LVS原理及三种模式优缺点比较

efn阿克说

　　一、引言
在过去的十几年中，Internet从几个研究机构相连为信息共享的网络发展成为拥有大量应用和服务的全球性网络，
它正成为人们生活中不可缺少的一部分。
虽然Internet发展速度很快，但建设和维护大型网络服务依然是一项挑战性的任务，
因为系统必须是高性能的、高可靠的，尤其当访问负载不断增长时，系统必须能被扩展来满足不断增长的性能需求。
由于缺少建立可伸缩网络服务的框架和设计方法，这意味着只有拥有非常出色工程和管理人才的机构才能建立和维护大型的网络服务。
　　LVS-NAT模式：

　　官方原理说明：基于NAT机制实现。当用户请求到达director之后，director将请求报文的目标地址（即VIP）改成选定的reallserver地址，同时将报文的目标端口也改成选定的realserver的相应端口，最后将报文请求发送到指定的realserver。在服务器端得到数据后，realserver将数据返回director，而director将报文的源地址和源端口改成VIP和相应端口，然后把数据发送给用户，完成整个负载跳读过程。
　　LVS-DR模式：

　　官方的原理说明：基于直接路由来实现。当用户请求到达director之后，director将请求报文的目标地址（VIP）改成选定的realserver地址，还要改写请求报文的mac地址，将请求发送到指定mac的realserver，而realserver将响应直接返回给客户端，不经过director.这个方式是三种跳读中性能最好的，也是我们生产环境中使用最多的。
　　LVS-TUN模式：

　　官方的原理说明： 这种方式通过ip隧道技术实现虚拟服务器。到用户请求到达director之后，director将请求报文的目标地址（ＶＩＰ）改成选定的realserver地址。然后调度器采用ip隧道技术将用户请求发送到指定的realserver，而这个realserver将直接相应用户的请求不在经过director。此外，对realserver的地域位置没有要求。和director在不在同一个网段都可以

　　二、Virtual server via NAT（VS-NAT）
　　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，物理服务器可以分配Internet的保留私有地址，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）数据增长到20个或更多时,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都需要经过负载均衡器再生。假使TCP包的平均长度是536字节的话，平均包再生延迟时间大约为60us（在Pentium处理器上计算的，采用更快的处理器将使得这个延迟时间变短），负载均衡器的最大容许能力为8.93M/s，假定每台物理服务器的平台容许能力为400K/s来计算，负责均衡器能为22台物理服务器计算。
　　解决办法：即使是是负载均衡器成为整个系统的瓶颈，如果是这样也有两种方法来解决它。一种是混合处理，另一种是采用Virtual Server via IP tunneling或Virtual Server via direct routing。如果采用混合处理的方法，将需要许多同属单一的RR DNS域。你采用Virtual Server via IP tunneling或Virtual Server via direct routing以获得更好的可扩展性。也可以嵌套使用负载均衡器，在最前端的是VS-Tunneling或VS-Drouting的负载均衡器，然后后面采用VS-NAT的负载均衡器。
　　三、Virtual server via IP tunneling（VS-TUN）
　　
　　我们发现，许多Internet服务（例如WEB服务器）的请求包很短小，而应答包通常很大。
　　优点：负载均衡器只负责将请求包分发给物理服务器，而物理服务器将应答包直接发给用户。所以，负载均衡器能处理很巨大的请求量，这种方式，一台负载均衡能为超过100台的物理服务器服务，负载均衡器不再是系统的瓶颈。使用VS-TUN方式，如果你的负载均衡器拥有100M的全双工网卡的话，就能使得整个VirtualServer能达到1G的吞吐量。
　　不足：但是，这种方式需要所有的服务器支持"IP Tunneling"(IP Encapsulation)协议，我仅在Linux系统上实现了这个，如果你能让其它操作系统支持，还在探索之中
　　四、Virtual Server via Direct Routing（VS-DR）

　　
　　优点：和VS－TUN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，其中包括：Linux2.0.36、2.2.9、2.2.10、2.2.12；Solaris 2.5.1、2.6、2.7；FreeBSD 3.1、3.2、3.3；NT4.0无需打补丁；IRIX 6.5；HPUX11等。
　　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