标签：LVS-四种工作模型 LVS-NAT LVS-DR LVS-TUN LVS-FULLNAT
服务器向外部提供服务，当一台服务器承受过多的压力，那么服务可能会产生服务不可用的情况，所以，我们应该让一台服务器承受的压力在合理范围内，如果一台服务器无法满足需求，那么可以横向扩展使用多台服务器分摊这些压力，这些服务器作为一个整体对外提供服务，并且分摊压力时，那么我们可以称这些服务器为"负载均衡集群"。LVS 是 Linux Virtual Server 的简称，也就是 Linux 虚拟服务器。现在 LVS 已经是 Linux 标准内核的一部分，从 Linux2.4 内核以后，已经完全内置了 LVS 的各个功能模块，无需给内核打任何补丁，可以直接使用 LVS 提供的各种功能。LVS在内核中名称是ipvs，作为netfilter的模块存在，管理ipvs的工具为ipvsadm。
LVS 是四层负载均衡，也就是说建立在 OSI 模型的第四层——传输层之上，传输层上有我们熟悉的 TCP/UDP，LVS 支持 TCP/UDP 的负载均衡。因为 LVS 是四层负载均衡，因此它相对于其它高层负载均衡的解决办法，比如 DNS 域名轮流解析、应用层负载的调度、客户端的调度等，它的效率是非常高的。
为方便后续探讨，这里先说明下几个名词
VS: Virtual Server，调度器，负责调度
RS: Real Server，负责真正提供服务，后端服务器
VIP: LVS服务器上的公网IP，即Virtual IP
DIP: LVS服务器上的内网IP，即Director IP
RIP: Real Server上的内网IP
CIP： 客户端的IP
工作原理：
VS根据请求报文的目标IP和目标协议及端口将其调度转发至某RS，根据调度算法来挑选RS。
LVS 的工作模式：
NAT :
SNAT: 修改源地址
DNAT: 修改目标地址
DR : 修改目标 MAC
TUN ： 在原请求IP报文之外新加一个IP首部
FULLNAT： 修改请求报文的源和目标IP
LVS的工作位置
流入数据包
LVS-NAT模式：
LVS-NAT报文中IP转换过程
上图所示：
1.客户端的请求会发往LVS主机，此时，客户端请求报文的源IP为CIP，目标IP为LVS的VIP
2.当LVS收到客户端的请求报文时，会将请求报文中的目标IP修改为后端某个RealServer的RIP，具体为哪个RealServer的RIP，取决于LVS使用的具体算法
3.当RealServer收到对应的请求报文时，会发现报文的目标IP就是自己的RIP，于是就会接收报文并 处理后进行响应。响应报文的源IP则为RIP，目标IP则为CIP
4.当LVS收到对应的响应报文时，LVS会将响应报文的源IP修改为VIP，目标IP不变为CIP，于是响应报文被发往客户端。
5.客户端则会收到响应报文，源IP为VIP，端口为80，而LVS相对于客户端而言，转换过程是透明的。
LVS-NAT的建议：
（1）RIP和DIP建议在同一个IP网络，且应使用私网地址；RS的网关要指向DIP(中间无其他设备)
（2）请求报文和响应报文都必须经由LVS转发，LVS易于成为系统瓶颈。但是也能满足一般需求
（3）支持端口映射，可修改请求报文的目标PORT
（4）VS必须是Linux系统，RS可以是任意OS系统
LVS-DR模式：
LVS默认模式。直接路由，应用最广泛,通过为请求报文重新封装一个MAC首部进行转发。
DR 模式下需要 LVS 和 RS 集群绑定同一个 VIP（RS 通过将 VIP 绑定在 loopback 实现），
请求报文由 LVS 接受，响应报文不经过 LVS，由RealServer(RS）直接返回给用户。因此，DR 模式具有较好的性能，也是目前大型网站使用最广泛的一种负载均衡手段。
源MAC是DIP所在的接口的MAC，
目标MAC是调度算法选出的RS的RIP所在接口的MAC地址；
源IP/端口，以及目标IP/端口均保持不变
LVS和各RS都配置有VIP
LVS-DR报文中IP和MAC转换过程
上图所示：
1.客户端的请求会发往LVS主机，此时，客户端请求报文的源IP为CIP，目标IP为LVS的VIP
2.当LVS收到客户端的请求报文时，会将请求报文中的源MAC修改为本机的DIP所在网卡的MAC,把目标MAC修改为后端某个RealServer的RIP的MAC，具体为哪个RealServer的RIP，取决于LVS使用的具体算法。其他不作修改。
3.当RealServer收到对应的请求报文时，因为RealServer会在本机的LO上绑定了VIP的地址，并且会因为在内核中修改了ARP相关参数从而在同一网络中同时拥有了与LVS同样的IP地址，因此在接收到请求报文时会发现报文的目标IP就是自己的VIP，于是就会接收报文并处理后不经过LVS进行响应。响应报文的源IP则为VIP，目标IP则为CIP，源MAC地址则为RS发送数据包的MAC，目标MAC则为最近的路由MAC。
4.客户端则会收到响应报文，源IP为VIP，端口为80。而LVS相对于客户端而言，转换过程是透明的。
因为VIP在同一网络中同时存在，必须改变RealServer 对APR报文响应规则
方法1：在RS上使用arptables工具
# arptables -A IN -d $VIP -j DROP
# arptables -A OUT -s $VIP -j mangle --mangle-ip-s $RIP
方法2：在RS上修改内核参数以限制arp通告及应答级别 (推荐)
arp_announce = 2
arp_ignore = 1
LVS-DR的建议：
(1) RealServer的RIP建议使用私网地址。RIP与DIP在同一IP网络；RIP的网关不能指向DIP，以确保响应报文 不会经过VS
(2) LVS和RS要在同一个物理网络。不能跨地域物理网络调度。
(3) 请求报文要经由VS，但响应报文不经由VS，而由RealServer直接发往Client
(4) 不支持端口映射（端口不能修改）
(5) RealServer可使用大多数OS系统
(6) VS可以只要一块网卡，同时配置VIP和DIP，注意路由走向。
LVS-TUN模式：
转发方式工作，不修改请求报文的IP首部，而在原IP报文之外再封装一个IP首部（源IP是DIP，目标IP是RIP），将报文发往挑选出的目标RealServer；RealServer直接响应给客户端（源IP是VIP，目标IP是CIP）
LVS-TUN报文中IP包头转换过程
上图所示：
1.客户端的请求会发往LVS主机，此时，客户端请求报文的源IP为CIP，目标IP为LVS的VIP
2.当LVS收到客户端的请求报文时，会在原请求报文基础上再封装一个新的IP包头，源IP为本机的DIP，目标IP为后端某个RealServer的RIP，具体为哪个RealServer的RIP，取决于LVS使用的具体算法。其他不作修改。
3.当RealServer收到对应的请求报文时，在接收到请求报文时会发现报文的目标IP就是自己的RIP，于是就会接收报文并处理后不经过LVS进行响应。响应报文的源IP则为VIP，目标IP则为CIP。
4.客户端则会收到响应报文，源IP为VIP，端口为80。而LVS相对于客户端而言，转换过程是透明的。
LVS-TUN的建议：
(1) DIP, VIP, RIP都应该是公网地址(或具备跨网络通讯支持)
(2) RS的网关不能指向DIP
(3) 请求报文要经由VS，但响应不能经由VS
(4) 不支持端口映射
(5) RealServer的OS须支持隧道功能。相对DR模式来讲，具备跨地域物理网络调度。
LVS-FULLNAT模式：
转发工作。通过同时修改请求报文的源IP地址和目标IP地址进行转发。
LVS-FULLNAT报文中IP包头转换过程
上图所示：
1.客户端的请求会发往LVS主机，此时，客户端请求报文的源IP为CIP，目标IP为LVS的VIP
2.当LVS收到客户端的请求报文时，会将源IP修改为本机的DIP，同时将请求报文中的目标IP修改为后端某个RealServer的RIP，具体为哪个RealServer的RIP，取决于LVS使用的具体算法
3.当RealServer收到对应的请求报文时，会发现报文的目标IP就是自己的RIP，于是就会接收报文并 处理后进行响应。响应报文的源IP则为RIP，目标IP则为DIP
4.当LVS收到对应的响应报文时，LVS会将响应报文的源IP修改为VIP，目标IP修改为CIP，于是响应报文被发往客户端。
5.客户端则会收到响应报文，源IP为VIP，端口为80，而LVS相对于客户端而言，转换过程是透明的。
LVS-FULLNAT的建议：
(1) VIP是公网地址，RIP和DIP是私网地址，且通常不在同一IP网络；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，因此，只需响应给DIP；但VS还要将其发往Client
(3) 请求和响应报文都经由VS，LVS易于成为系统瓶颈。但是也能满足一般需求
(4) 支持端口映射
注意：此类型kernel默认不支持
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