LVS NAT/TUN/DR三种模式比较

LVS共有三种模式，优缺点比较如下：

NAT模式
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。
不足：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。

TUN模式
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Virtual Server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。

DR模式
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：Linux 2.0.36、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

NAT模式
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。
不足：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。

TUN模式
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Virtual Server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。

DR模式
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：Linux 2.0.36、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

Ipvsadm命令的用法

管理集群服务：ipvsadm -A|E -t|u|f service-address [-s scheduler]

     -A：添加集群服务

     -E：修改集群服务

    -t：承载的应用层协议为基于TCP协议提供服务的协议；其server-address的格式为“VIP：PORT”，如“172.16.4.100:80”；

    -u：承载的应用层协议为基于UDP协议提供服务的协议；其server-address的格式为“VIP：PORT”，如“172.16.4.100:53”；

    -f：承载的应用层协议为基于TCP或UDP协议提供服务的协议，但此类报文会经由iptables/netfilter打标记，即防火墙标记，其server-address的格式为“FWM”，例如“10”；

     -sscheduler：指明调度方法，默认为wlc；

     删除：ipvsadm –D –t|u|f server-address

管理集群服务的RS:ipvsadm -a|e -t|u|f service-address-r server-address [-g|i|m] [-w weight]

   添加或修改：

      -r server-address:指明RS，server-address格式一般为“IP[:PORT:]”：注意，只支持端口映射的lvs类型才应该显示定义此处端口。

      [-g|i|m]:指明lvs类型

         -g：dr类型

         -i：tun类型

         -m：nat类型

      [-w weight]：当前RS的权重；

           注意：仅对于支持加权调度的scheduler，权重才有意义；

   删除：

       ipvsadm -d -t|u|f service-address -r server-address

清空所有集群服务的定义：

    ipvsadm –c

保存及恢复集群服务及RS的定义：

    ipvsadm -S > /etc/sysconfig/ipvsadm

    ipvsadm-save > /etc/sysconfig/ipvsadm

    service ipvsadm save

    ipvsadm -R < /etc/sysconfig/ipvsadm

    ipvsadm-restore < /etc/sysconfig/ipvsadm

    service ipvsadm restart

查看规则：ipvsadm-L|l [options]

-c:列出当前所有connection；

[root@LVS ~]# ipvsadm -L -c
IPVS connection entries
pro expire state       source             virtual            destination
TCP 00:54 SYN_RECV    172.16.0.101:57660172.16.4.1:http    172.16.4.101:http

输出说明：

pro:使用的协议

expire:连接过期时间

state:连接状态

source:客户端地址

virtual:vip地址

destination:响应客户端的RS服务器地址

 --stats:列出统计数据：

[root@LVS ~]# ipvsadm -L --stats
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port               Conns   InPkts OutPkts  InBytes OutBytes
  ->RemoteAddress:Port
TCP 172.16.4.1:http                   22      104        0   11448        0
  ->172.16.4.101:http                 11       51        0    5764        0
  ->172.16.4.102:http                 11       53        0    5684        0

输出说明：

Conns：连接数

InPkts:入站报文 

OutPkts: 出战响应

InBytes:入站字节数

OutBytes:出战字节数

说明：如果地址是vip地址，则是总数；如果是RS地址，则是direction分配给vip的数据。

--rate: 列出速率

[root@LVS ~]# ipvsadm -L --rate
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port                 CPS    InPPS  OutPPS    InBPS   OutBPS
  ->RemoteAddress:Port
TCP 172.16.4.1:http                    0        0        0       0        0
  ->172.16.4.101:http                  0        0        0       0        0
  ->172.16.4.102:http                  0        0        0       0        0

输出说明：

CPS：每秒钟连接数   

InPPS：每秒钟入站报文数  

OutPPS：每秒钟出战报文数   

InBPS：每秒钟入站字节大小  

OutBPS：每秒钟出战字节大小

-n, --numeric: 数字格式显示IP及端口；

[root@LVS ~]# ipvsadm -L -n
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
  ->RemoteAddress:Port           ForwardWeight ActiveConn InActConn
TCP 172.16.4.1:80 rr
  ->172.16.4.101:80              Route   1     0          0
  ->172.16.4.102:80              Route   2     0          0

输出说明：

Weight：权重

ActiveConn：活动连接

InActConn：非活动连接

--exact: 精确值；

 [root@LVS~]# ipvsadm -L --exact
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
  ->RemoteAddress:Port           ForwardWeight ActiveConn InActConn
TCP 172.16.4.1:http rr
  ->172.16.4.101:http            Route   1     0          1
  ->172.16.4.102:http            Route   2     0          0

清空计数器：及速率统计和连接信息等都会为0

    ipvsadm-Z [-t|u|f service-address]

配置LVS-NAT

配置拓扑：

拓扑说明：

	主机名	系统环境	IP地址
调度器	LVS	Centos6.6 64位	外网：eth0 172.16.4.100 内网：eth1 192.168.1.1
WEB-01	WEB-01		内网：eth0 192.168.1.10
WEB-02	WEB-02		内网：eth0 192.168.1.11

配置以前注意事项说明：

1、RS的网关必须指向Director

2、director需要开启路由转发功能

后端web服务器配置

WEB-01和WEB-02最好准备不同的页面，一遍测试负载均衡效果。

[root@WEB-01 ~]# echo "WEB-01" > /var/www/html/index.html
[root@WEB-01 ~]# service httpd start
[root@WEB-02 ~]# echo "WEB-02" >/var/www/html/index.html
[root@WEB-02 ~]# service httpd start

确保调度器可以访问web测试

[root@LVS ~]# curl 192.168.1.10
WEB-01
[root@LVS ~]# curl 192.168.1.11
WEB-02

调度器配置

启动路由转发功能

[root@LVS~]# vim /etc/sysctl.conf
net.ipv4.ip_forward= 1
[root@LVS~]# sysctl –p
net.ipv4.ip_forward= 1   #出现此选项说明转发功能开启成功

设置ipvsadm策略

[root@LVS ~]# ipvsadm -A -t 172.16.4.100:80 -s rr
[root@LVS ~]# ipvsadm -a -t 172.16.4.100:80 -r 192.168.1.10-m -w 1
[root@LVS ~]# ipvsadm -a -t 172.16.4.100:80 -r 192.168.1.11 -m -w 1

验证集群：访问为结果web-01，刷新出现web-02，说明实现了负载均衡功能

查看ipvsadm也出现了连接

[root@LVS ~]# ipvsadm -L -n
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
  ->RemoteAddress:Port           ForwardWeight ActiveConn InActConn
TCP 172.16.4.100:80 rr
  ->192.168.1.10:80              Masq    1     0          1
  ->192.168.1.11:80              Masq    1     0          1

配置LVS-DR

环境拓扑：

环境描述：

	主机名	系统环境	IP地址
调度器	LVS	Centos6.6 64位	外网：eth0 172.16.4.100 VIP： eth0:0  172.16.4.1
WEB-01	WEB-01		外网：eth0 172.16.4.101 VIP： eth0:0  172.16.4.1
WEB-02	WEB-02		外网：eth0 172.16.4.102 VIP： eth0:0  172.16.4.1

后端web服务器配置

说明：WEB-01和WEB-02除了网页内容不一样（生产环境网页内容必须一样）之外，其他的都一样。

WEB-01配置

设置web页面

[root@WEB-01 ~]# echo "WEB-01" >/var/www/html/index.html
[root@WEB-01 ~]# service httpd start

设置内核参数，抑制ARP

[root@WEB-01 ~]# echo "1" >/proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_ignore
[root@WEB-01 ~]# echo "2">/proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_announce
[root@WEB-01 ~]# echo "1">/proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_ignore
[root@WEB-01 ~]# echo "2">/proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_announce

设置vip地址

[root@WEB-01 ~]# ifconfig lo:0 172.16.4.1 broadcast172.16.4.1 netmask 255.255.255.255 up
[root@WEB-01 ~]# ifconfig | grep 172.16.4.1
         inet addr:172.16.4.101 Bcast:172.16.255.255 Mask:255.255.0.0
         inet addr:172.16.4.1 Mask:255.255.255.255

设置路由

[root@WEB-01 ~]# route add -host 172.16.4.1 dev lo:0

WEB-02配置

设置web页面

[root@WEB-02 ~]# echo "WEB-02" >/var/www/html/index.html
[root@WEB-02 ~]# service httpd start

设置内核参数

[root@WEB-02 ~]# echo "1">/proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_ignore
[root@WEB-02 ~]# echo "2">/proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_announce
[root@WEB-02 ~]# echo "1">/proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_ignore
[root@WEB-02 ~]# echo "2">/proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_announce

设置VIP

[root@WEB-02 ~]# ifconfig lo:0 172.16.4.1 broadcast172.16.4.1 netmask 255.255.255.255 up
 ifconfig |grep 172.16.4.1
[root@WEB-02 ~]# ifconfig | grep 172.16.4.1
         inet addr:172.16.4.102 Bcast:172.16.255.255 Mask:255.255.0.0
         inet addr:172.16.4.1 Mask:255.255.255.255

设置路由

[root@WEB-02 ~]# route add -host 172.16.4.1 dev lo:0

调度器设置

确保lvs可以访问后端web服务器

[root@LVS ~]# curl 172.16.4.101
WEB-01
[root@LVS ~]# curl 172.16.4.102
WEB-02

设置vip地址

[root@LVS ~]# ifconfig eth0:0 172.16.4.1 netmask255.255.255.255 up
ifconfig | grep 172.16.4.1
[root@LVS ~]# ifconfig | grep 172.16.4.1
         inet addr:172.16.4.100 Bcast:172.16.255.255 Mask:255.255.0.0
         inet addr:172.16.4.1 Bcast:172.16.4.1 Mask:255.255.255.255

配置负载均衡策略

[root@LVS ~]# ipvsadm -A -t 172.16.4.1:80 -s rr
[root@LVS ~]# ipvsadm -a -t 172.16.4.1:80 -r172.16.4.10 -g -w 1
[root@LVS ~]# ipvsadm -a -t 172.16.4.1:80 -r172.16.4.11 -g -w 1

客户端访问验证，持续刷新如果出现轮训效果说明配置成功

特殊情况：httpd启用长连接时的lvs轮询

httpd启动长连接的方式。

KeepAlive ON
MaxKeepAliveRequests 100
KeepAliveTimeout 15

启动之后，客户端请求通过lvs调度到后端的RS服务器，会始终调度到一个页面，直到长连接结束，rr的调度算法在这种情况下是不会实现轮训的。

使用脚本配置LVS-DR

Direction使用的脚本

#!/bin/bash
#
vip=172.16.4.1
rip=('172.16.4.101' '172.16.4.102')
weight=('1' '1')
port=80
scheduler=rr
ipvstype='-g'

rpm -q ipvsadm >> /dev/null
if [ $? != 0 ];then
   echo"please install ipvsadm"
   exit 1
fi

case $1 in
start)
  iptables -F-t filter
  ipvsadm -C

  ifconfigeth0:0 $vip broadcast $vip netmask 255.255.255.255 up
  route add-host $vip dev eth0:0

  ipvsadm -A-t $vip:$port -s $scheduler
  [ $? -eq 0] && echo "ipvs service $vip:$port added."  || exit 2

  for i in`seq 0 $[${#rip[@]}-1]`; do
     ipvsadm-a -t $vip:$port -r ${rip[$i]} $ipvstype -w ${weight[$i]}
     [ $? -eq0 ] && echo "RS ${rip[$i]} added."
  done

  touch/var/lock/subsys/ipvs
;;

stop)
  ipvsadm -C
  ifconfigeth0:0 down
  rm -f /var/lock/subsys/ipvs
  echo"ipvs stopped."
;;

status)
  if [ -f/var/lock/subsys/ipvs ]; then
        echo"ipvs is running."
       ipvsadm -L -n
  else
        echo"ipvs is stopped."
  fi
;;

*)
  echo"Usage: `basename $0` {start|stop|status}"
  exit 3
;;
esac

RS使用的脚本

#!/bin/bash
#
vip=172.16.4.1
interface="lo:0"

case $1 in
start)
   echo 1> /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_ignore
   echo 1> /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_ignore
   echo 2> /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_announce
   echo 2> /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_announce

   ifconfig$interface $vip broadcast $vip netmask 255.255.255.255 up
   route add-host $vip dev $interface
;;

stop)
  echo 0 >/proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_ignore
  echo 0 >/proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_ignore
  echo 0 >/proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_announce
  echo 0 >/proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_announce

  ifconfig$interface down
;;

status)
  if ifconfiglo:0 |grep $vip &> /dev/null; then
        echo"ipvs is running."
  else
        echo"ipvs is stopped."
  fi
;;

*)

  echo"Usage: `basename $0` {start|stop|status}"
  exit 1
esac