对称性|伸缩性_LVSFULLNAT模式

篇首语：本文由编程笔记#小编为大家整理，主要介绍了LVS FULLNAT模式相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

一、 LVS简介

LVS是Linux Virtual Server的简称&＃xff0c;也就是Linux虚拟服务器, 是一个由章文嵩博士发起的自由软件项目&＃xff0c;现在已经是 Linux标准内核的一部分。LVS是一种叫基于TCP/IP的负载均衡技术&＃xff0c;转发效率极高&＃xff0c;具有处理百万计并发连接请求的能力。

宗旨&＃xff1a;

• 使用集群技术和Linux操作系统实现一个高性能、高可用的服务器.
• 很好的可伸缩性&＃xff08;Scalability&＃xff09;
• 很好的可靠性&＃xff08;Reliability&＃xff09;
• 很好的可管理性&＃xff08;Manageability&＃xff09;。

特点&＃xff1a;

可伸缩网络服务的几种结构&＃xff0c;它们都需要一个前端的负载调度器&＃xff08;或者多个进行主从备份&＃xff09;&＃xff0c;而IP负载均衡技术是在负载调度器的实现技术中效率最高的。在已有的IP负载均衡技术中&＃xff0c;主要有通过网络地址转换&＃xff08;Network Address Translation&＃xff09;将一组服务器构成一个高性能的、高可用的虚拟服务器&＃xff0c;我们称之为VS/NAT技术&＃xff08;Virtual Server via Network Address Translation&＃xff09;。在分析VS/NAT的缺点和网络服务的非对称性的基础上&＃xff0c;提出了通过IP隧道实现虚拟服务器的方法VS/TUN &＃xff08;Virtual Server via IP Tunneling&＃xff09;&＃xff0c;和通过直接路由实现虚拟服务器的方法VS/DR&＃xff08;Virtual Server via Direct Routing&＃xff09;&＃xff0c;它们可以极大地提高系统的伸缩性。VS/NAT、VS/TUN和VS/DR技术是LVS集群中实现的三种IP负载均衡技术。

二、VS/NAT&＃xff0c;VS/DR&＃xff0c;VS/TUN转发模式介绍

2.1 DR模式&＃xff08;Direct Routing&＃xff09;

DR模式下&＃xff0c;客户端的请求包到达负载均衡器的虚拟服务IP端口后&＃xff0c;负载均衡器不会改写请求包的IP和端口&＃xff0c;但是会改写请求包的MAC地址为后端RS的MAC地址&＃xff0c;然后将数据包转发&＃xff1b;真实服务器处理请求后&＃xff0c;响应包直接回给客户端&＃xff0c;不再经过负载均衡器。所以DR模式的转发效率是最高的&＃xff0c;特别适合下行流量较大的业务场景&＃xff0c;比如请求视频等大文件。

DR模式的特点&＃xff1a;

1. 数据包在LB转发过程中&＃xff0c;源/目的IP、端口都不会变化。
2.每台RS上都必须在环回网卡上绑定LB的虚拟服务IP。 因为LB转发时并不会改写数据包的目的IP&＃xff0c;所以RS收到的数据包的目的IP仍是LB的虚拟服务IP。为了保证RS能够正确处理该数据包&＃xff0c;而不是丢弃&＃xff0c;必须在RS的环回网卡上绑定LB的虚拟服务IP。这样RS会认为这个虚拟服务IP是自己的IP&＃xff0c;自己是能够处理这个数据包的。否则RS会直接丢弃该数据包&＃xff01;
3. RS上的业务进程必须监听在环回网卡的虚拟服务IP上&＃xff0c;且端口必须和LB上的虚拟服务端口一致。 因为LB不会改写数据包的目的端口&＃xff0c;所以RS服务的监听端口必须和虚拟服务端口一致&＃xff0c;否则RS会直接拒绝该数据包。
4.RS处理完请求后&＃xff0c;响应直接回给客户端&＃xff0c;不再经过LB。 因为RS收到的请求数据包的源IP是客户端的IP&＃xff0c;所以理所当然RS的响应会直接回给客户端&＃xff0c;而不会再经过LB。这时候要求RS和客户端之间的网络是可达的。
5.LB和RS须位于同一个子网。 因为LB在转发过程中需要改写数据包的MAC为RS的MAC地址&＃xff0c;所以要能够查询到RS的MAC。而要获取到RS的MAC&＃xff0c;则需要保证二者位于一个子网&＃xff0c;否则LB只能获取到RS网关的MAC地址。

2.2 NAT模式&＃xff08;Network Address Translation&＃xff09;

NAT模式下&＃xff0c;请求包和响应包都需要经过LB处理。当客户端的请求到达虚拟服务后&＃xff0c;LB会对请求包做目的地址转换&＃xff08;DNAT&＃xff09;&＃xff0c;将请求包的目的IP改写为RS的IP。当收到RS的响应后&＃xff0c;LB会对响应包做源地址转换&＃xff08;SNAT&＃xff09;&＃xff0c;将响应包的源IP改写为LB的IP。

NAT模式的特点&＃xff1a;

1. LB会修改数据包的ip地址。 对于请求包&＃xff0c;会进行DNAT&＃xff1b;对于响应包&＃xff0c;会进行SNAT。
2. LB会透传客户端IP到RS&＃xff08;DR模式也会透传&＃xff09;。
3. 需要将RS的默认网关地址配置为LB的浮动IP地址。 因为RS收到的请求包源IP是客户端的IP&＃xff0c;为了保证响应包在返回时能走到LB上面&＃xff0c;所以需要将RS的默认网关地址配置为LB的虚拟服务IP地址。当然&＃xff0c;如果客户端的IP是固定的&＃xff0c;也可以在RS上添加明细路由指向LB的虚拟服务IP&＃xff0c;不用改默认网关。
4. LB和RS须位于同一个子网&＃xff0c;并且客户端不能和LB/RS位于同一子网。 因为需要将RS的默认网关配置为LB的虚拟服务IP地址&＃xff0c;所以需要保证LB和RS位于同一子网。又因为需要保证RS的响应包能走回到LB上&＃xff0c;则客户端不能和RS位于同一子网。否则RS直接就能获取到客户端的MAC&＃xff0c;响应包就直接回给客户端了&＃xff0c;不会走网关&＃xff0c;也就走不到LB上面了。这时候由于没有LB做SNAT&＃xff0c;客户端收到的响应包源IP是RS的IP&＃xff0c;而客户端的请求包目的IP是LB的虚拟服务IP&＃xff0c;这时候客户端无法识别响应包&＃xff0c;会直接丢弃。

2.3 TUNNEL模式

IP隧道&＃xff08;IP tunneling&＃xff09;是将一个IP报文封装在另一个IP报文的技术&＃xff0c;这可以使得目标为一个IP地址的数据报文能被封装和转发到另一个IP地址。IP隧道技 术亦称为IP封装技术&＃xff08;IP encapsulation&＃xff09;。IP隧道主要用于移动主机和虚拟私有网络&＃xff08;Virtual Private Network&＃xff09;&＃xff0c;在其中隧道都是静态建立的&＃xff0c;隧道一端有一个IP地址&＃xff0c;另一端也有唯一的IP地址。

数据流向客户端请求 VIP 时,通过因特网到达调度器,调度器收到数据包后进行封
装,即在原有的包头加上 IP Tunnel 的包头,然后通过调度算法发送给真实服务器,真实服务器再进行拆包,并且与调度器达成协议,从而对请求做出响应,直接由公网达到客户端,此时的源 IP 是 VIP,原理同 DR 模式。
优点:相对 NAT 模式来说,可以支持更大的访问量
缺点:需要隧道协议

三、LVS FULLNAT基本原理

LVS的NAT服务只提供了DNAT的功能。如果把经过了LVS服务的包在出LVS主机的时候&＃xff0c;再做SNAT处理&＃xff0c;就能够实现fullnat了。

&＃xff08;1&＃xff09;客户端将请求报文发送给VS&＃xff1b;cip->vip
&＃xff08;2&＃xff09;VS将请求报文的目的地址修改为后端真实服务器(DNAT)&＃xff0c;源地址改为自己的ip地址(SNAT)&＃xff0c;发送给后端真实服务器&＃xff1b;dip->rip
&＃xff08;3&＃xff09;后端服务器在处理完之后要将响应的报文返回给Lvs&＃xff1b;rip->dip
&＃xff08;4&＃xff09;LVS将返回的数据包源地址改为自己(SNAT)&＃xff0c;目的地址改为客户端(DNAT)&＃xff0c;发送给客户端&＃xff1b;vip->cip
数据流走向&＃xff1a;Client -> Vs -> Rs -> Vs -> client

注&＃xff1a;cip为客户端的地址&＃xff0c;vip为虚拟地址&＃xff0c;rip为真实的服务器&＃xff0c;dip为本地地址&＃xff0c;SNAT为来源地址转换&＃xff0c;DNAT为目的地址转换

架构特点&＃xff1a;这是一种对nat模型的改进&＃xff0c;是一个扩展&＃xff0c;使得RS与Director可以处于不同网络,负载均衡器可以独立的和真实服务器进行数据包的传送。

1.VIP是公网地址&＃xff0c;RIP和DIP是私网地址&＃xff0c;且通常不在同一IP网络&＃xff0c;因此RIP的网关一般不会指向DIP
2.RS收到的请求报文源地址是DIP&＃xff0c;因此只需响应给DIP&＃xff1b;但Director还要将其发往Client
3.请求和响应报文都经由Director
4.相对NAT模式&＃xff0c;可以更好的实现LVS-RealServer间跨VLAN通讯
5.支持端口映射

LVS负载均衡常见工作模式总结:

lvs-nat与lvs-fullnat&＃xff1a;请求和响应报文都经由Director

• lvs-nat&＃xff1a;RIP的网关要指向DIP (负载均衡器和真实服务器必须在同一局域网内)
• lvs-fullnat&＃xff1a;RIP和DIP未必在同一IP网络&＃xff0c;但要能通信

lvs-dr与lvs-tun&＃xff1a;请求报文要经由Director&＃xff0c;但响应报文由RS直接发Client

• lvs-dr&＃xff1a;通过封装新的MAC首部实现&＃xff0c;通过MAC网络转发
• lvs-tun&＃xff1a;通过在原IP报文外封装新IP头实现转发&＃xff0c;支持远距离通信

四、IPVS FULLNAT实践

LVS的IP负载均衡技术是通过IPVS模块实现的。IPVS模块是LVS集群的核心软件模块&＃xff0c;它安装在LVS集群作为负载均衡的主节点上&＃xff0c;虚拟出一个IP地址和端口对外提供服务。用户通过访问这个虚拟服务&＃xff08;VS&＃xff09;&＃xff0c;然后访问请求由负载均衡器&＃xff08;LB&＃xff09;调度到后端真实服务器&＃xff08;RS&＃xff09;中&＃xff0c;由RS实际处理用户的请求给返回响应。

ipvs参数:

添加虚拟服务器
语法:ipvsadm -A [-t|u|f] [vip_addr:port] [-s:指定算法]
-A:添加
-t:TCP协议
-u:UDP协议
-f:防火墙标记
-s:指定算法
-D:删除虚拟服务器记录
-E:修改虚拟服务器记录
-C:清空所有记录
-L:查看
添加后端RealServer
语法:ipvsadm -a [-t|u|f] [vip_addr:port] [-r ip_addr] [-g|i|m] [-w 指定权重]
-a:添加
-t:TCP协议
-u:UDP协议
-f:防火墙标记
-r:指定后端realserver的IP
-g:DR模式
-i:TUN模式
-m:NAT模式
-b:FULLNAT模式
-w:指定权重
-d:删除realserver记录
-e:修改realserver记录
-l:查看
通用:
ipvsadm -ln:查看规则


lvs节点fullnat配置示例&＃xff1a;

echo "1" > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward
ipvsadm -A -t 10.1.1.1:80 -s rr
ipvsadm -a -t 10.1.1.1:80 -r 192.168.1.2:8181 -b -w 1 //DNAT
ipvsadm -P -t 10.1.1.1:80 -z 192.168.1.1:8180 //SNAT


参考&＃xff1a;
https://blog.csdn.net/qq_42409495/article/details/121905868