LVS系列—负载均衡之工作原理说明（NAT模式）

时间：2021-01-19 03:11:55

LVS-NAT模式：NAT用法本来是因为网络IP地址不足而把内部保留IP地址通过映射转换成公网地址的一种上网方式(源地址NAT)。如果把NAT的过程稍微变化，就可以 成为负载均衡的一种方式。原理其实就是把从客户端发来的IP包的IP头目的地址在DIR上换成其中一台REALSERVER的IP地址并发至此 REALSERVER，而REALSERVER则在处理完成后把数据经过DIR主机发回给客户端，DIR在这个时候再把数据包的源IP地址改为DIR接口上的IP地址即可。期间，无论是进来的流量，还是出去的流量,都必须经过DIR。

如下为LVS/NAT模式的示意说明图

LVS系列—负载均衡之工作原理说明（NAT模式）

CIP：192.168.10.13/24
VIP：192.168.10.100/24
DIR：eth0:192.168.1.100/24 eth1:192.168.10.100/24
Real-server：192.168.1.10/24、192.168.1.11/24和192.168.1.12/24（提供http服务）

整个请求过程示意：

  1. client发送request到LVS的VIP上，VIP根据负载算法选择一个Real-server，并记录连接信息到hash表中，然后修改client的request的目的IP地址为Real-server的地址，将请求发给Real-server；
  2. Real-server收到request包后，发现目的IP是自己的IP，于是处理请求，然后发送reply给LVS；
  3. LVS收到reply包后，修改reply包的的源地址为VIP，发送给client；
  4. 从client来的属于本次连接的包，查hash表，然后发给对应的Real-server；
  5. 当client发送完毕，此次连接结束或者连接超时，那么LVS自动从hash表中删除此条记录。

以下为数据的封装过程：

① client向目标vip发出请求，DIR接收。此时IP包头及数据帧头信息如下：

src ip src port dst ip dst port
192.168.10.13 10011 192.168.10.100 80


② DIR根据负载均衡算法选择一台active的RS（RIP1），将此RIP1所在网卡的IP地址作为目标IP地址，并记录到hash表中，DIR讲请求包发送到局域网里。此时IP包头及数据帧头信息如下：

src ip src port dst ip dst port
192.168.10.13 10011 192.168.1.10 80


③ RIP1(192.168.1.10)在局域网中收到这个包，拆开后发现目标IP与本地接口IP匹配，于是处理这个报文。随后重新封装报文，发送到局域网。此时IP包头及数据帧头信息如下：

src ip src port dst ip dst port
192.168.1.10 80 192.168.10.13 10011


④ LVS(192.168.1.10)收到后端的RIP的reply包，利用SANT重新封装IP包首部将源IP修改为VIP，再发送给客户端，此时IP包头信息如下:

src ip src port dst ip dst port
192.168.10.100 80 192.168.10.13 10011


LVS-NAT模式主要是将客户端发送过来的包目标地址更改为后端RIP的IP，主要把三层的信息做了更改，其他都不变，此配置下后端RIP不需要做任何配置，但必须保证RIP的网关必须为与RIP相连的DIR接口IP，因为LVS-NAT主要用到DNAT和SNAT原理。

LVS负载均衡模式—NAT模式特点：

  1. RS和DIP属于同一IP网络中网卡应该使用私网地址，且RS的网关要指向DIP；
  2. 请求和响应报文都要经由director转发；极高负载的场景中，director可能会成为系统瓶颈；
  3. 支持端口映射；
  4. RS可以使用任意操作系统（OS）；
  5. DIR需要两块网卡（属于典型的lan/wan）RIP和Director的必须有一块网卡在同一IP网络；
  6. VIP需要配置在DIR接受客户端请求网卡上，且直接对外提供服务。

优点：实现方便简单，也容易理解；

缺点：Director会称为一个优化的瓶颈，所有的报文都要经过Director，因此，负载后端RS的台数在10-20台左右，服务器性能而定，如果Director坏掉，后果很严重，不支持异地容灾；
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