快速搭建网站前端,wordpress菜单文件夹,电商网站建设与管理实践,网站备案信息找回LVS介绍及工作原理1. LVS 介绍LVS,Linux Virtual Server 的简写#xff0c;意即 Linux 虚拟服务器#xff0c;是一个虚拟的服务器集群系统#xff0c;可以在 UNIX/Linux 平台下实现负载均衡集群功能。文章#xff1a;LVS项目介绍LVS集群体系结构LVS集群的IP负载均衡技术LVS… LVS介绍及工作原理1. LVS 介绍 LVS,Linux Virtual Server 的简写意即 Linux 虚拟服务器是一个虚拟的服务器集群系统可以在 UNIX/Linux 平台下实现负载均衡集群功能。 文章LVS项目介绍 LVS集群体系结构 LVS集群的IP负载均衡技术 LVS集群中的负载调度 早在 Linux 内核 2.2 时IPVS 就已经以内核补丁的形式出现。从 2.4.23 版本开始时IPVS 软件就是合并到 Linux 内核的常用版本的内核补丁的集合。从 2.4.24 以后已经成为 Linux 官方标准内核的一部分。 从上图可以看出LVS 负载均衡调度技术是在 Linux 内核中实现的因此被称为 Linux 虚拟服务器。我们使用该软件配置 LVS 时候不能直接配置内核中的 IPVS而需要使用 IPVS 的管理工具 IPVSADM 进行管理当然也可以用 Keepalived 软件管理。2. LVS 体系结构与工作原理 LVS 集群负载均衡器接收服务的所有入栈客户端计算机请求并根据调度算法决定哪个集群节点应该处理回复请求。负载均衡器简称 LB。 LVS 虚拟服务器的体系结构如下所示一组服务器通过高速的局域网或者地理分布的广域网相互连接在它们的前段有一个负载调度器Load Banlancer。负载均衡调度器能无缝地将网络请求调度到真实服务器上从而使得服务器集群的结构对客户是透明的客户访问集群系统提供的网络服务就像访问一台高性能高可用的服务器一样。客户程序不受服务器集群的影响不需做任何修改。系统的伸缩性通过在服务集群中透明地加入和删除一个节点来达到通过检测节点或服务进程故障和正确地重置系统达到高可用性。由于负载调度技术是在 Linux 内核中实现的称为 Linux 虚拟服务器。LVS工作模式与原理1. LVS 相关术语命名约定名称缩写说明虚拟 IP 地址VIPVIP 为 Director 用于向客户端计算机提供服务的 IP 地址。以别名存在或辅助 IP 形式存在如www.etiantian.org 域名就要解析到 VIP 上提供服务问为什么不把 VIP 像DIP一样绑定在网卡上呢?答因为如果绑定在网卡上那么当有主从 Director 时就会发生冲突。真实 IP 地址RIP在集群下面节点上使用的 IP 地址Director 的 IP 地址DIPDirector 用于连接内外网络的 IP 地址物理网卡上的 IP 地址客户端主机 IP 地址CIP客户端用户计算机请求集群服务器的 IP 地址改地址用作发送给集群的请求的源 IP 地址 LVS 集群内部的节点称为真实服务器Real Server,也叫集群节点。请求集群服务的计算机称为客户端计算机。2. LVS 三种工作模式与原理IP虚拟服务器软件 IPVS 在调度器的实现技术中IP 负载均衡技术是效率最高的。在已有的 IP 负载均衡技术中有通过网络地址转换将一组服务器构成一个高性能、高可用的虚拟服务器我们称为 VS/NAT 技术Virtual Server via Network Address Translation。大多数商业化的 IP 负载均衡调度器产品都使用 NAT 方法。 在分析 VS/NAT 的缺点和网络服务的非对称性的基础上我们提出通过 IP 隧道实现虚拟服务器的方法 VS/TUN 和通过直接路由实现虚拟服务器的方法 VS/DR他们可以极大地提高系统的伸缩性。所以 IPVS 实现了这三种 IP 负载均衡技术大致原理如下NAT模式—网络地址转换 Virtual Server via Network Address TranslationVS/NAT 通过网络地址转换调度器 LB 重写请求报文的目标地址根据预设的调度算法将请求分配给后端的真实服务器真实服务器的响应报文处理之后返回时必须要通过调度器时经过调度器时报文的原地址被重写再返回给客户完成整个调度过程。 过程客户端主机请求是携带着报文CIP:VIP 80,请求到达 LB 之后LB 将其转换为CIP:RIP1 9000,然后该请求会到达 RIP1 进行处理处理完毕之后返回报文RIP:CIP,由于 RIP1 找不到 CIP 便会通过网关出去RIP 应该设置网关为 DIP,这样报文到达网关DIP之后调度器再进行改写为VIP:CIP 80,然后将数据包发给 CIP这样 CIP 接收到的报文就是VIP:CIP。 总结 1.NAT 技术奖请求的报文和响应的报文通过调度器地址重写然后再转发给内部的服务器报文返回时再改写原来的地址。 2.主需要在调度器 LB 上配置 WAN 公网 IP 即可调度器也要有私网 LAN IP 和节点内部通信。内部节点配置 LAN IP。 3.每台内部 RS 节点的网关要配成 LB 的 LAN 内物理网卡地址这样才能确保数据返回仍然经过 LB。 4.由于请求与回传数据都经过负载均衡器因此访问量大时有瓶颈。 5.支持对 IP 及端口进行转换即 10.0.0.1:80 可以转换到 10.0.0.2:8080TUN模式-隧道模式 采用 NAT 技术时由于请求和响应报文都必须经过调度器地址重写当客户请求越来越多时调度器处理能力将成为瓶颈。为了解决此事调度器把请求报文通过 IP 隧道转发至真实服务器而真实服务器将服务器响应处理后直接返回给客户这样调度器只处理请求入站报文由于一般网络服务应答数据比请求报文大很多采用 VS/TUN 技术后集群系统最大吞吐量可以提高 10 倍。 VS/TUN 工作流程如下图它的连接调度和管理与 VS/NAT 中的一样只是它的报文转发方法不同。调度器根据各个服务器的负载情况动态地选择一台服务器调度器将原请求报文封装在另一个 IP 报文中再将封装后的 IP 报文转发给选定的真实服务器真实服务器收到报文后先将收到的报文解封获得原来目标地址为 VIP 的报文服务器发现 VIP 地址被配置在本地的 IP 隧道设备上所以就处理这个请求然后根据路由表将相应报文直接返回给客户。这种模式数据包封装了一个 IP 报文到达真实服务器上之后解包发现 VIP 地址不是本身的会不接受此报文所以这种模式的每个真实服务器必须在 lo 网卡上配置VIP地址这样才能让解开后的报文发现 VIP 地址在本地有才能接受并处理。 问题 1.当用户通过互联网请求负载均衡器的时候目标地址是 VIP通过路由器到达负载均衡集群网络中当到达网络中之后由于要和局域网主机进行通信但又没有调度器的 MAC 地址那么就会发 ARP 广播广播到达局域网各个主机之后就有可能真实服务器和调度器都应答。 答让所有真实服务器的网卡抑制 arp让所有真实服务器不要响应目标地址是 vip 的请求只让 vip 去响应。 2.为什么要在 lo 网卡上绑定 vip 而不再其它网卡上绑定呢? 答防止局域网 IP 地址冲突lo 是一个属于本地的网卡在 lo 上绑定在局域网中不会冲突。 总结 1.负载均衡器通过把请求的报文通过 IP 隧道的方式把请求的报文不经过源目的地址的改写而是直接封装成另外的 IP 报文 2.由于真实服务器处理请求后直接响应给客户端因此真实服务器最好有一个外网 IP 地址效率更高。如果是内网也能出去但是势必会经过一个 NAT 映射NAT 服务器又可能成为瓶颈因为所有服务器都走 NAT 服务器。 3.由于调度器只处理入站请求的报文因此集群系统的吞吐量可以提高 10 倍但隧道模式会封装报文再传输也会带来一定的系统开销。TUN 模式适合 LAN/WAN。 4.TUN 模式的 LAN 环境不如 DR 模式效率高有的系统还要考虑 IP 隧道的支持问题。 5.所有的真实服务器还要绑定 VIP抑制 ARP 等配置复杂 6.LAN 环境一般多采用 DR 模式WAN 环境可以用 TUN 模式但是当前在 WAN 环境下更多的被 DNShaproxy/nginx等取代DR模式—直接路由模式 Virtual Server via Direct Routing VS/DR 模式通过改写请求报文的目标 MAC 地址将请求发送到真实服务器而真实服务器将相应后的处理结果直接返回给可以。同 VS/TUN 技术一样VS/DR 技术可以极大地提高集群系统的伸缩性。而且这种方法没有 IP 隧道开销对集群中的真实服务器也没有必须支持 IP 隧道协议的要求但是要求调度器与真实服务器都有一块网卡连在同一物理网段上即必须在同一个局域网环境。 VS/DR 的工作流程如图它的连接调度和管理与 VS/NAT 和 VS/TUN 中的一样它的报文转发方式又有不同将报文直接路由给目标服务器。在 VS/DR 中调度器根据各个服务器的负载情况连接数多少等动态地选择一台服务器不修改目的IP地址和目的端口也不封装 IP 报文而是将请求的数据帧的 MAC 地址改为选出服务器的 MAC 地址再将修改后的数据帧在于服务器组的局域网中发送。因为数据帧的 MAC 地址是选出的服务器所以服务器肯定可以收到这个数据帧从中可以获得该 IP 报文。当真实服务器发现报文的目标地址不在本地网络设备时就会拒绝处理所以需要在本地绑定 VIP 地址真实服务器处理这个报文然后根据路由表将响应报文直接返回给客户。 总结 1.通过在 LB 上修改数据包的目的 MAC 地址实现转发。注意源地址仍然是 VIP 地址。 2.由于只有请求的报文经过调度器而处理后响应的报文无需经过调度器因此访问量大时使用效果特别好。和 NAT 比 3.因 DR 模式是通过 MAC 地址改写的机制实现的转发因此所有节点和 LB 只能在一个局域网 LAN 中。小缺点 4.需要注意 RS 节点的 VIP 的绑定lo:vip1,lo:vip2...和 ARP 抑制问题。 5.强调下RS 节点的默认网卡不需要是 LB 的 DIP直接是 IDC 公网机房分配的上级路由器的 IP.RS 带有外网地址情况 6.由于 DR 模式仅进行了 MAC 地址的改写因此调度器 LB 无法改变请求的报文的目的端口和 NAT 要区别 7.调度器 LB 支持几乎所有 UnixLinux 系统目前无 Windows 版但是 RS 节点可以是 Windows (LVS NAT) 8.效率高但是配置比较麻烦。访问量不是特别大的公司可用 haproxy/nginx 取代之。日2000W PV 下都可用 haproxynginx 9.直接对外的访问业务例如 web 服务做 RS 节点最好用公网 IP 地址。不直接对外的业务如 Mysql存储用内网IP地址VS/NATVS/TUNVS/DRReal Serverconfig dr gwTunnelingNon-arp device/tie vipServer NetworkprivateLAN/WANLANServer Number10~20low100high100highReal Server Gatewayload balancerown routerown router优点地址和端口转换WAN环境加密数据性能最高缺点效率低系统需要支持隧道协议不能跨出 LAN3. LVS 调度算法 LVS 的调度算法决定了如何在集群节点之间分布工作符合。当 Director 调度器收到来自客户端计算机访问它的 VIP 上的集群服务的入站请求时Director 必须决定哪个集群节点应该处理请求。Director 可用于做出该决定的调度方法分成两个基本类别 固定调度方法rr、wrr、dh、sh 动态调度算法wlc、lc、lblc、lblcr、sed、nq算法说明rr轮询调度Round-Robin将请求一次分配不同的 RS也就是 RS 中均摊请求。这种算法简单但是只适合于 RS 处理性能相差不大的情况wrr加权轮询调度Weighted Round-Robin它将依据不同 RS 的权值分配任务。权值越高的 RS 将优先获得任务并且分配到连接数将比权值低的 RS 更多。相同权值的 RS 得到相同数目的连接数。lc最小连接数调度Least-ConnectionIPVS 表存储了所有的活动的链接。把新的连接请求发送到当前连接数最小的 RSwlc加权最小连接数调度Weighted Least-Connection假设各台 RS 的权值依次为Wii1..n当前的 TCP 连接数依次为 Tii1..n依次选取 Ti/Wi 为最小的 RS 作为下一个分配的 RSlblc基于地址的最小连接数调度Locality-Based Least-Connection将来自同一目的地址的请求分配给同一台 RS 节点如果这台服务器尚未满负荷则分配连接数生成环境 LVS 调度算法选型 1.一般的网络服务如 http、mail、mysql 等常用调度算法rr、wlc、wrr 2.web cache 和 db cache基于局部性的最少链接 lblc、带复制的基于局部性最少链接 lblcr 3.防火墙集群源地址散列调度 sh 和 目标地址散列调度 dh可以保证整个系统的唯一出入口。 4.处理时间相对较长的网络服务最短预期延时调度 sed 和不排队调度 nq 实际使用中这些算法的使用范围不限于这些。最好参考内核中的调度算法的实现原理根据具体的业务需求合理的选型。常见 LVS 负载均衡高可用解决方案 1.通过自己开发脚本解决比较笨重不推荐 2.heartbeat lvs ldirectord 配置比较复杂不易控制很少使用 3.PiranhaRedhat 的一款基于 Web 的配置软件可以省去手工配置繁琐工作但是出问题不知道原理不推荐 4.KeepalivedLVS极力推荐的最优方案简单、易用、高效 转载于:https://blog.51cto.com/pkbai/1874247
