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負(fù)載均衡由來(lái)

隨著業(yè)務(wù)流量越來(lái)越大，單臺(tái)服務(wù)器無(wú)論如何優(yōu)化，無(wú)論采用多好的硬件，總會(huì)有性能天花板，當(dāng)單服務(wù)器的性能無(wú)法滿足業(yè)務(wù)需求時(shí)，就需要把多臺(tái)服務(wù)器組成集群系統(tǒng)提高整體的處理性能。

基于上述需求，我們要使用統(tǒng)一的流量入口來(lái)對(duì)外提供服務(wù)，本質(zhì)上就是需要一個(gè)流量調(diào)度器，通過(guò)均衡的算法，將用戶大量的請(qǐng)求流量均衡地分發(fā)到集群中不同的服務(wù)器上。這其實(shí)就是我們今天要說(shuō)的負(fù)載均衡。

使用負(fù)載均衡可以給我們帶來(lái)的幾個(gè)好處：

• 提高了系統(tǒng)的整體性能
• 提高了系統(tǒng)的擴(kuò)展性
• 提高了系統(tǒng)的可用性

負(fù)載均衡類型

廣義上的負(fù)載均衡器大概可以分為 3 類，包括：

• DNS 方式實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡
• 硬件負(fù)載均衡
• 軟件負(fù)載均衡

DNS 實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡

DNS 實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡是最基礎(chǔ)簡(jiǎn)單的方式。一個(gè)域名通過(guò) DNS 解析到多個(gè) IP，每個(gè) IP 對(duì)應(yīng)不同的服務(wù)器實(shí)例，這樣就完成了流量的調(diào)度，雖然沒(méi)有使用常規(guī)的負(fù)載均衡器，但實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)單的負(fù)載均衡功能。

 

通過(guò) DNS 實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡的方式，最大的優(yōu)點(diǎn)就是實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，成本低，無(wú)需自己開(kāi)發(fā)或維護(hù)負(fù)載均衡設(shè)備。

不過(guò)存在一些缺點(diǎn)：

①服務(wù)器故障切換延遲大，服務(wù)器升級(jí)不方便

我們知道 DNS 與用戶之間是層層的緩存，即便是在故障發(fā)生時(shí)及時(shí)通過(guò) DNS 修改或摘除故障服務(wù)器，但中間經(jīng)過(guò)運(yùn)營(yíng)商的 DNS 緩存，且緩存很有可能不遵循 TTL 規(guī)則，導(dǎo)致 DNS 生效時(shí)間變得非常緩慢，有時(shí)候一天后還會(huì)有些許的請(qǐng)求流量。

②流量調(diào)度不均衡，粒度太粗

DNS 調(diào)度的均衡性，受地區(qū)運(yùn)營(yíng)商 LocalDNS 返回 IP 列表的策略有關(guān)系，有的運(yùn)營(yíng)商并不會(huì)輪詢返回多個(gè)不同的 IP 地址。

另外，某個(gè)運(yùn)營(yíng)商 LocalDNS 背后服務(wù)了多少用戶，這也會(huì)構(gòu)成流量調(diào)度不均的重要因素。

③流量分配策略太簡(jiǎn)單，支持的算法太少

DNS 一般只支持 rr 的輪詢方式，流量分配策略比較簡(jiǎn)單，不支持權(quán)重、Hash 等調(diào)度算法。

④DNS 支持的 IP 列表有限制

我們知道 DNS 使用 UDP 報(bào)文進(jìn)行信息傳遞，每個(gè) UDP 報(bào)文大小受鏈路的 MTU 限制，所以報(bào)文中存儲(chǔ)的 IP 地址數(shù)量也是非常有限的，阿里 DNS 系統(tǒng)針對(duì)同一個(gè)域名支持配置 10 個(gè)不同的 IP 地址。

實(shí)際上生產(chǎn)環(huán)境中很少使用這種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡，畢竟缺點(diǎn)很明顯。文中之所以描述 DNS 負(fù)載均衡方式，是為了能夠更清楚地解釋負(fù)載均衡的概念。

像 BAT 體量的公司一般會(huì)利用 DNS 來(lái)實(shí)現(xiàn)地理級(jí)別的全局負(fù)載均衡，實(shí)現(xiàn)就近訪問(wèn)，提高訪問(wèn)速度，這種方式一般是入口流量的基礎(chǔ)負(fù)載均衡，下層會(huì)有更專業(yè)的負(fù)載均衡設(shè)備實(shí)現(xiàn)的負(fù)載架構(gòu)。

硬件負(fù)載均衡

硬件負(fù)載均衡是通過(guò)專門(mén)的硬件設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡功能，是專用的負(fù)載均衡設(shè)備。目前業(yè)界典型的硬件負(fù)載均衡設(shè)備有兩款：F5 和 A10。

這類設(shè)備性能強(qiáng)勁、功能強(qiáng)大，但價(jià)格非常昂貴，一般只有土豪公司才會(huì)使用此類設(shè)備，中小公司一般負(fù)擔(dān)不起，業(yè)務(wù)量沒(méi)那么大，用這些設(shè)備也是挺浪費(fèi)的。

硬件負(fù)載均衡的優(yōu)點(diǎn)：

• 功能強(qiáng)大：全面支持各層級(jí)的負(fù)載均衡，支持全面的負(fù)載均衡算法。
• 性能強(qiáng)大：性能遠(yuǎn)超常見(jiàn)的軟件負(fù)載均衡器。
• 穩(wěn)定性高：商用硬件負(fù)載均衡，經(jīng)過(guò)了良好的嚴(yán)格測(cè)試，經(jīng)過(guò)大規(guī)模使用，穩(wěn)定性高。
• 安全防護(hù)：還具備防火墻、防 DDoS 攻擊等安全功能，以及支持 SNAT 功能。

硬件負(fù)載均衡的缺點(diǎn)也很明顯：

• 價(jià)格貴
• 擴(kuò)展性差，無(wú)法進(jìn)行擴(kuò)展和定制
• 調(diào)試和維護(hù)比較麻煩，需要專業(yè)人員

軟件負(fù)載均衡

軟件負(fù)載均衡，可以在普通的服務(wù)器上運(yùn)行負(fù)載均衡軟件，實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡功能。

目前常見(jiàn)的有 Nginx、HAproxy、LVS，其中的區(qū)別如下：

• Nginx：七層負(fù)載均衡，支持 HTTP、E-mail 協(xié)議，同時(shí)也支持 4 層負(fù)載均衡。
• HAproxy：支持七層規(guī)則的，性能也很不錯(cuò)。OpenStack 默認(rèn)使用的負(fù)載均衡軟件就是 HAproxy。
• LVS：運(yùn)行在內(nèi)核態(tài)，性能是軟件負(fù)載均衡中最高的，嚴(yán)格來(lái)說(shuō)工作在三層，所以更通用一些，適用各種應(yīng)用服務(wù)。

軟件負(fù)載均衡的優(yōu)點(diǎn)：

• 易操作：無(wú)論是部署還是維護(hù)都相對(duì)比較簡(jiǎn)單。
• 便宜：只需要服務(wù)器的成本，軟件是免費(fèi)的。
• 靈活：4 層和 7 層負(fù)載均衡可以根據(jù)業(yè)務(wù)特點(diǎn)進(jìn)行選擇，方便進(jìn)行擴(kuò)展和定制功能。

負(fù)載均衡 LVS

軟件負(fù)載均衡主要包括：Nginx、HAproxy 和 LVS，三款軟件都比較常用。

四層負(fù)載均衡基本上都會(huì)使用 LVS，據(jù)了解 BAT 等大廠都是 LVS 重度使用者，就是因?yàn)?LVS 非常出色的性能，能為公司節(jié)省巨大的成本。

LVS，全稱 Linux Virtual Server 是由國(guó)人章文嵩博士發(fā)起的一個(gè)開(kāi)源的項(xiàng)目，在社區(qū)具有很大的熱度，是一個(gè)基于四層、具有強(qiáng)大性能的反向代理服務(wù)器。

它現(xiàn)在是標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)核的一部分，它具備可靠性、高性能、可擴(kuò)展性和可操作性的特點(diǎn)，從而以低廉的成本實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的性能。

Netfilter 基礎(chǔ)原理

LVS 是基于 Linux 內(nèi)核中 netfilter 框架實(shí)現(xiàn)的負(fù)載均衡功能，所以要學(xué)習(xí) LVS 之前必須要先簡(jiǎn)單了解 netfilter 基本工作原理。

netfilter 其實(shí)很復(fù)雜，平時(shí)我們說(shuō)的 Linux 防火墻就是 netfilter，不過(guò)我們平時(shí)操作的都是 iptables，iptables 只是用戶空間編寫(xiě)和傳遞規(guī)則的工具而已，真正工作的是 netfilter。

通過(guò)下圖可以簡(jiǎn)單了解下 netfilter 的工作機(jī)制：

 

netfilter 是內(nèi)核態(tài)的 Linux 防火墻機(jī)制，作為一個(gè)通用、抽象的框架，提供了一整套的 hook 函數(shù)管理機(jī)制，提供諸如數(shù)據(jù)包過(guò)濾、網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換、基于協(xié)議類型的連接跟蹤的功能。

通俗點(diǎn)講，就是 netfilter 提供一種機(jī)制，可以在數(shù)據(jù)包流經(jīng)過(guò)程中，根據(jù)規(guī)則設(shè)置若干個(gè)關(guān)卡(hook 函數(shù))來(lái)執(zhí)行相關(guān)的操作。

netfilter 總共設(shè)置了 5 個(gè)點(diǎn)，包括：

• PREROUTING：剛剛進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)層，還未進(jìn)行路由查找的包，通過(guò)此處。
• INPUT：通過(guò)路由查找，確定發(fā)往本機(jī)的包，通過(guò)此處。
• FORWARD：經(jīng)路由查找后，要轉(zhuǎn)發(fā)的包，在 POST_ROUTING 之前。
• OUTPUT：從本機(jī)進(jìn)程剛發(fā)出的包，通過(guò)此處。
• POSTROUTING：進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)層已經(jīng)經(jīng)過(guò)路由查找，確定轉(zhuǎn)發(fā)，將要離開(kāi)本設(shè)備的包，通過(guò)此處。

當(dāng)一個(gè)數(shù)據(jù)包進(jìn)入網(wǎng)卡，經(jīng)過(guò)鏈路層之后進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)層就會(huì)到達(dá) PREROUTING，接著根據(jù)目標(biāo) IP 地址進(jìn)行路由查找，如果目標(biāo) IP 是本機(jī)，數(shù)據(jù)包繼續(xù)傳遞到 INPUT 上，經(jīng)過(guò)協(xié)議棧后根據(jù)端口將數(shù)據(jù)送到相應(yīng)的應(yīng)用程序。

應(yīng)用程序處理請(qǐng)求后將響應(yīng)數(shù)據(jù)包發(fā)送到 OUTPUT 上，最終通過(guò) POSTROUTING 后發(fā)送出網(wǎng)卡。

如果目標(biāo) IP 不是本機(jī)，而且服務(wù)器開(kāi)啟了 forward 參數(shù)，就會(huì)將數(shù)據(jù)包遞送給 FORWARD 上，最后通過(guò) POSTROUTING 后發(fā)送出網(wǎng)卡。

LVS 基礎(chǔ)原理

LVS 是基于 netfilter 框架，主要工作于 INPUT 鏈上，在 INPUT 上注冊(cè) ip_vs_in HOOK 函數(shù)，進(jìn)行 IPVS 主流程。

 

大概原理如上圖所示：

• 當(dāng)用戶訪問(wèn) www.sina.com.cn 時(shí)，用戶數(shù)據(jù)通過(guò)層層網(wǎng)絡(luò)，最后通過(guò)交換機(jī)進(jìn)入 LVS 服務(wù)器網(wǎng)卡，并進(jìn)入內(nèi)核網(wǎng)絡(luò)層。
• 進(jìn)入 PREROUTING 后經(jīng)過(guò)路由查找，確定訪問(wèn)的目的 VIP 是本機(jī) IP 地址，所以數(shù)據(jù)包進(jìn)入到 INPUT 鏈上。
• LVS 是工作在 INPUT 鏈上，會(huì)根據(jù)訪問(wèn)的 IP:Port 判斷請(qǐng)求是否是 LVS 服務(wù)，如果是則進(jìn)行 LVS 主流程，強(qiáng)行修改數(shù)據(jù)包的相關(guān)數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)包發(fā)往 POSTROUTING 鏈上。
• POSTROUTING 上收到數(shù)據(jù)包后，根據(jù)目標(biāo) IP 地址(后端真實(shí)服務(wù)器)，通過(guò)路由選路，將數(shù)據(jù)包最終發(fā)往后端的服務(wù)器上。

開(kāi)源 LVS 版本有 3 種工作模式，每種模式工作原理都不同，每種模式都有自己的優(yōu)缺點(diǎn)和不同的應(yīng)用場(chǎng)景。

包括以下三種模式：

• DR 模式
• NAT 模式
• Tunnel 模式

這里必須要提另外一種模式是 FullNAT，這個(gè)模式在開(kāi)源版本中是模式?jīng)]有的。

這個(gè)模式最早起源于百度，后來(lái)又在阿里發(fā)揚(yáng)光大，由阿里團(tuán)隊(duì)開(kāi)源，代碼地址如下：

https://github.com/alibaba/lvs 

LVS 官網(wǎng)也有相關(guān)下載地址，不過(guò)并沒(méi)有合進(jìn)到內(nèi)核主線版本。后面會(huì)有專門(mén)章節(jié)詳細(xì)介紹 FullNAT 模式。

下邊分別就 DR、NAT、Tunnel 模式分別詳細(xì)介紹原理。

DR 模式實(shí)現(xiàn)原理

LVS 基本原理圖中描述的比較簡(jiǎn)單，表述的是比較通用流程。下邊會(huì)針對(duì) DR 模式的具體實(shí)現(xiàn)原理，詳細(xì)的闡述 DR 模式是如何工作的。

 

其實(shí) DR 是最常用的工作模式，因?yàn)樗膹?qiáng)大的性能。下邊試圖以某個(gè)請(qǐng)求和響應(yīng)數(shù)據(jù)流的過(guò)程來(lái)描述 DR 模式的工作原理。

實(shí)現(xiàn)原理過(guò)程

①當(dāng)客戶端請(qǐng)求 www.sina.com.cn 主頁(yè)，請(qǐng)求數(shù)據(jù)包穿過(guò)網(wǎng)絡(luò)到達(dá) Sina 的 LVS 服務(wù)器網(wǎng)卡：源 IP 是客戶端 IP 地址 CIP，目的 IP 是新浪對(duì)外的服務(wù)器 IP 地址，也就是 VIP。

此時(shí)源 MAC 地址是 CMAC，其實(shí)是 LVS 連接的路由器的 MAC 地址(為了容易理解記為 CMAC)，目標(biāo) MAC 地址是 VIP 對(duì)應(yīng)的 MAC，記為 VMAC。

②數(shù)據(jù)包經(jīng)過(guò)鏈路層到達(dá) PREROUTING 位置(剛進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)層)，查找路由發(fā)現(xiàn)目的 IP 是 LVS 的 VIP，就會(huì)遞送到 INPUT 鏈上，此時(shí)數(shù)據(jù)包 MAC、IP、Port 都沒(méi)有修改。

③數(shù)據(jù)包到達(dá) INPUT 鏈，INPUT 是 LVS 主要工作的位置。此時(shí) LVS 會(huì)根據(jù)目的 IP 和 Port 來(lái)確認(rèn)是否是 LVS 定義的服務(wù)。

如果是定義過(guò)的 VIP 服務(wù)，就會(huì)根據(jù)配置信息，從真實(shí)服務(wù)器列表 中選擇一個(gè)作為 RS1，然后以 RS1 作為目標(biāo)查找 Out 方向的路由，確定一下跳信息以及數(shù)據(jù)包要通過(guò)哪個(gè)網(wǎng)卡發(fā)出。最后將數(shù)據(jù)包投遞到 OUTPUT 鏈上。

④數(shù)據(jù)包通過(guò) POSTROUTING 鏈后，從網(wǎng)絡(luò)層轉(zhuǎn)到鏈路層，將目的 MAC 地址修改為 RealServer 服務(wù)器 MAC 地址，記為 RMAC;而源 MAC 地址修改為 LVS 與 RS 同網(wǎng)段的 selfIP 對(duì)應(yīng)的 MAC 地址，記為 DMAC。

此時(shí)，數(shù)據(jù)包通過(guò)交換機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)給了 RealServer 服務(wù)器(注：為了簡(jiǎn)單圖中沒(méi)有畫(huà)交換機(jī))。

⑤請(qǐng)求數(shù)據(jù)包到達(dá)后端真實(shí)服務(wù)器后，鏈路層檢查目的 MAC 是自己網(wǎng)卡地址。

到了網(wǎng)絡(luò)層，查找路由，目的 IP 是 VIP(lo 上配置了 VIP)，判定是本地主機(jī)的數(shù)據(jù)包，經(jīng)過(guò)協(xié)議棧拷貝至應(yīng)用程序(比如 nginx 服務(wù)器)，nginx 響應(yīng)請(qǐng)求后，產(chǎn)生響應(yīng)數(shù)據(jù)包。

然后以 CIP 查找出方向的路由，確定下一跳信息和發(fā)送網(wǎng)卡設(shè)備信息。此時(shí)數(shù)據(jù)包源、目的 IP 分別是 VIP、CIP。

而源 MAC 地址是 RS1 的 RMAC，目的 MAC 是下一跳(路由器)的 MAC 地址，記為 CMAC(為了容易理解，記為 CMAC)。

然后數(shù)據(jù)包通過(guò) RS 相連的路由器轉(zhuǎn)發(fā)給真正客戶端，完成了請(qǐng)求響應(yīng)的全過(guò)程。

從整個(gè)過(guò)程可以看出，DR 模式 LVS 邏輯比較簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)包通過(guò)直接路由方式轉(zhuǎn)發(fā)給后端服務(wù)器，而且響應(yīng)數(shù)據(jù)包是由 RS 服務(wù)器直接發(fā)送給客戶端，不經(jīng)過(guò) LVS。

我們知道通常請(qǐng)求數(shù)據(jù)包會(huì)比較小，響應(yīng)報(bào)文較大，經(jīng)過(guò) LVS 的數(shù)據(jù)包基本上都是小包，所以這也是 LVS 的 DR 模式性能強(qiáng)大的主要原因。

優(yōu)缺點(diǎn)和使用場(chǎng)景

DR 模式的優(yōu)點(diǎn)：

• 響應(yīng)數(shù)據(jù)不經(jīng)過(guò) lvs，性能高
• 對(duì)數(shù)據(jù)包修改小，信息保存完整(攜帶客戶端源 IP)

DR 模式的缺點(diǎn)：

• lvs 與 rs 必須在同一個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)(不支持跨機(jī)房)
• 服務(wù)器上必須配置 lo 和其它內(nèi)核參數(shù)
• 不支持端口映射

DR 模式的使用場(chǎng)景：如果對(duì)性能要求非常高，可以首選 DR 模式，而且可以透?jìng)骺蛻舳嗽?IP 地址。

NAT 模式實(shí)現(xiàn)原理

lvs 的第 2 種工作模式是 NAT 模式，下圖詳細(xì)介紹了數(shù)據(jù)包從客戶端進(jìn)入 lvs 后轉(zhuǎn)發(fā)到 rs，后經(jīng) rs 再次將響應(yīng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給 lvs，由 lvs 將數(shù)據(jù)包回復(fù)給客戶端的整個(gè)過(guò)程。

實(shí)現(xiàn)原理與過(guò)程 

①用戶請(qǐng)求數(shù)據(jù)包經(jīng)過(guò)層層網(wǎng)絡(luò)，到達(dá) lvs 網(wǎng)卡，此時(shí)數(shù)據(jù)包源 IP 是 CIP，目的 IP 是 VIP。

②經(jīng)過(guò)網(wǎng)卡進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)層 prerouting 位置，根據(jù)目的 IP 查找路由，確認(rèn)是本機(jī) IP，將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到 INPUT 上，此時(shí)源、目的 IP 都未發(fā)生變化。

③到達(dá) lvs 后，通過(guò)目的 IP 和目的 port 查找是否為 IPVS 服務(wù)。

若是 IPVS 服務(wù)，則會(huì)選擇一個(gè) RS 作為后端服務(wù)器，將數(shù)據(jù)包目的 IP 修改為 RIP，并以 RIP 為目的 IP 查找路由信息，確定下一跳和出口信息，將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)至 output 上。

④修改后的數(shù)據(jù)包經(jīng)過(guò) postrouting 和鏈路層處理后，到達(dá) RS 服務(wù)器，此時(shí)的數(shù)據(jù)包源 IP 是 CIP，目的 IP 是 RIP。

⑤到達(dá) RS 服務(wù)器的數(shù)據(jù)包經(jīng)過(guò)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層檢查后，被送往用戶空間 nginx 程序。

nginx 程序處理完畢，發(fā)送響應(yīng)數(shù)據(jù)包，由于 RS 上默認(rèn)網(wǎng)關(guān)配置為 lvs 設(shè)備 IP，所以 nginx 服務(wù)器會(huì)將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)至下一跳，也就是 lvs 服務(wù)器。此時(shí)數(shù)據(jù)包源 IP 是 RIP，目的 IP 是 CIP。

⑥lvs 服務(wù)器收到 RS 響應(yīng)數(shù)據(jù)包后，根據(jù)路由查找，發(fā)現(xiàn)目的 IP 不是本機(jī) IP，且 lvs 服務(wù)器開(kāi)啟了轉(zhuǎn)發(fā)模式，所以將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)給 forward 鏈，此時(shí)數(shù)據(jù)包未作修改。

⑦lvs 收到響應(yīng)數(shù)據(jù)包后，根據(jù)目的 IP 和目的 port 查找服務(wù)和連接表，將源 IP 改為 VIP，通過(guò)路由查找，確定下一跳和出口信息，將數(shù)據(jù)包發(fā)送至網(wǎng)關(guān)，經(jīng)過(guò)復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)到達(dá)用戶客戶端，最終完成了一次請(qǐng)求和響應(yīng)的交互。

NAT 模式雙向流量都經(jīng)過(guò) LVS，因此 NAT 模式性能會(huì)存在一定的瓶頸。不過(guò)與其它模式區(qū)別的是，NAT 支持端口映射，且支持 windows 操作系統(tǒng)。

優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)與使用場(chǎng)景

NAT 模式優(yōu)點(diǎn)：

• 能夠支持 windows 操作系統(tǒng)。
• 支持端口映射。如果 rs 端口與 vport 不一致，lvs 除了修改目的 IP，也會(huì)修改 dport 以支持端口映射。

NAT 模式缺點(diǎn)：

• 后端 RS 需要配置網(wǎng)關(guān)
• 雙向流量對(duì) lvs 負(fù)載壓力比較大

NAT 模式的使用場(chǎng)景：如果你是 windows 系統(tǒng)，使用 lvs 的話，則必須選擇 NAT 模式了。

Tunnel 模式實(shí)現(xiàn)原理

Tunnel 模式在國(guó)內(nèi)使用的比較少，不過(guò)據(jù)說(shuō)騰訊使用了大量的 Tunnel 模式。

它也是一種單臂的模式，只有請(qǐng)求數(shù)據(jù)會(huì)經(jīng)過(guò) lvs，響應(yīng)數(shù)據(jù)直接從后端服務(wù)器發(fā)送給客戶端，性能也很強(qiáng)大，同時(shí)支持跨機(jī)房。

下邊繼續(xù)看圖分析原理：

實(shí)現(xiàn)原理與過(guò)程 

①用戶請(qǐng)求數(shù)據(jù)包經(jīng)過(guò)多層網(wǎng)絡(luò)，到達(dá) lvs 網(wǎng)卡，此時(shí)數(shù)據(jù)包源 IP 是 cip，目的 ip 是 vip。

②經(jīng)過(guò)網(wǎng)卡進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)層 prerouting 位置，根據(jù)目的 ip 查找路由，確認(rèn)是本機(jī) ip，將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到 input 鏈上，到達(dá) lvs，此時(shí)源、目的 ip 都未發(fā)生變化。

③到達(dá) lvs 后，通過(guò)目的 ip 和目的 port 查找是否為 IPVS 服務(wù)。

若是 IPVS 服務(wù)，則會(huì)選擇一個(gè) rs 作為后端服務(wù)器，以 rip 為目的 ip 查找路由信息，確定下一跳、dev 等信息，然后 IP 頭部前邊額外增加了一個(gè) IP 頭(以 dip 為源，rip 為目的 ip)，將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)至 output 上。

④數(shù)據(jù)包根據(jù)路由信息經(jīng)最終經(jīng)過(guò) lvs 網(wǎng)卡，發(fā)送至路由器網(wǎng)關(guān)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)到達(dá)后端服務(wù)器。

⑤后端服務(wù)器收到數(shù)據(jù)包后，ipip 模塊將 Tunnel 頭部卸載，正常看到的源 ip 是 cip，目的 ip 是 vip，由于在 tunl0 上配置 vip，路由查找后判定為本機(jī) ip，送往應(yīng)用程序。

應(yīng)用程序 nginx 正常響應(yīng)數(shù)據(jù)后以 vip 為源 ip，cip 為目的 ip 數(shù)據(jù)包發(fā)送出網(wǎng)卡，最終到達(dá)客戶端。

Tunnel 模式具備 DR 模式的高性能，又支持跨機(jī)房訪問(wèn)，聽(tīng)起來(lái)比較完美。

不過(guò)國(guó)內(nèi)運(yùn)營(yíng)商有一定特色性，比如 RS 的響應(yīng)數(shù)據(jù)包的源 IP 為 VIP，VIP 與后端服務(wù)器有可能存在跨運(yùn)營(yíng)商的情況，很有可能被運(yùn)營(yíng)商的策略封掉。

Tunnel 在生產(chǎn)環(huán)境確實(shí)沒(méi)有使用過(guò)，在國(guó)內(nèi)推行 Tunnel 可能會(huì)有一定的難度吧。

優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)與使用場(chǎng)景

Tunnel 模式的優(yōu)點(diǎn)：

• 單臂模式，對(duì) lvs 負(fù)載壓力小
• 對(duì)數(shù)據(jù)包修改較小，信息保存完整
• 可跨機(jī)房(不過(guò)在國(guó)內(nèi)實(shí)現(xiàn)有難度)

Tunnel 模式的缺點(diǎn)：

• 需要在后端服務(wù)器安裝配置 ipip 模塊
• 需要在后端服務(wù)器 tunl0 配置 vip
• 隧道頭部的加入可能導(dǎo)致分片，影響服務(wù)器性能
• 隧道頭部 IP 地址固定，后端服務(wù)器網(wǎng)卡 hash 可能不均
• 不支持端口映射

Tunnel 模式的使用場(chǎng)景：理論上，如果對(duì)轉(zhuǎn)發(fā)性能要求較高，且有跨機(jī)房需求，Tunnel 可能是較好的選擇。

到此為止，已經(jīng)將 LVS 原理講清楚了，內(nèi)容比較多，建議多看兩遍，由于文章篇幅太長(zhǎng)，實(shí)踐操作的內(nèi)容就放到下篇文章再來(lái)講好了。

作者：肖邦

編輯：陶家龍

出處：轉(zhuǎn)載自公眾號(hào)編程修養(yǎng)(ID：chopin11vip)