.3:8000
(3). realserver 收到這個package後判斷dst ip 是自己,然後解析出來的package的dst是VIP;會檢測我們的網絡卡上是否幫了VIP的ip地址;如果幫了就會處理這個包,如果沒有直接丟掉。 我們一般在realserver上面 lo:0 綁定了VIP的ip地址,就可以處理 # realserver 處理完成後直接傳送給client響應包:
SOURCE 172.16.0.3:8000 DST 202.100.1.2:3478 【client ip】
3. IP TUNNEL 模式的注意:
- TUNNEL 模式必須在所有的realserver 機器上面繫結VIP的IP地址
- TUNNEL 模式的vip ------>realserver 的包通訊通過TUNNEL 模式,不管是內網和外網都能通訊,所以不需要lvs vip跟realserver 在同一個網段內
- TUNNEL 模式 realserver會把packet 直接發給client 不會給lvs了
- TUNNEL 模式走的隧道模式,所以運維起來比較難,所以一般不用
LVS DR、NAT、FULL NAT、IP TUNNEL 模式的區別:
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是否需要lvs vip跟realserver 在同一個網段:
DR 模式因為只修改 package的 MAC地址通過ARP廣播的形勢找到realserver,所以 要求LVS 的VIP 和realserver的IP 必須在同一個網段內,也就是在掛載VIP 時先確認LVS的工作模式,如果是DR模式需要先確認這個IP 只是否能掛在這個LVS下面。
其他模式因為都會修改DST ip 為 realserver的IP 地址,所以不需要在同一個網段內
2. 是否需要在realserver 繫結LVS vip 的IP 地址:
realserver 收到package後會判斷dst ip 是否是自己的ip,如果不是就直接丟掉包;因為DR模式dst 沒有修改還是LVS的VIP;所以需要在realserver上面繫結VIP;IP TUNNEL 模式只是對package 重新包裝一層,realserver解析後的IP包的DST 仍然是 LVS的VIP ;也需要在realserver上面繫結VIP;其他的都不需要
3. 四種模式的效能比較:
因為DR模式 TP TUNELL 模式都是在package in 時經過LVS ;在package out是直接返回給client;所以二者的效能比NAT 模式高;但IP TUNNEL 因為是TUNNEL 模式比較複雜,其效能不如DR模式;FULL NAT 模式因為不僅要更換 DST IP 還更換 SOURCE IP 所以效能比NAT 下降10%
所以,4中模式的效能如下:DR --> IP TUNNEL --->NAT ----->FULL NAT
LVS 實踐中的積累
1. lvs 不會主動斷開連線
比如 client 通過LVS VIP 採用長連結方式訪問server,即使我們把LVS下面的realserver的status.html檔案刪除了;本來通過LVS 跟這臺realserver 連結的請求也不會被LVS
強制斷開;要等到client自己斷開連線;【在client主動斷開期間;client可以跟這臺realserver 正常通訊】;這樣有個好處時在網路抖動時;LVS不會頻繁的流量截斷,到不同的RS上面