云计算学习之路——LVS负载均衡_云计算中的负载均衡技术有哪些

LVS

一、 负载均衡集群介绍

1、集群是什么？

集群技术是一种较新的技术，可以在付出较低成本的情况下获得在性能、可靠性、灵活性等方面的相对较高的收益，其任务调度则是集群系统中的核心技术。

集群组成后，可以利用多个计算机和组合进行海量请求的处理（负载均衡），从而获得很高的处理效率，也可以用多个计算机做备份（高可用），使得任意一个机器坏了整个系统仍然能够正常运行。

2、负载均衡集群技术

负载均衡（Load Balance）：负载均衡集群为企业需求提供了可解决容量问题的有效方案。负载均衡集群使负载可以在计算机集群中尽可能平均分摊处理。

负载通常包括应用程序处理负载和网络流量负载，每个节点都可以承担一定的处理负载，并且使用不同负载均衡算法可以实现处理负载在节点之间的动态分配，以实现负载均衡。

3、负载均衡集群技术实现方式和产品

负载均衡技术类型：4层负载均衡技术和7层负载均衡技术
负载均衡实现方式：硬件负载均衡设备或软件负载均衡
硬件负载均衡产品：F5、深信服、Redware
软件负载均衡产品：LVS(Linux Virtual Server)、Haproxy、Nginx、Ats(Apache traffic server)

4、负载均衡实现效果图

5、负载均衡分类

1、二层负载均衡（mac）：
一般是用虚拟mac地址方式，外部对虚拟mac地址请求，负载均衡器接收后分配后端实际的mac地址。
2、三层负载均衡（ip）：
一半采用虚拟ip地址方式，外部请求虚拟ip地址,负载均衡接收后分配后段实际的ip地址。
3、四层负载均衡（tcp）：
在三层负载均衡的基础上，用ip+port接受请求，再转发到对应的机器上，是局域IP和端口的负载均衡。
实现四层负载均衡的产品有：
F5：硬件负载均衡器，功能很好，但成本高。
LVS：重量级的私藏负载均衡软件
nginx：轻量级的四层负载均衡软件，带有缓存功能，正则表达式灵活。
haproxy：模拟四层转发，较灵活。
4、七层负载均衡（http）
根据虚拟的url，ip或主机名接受请求，再转向相应的处理服务器。七层的负载均衡是基于虚拟的URL或主机IP的负载均衡，它在四层负载均衡的基础上（没有四层绝对不可能有七层），再考虑应用层的特征，比如同一个web服务器的负载均衡，除了根据VIP+80端口辨别是否需要处理的流量，还可根据七层的URL，浏览器类别来决定是否要进行负载均衡。
实现七层负载均衡的软件有：
haproxy：天生的负载均衡技能，全面支持七层代理，会话保持，标记吗，路径转移；
nginx：只在http协议和mail协议上功能比较好，性能和haproxy差不多。

6、四层负载均衡与七层负载均衡的区别

总结：从上面的对比看来四层负载与七层负载最大的区别就是效率与功能的区别。四层负载架构设计比较简单，无需解析具体的消息内容，在网络吞吐量及处理能力上会相对比较高，而七层负载均衡的优势则体现在功能多，控制灵活强大。在具体业务架构设计时，使用七层负载或者四层负载还得根据具体的情况综合考虑

二、LVS介绍

1、LVS简介
LVS 是Linux Virtual Server的简称，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，它的官方站点是www.linuxvirtualserver.org。现在LVS已经是 Linux标准内核的一部分，因此性能较高，实现负载均衡的功能是由Linux操作系统内核完成的。

LVS软件作用：通过LVS提供的负载均衡技术和Linux操作系统实现一个高性能、高可用的服务器群集，它具有良好可靠性、可扩展性和可操作性。从而以低廉的成本实现最优的服务性能。

2、LVS的优点与不足
优点：
高并发连接：LVS基于内核网络层面工作，有超强的承载能力和并发处理能力。单台LVS负载均衡器课支持上万并发连接。
稳定性强：LVS是工作在网路四层之上做分发之用，这个特点也决定了它在负载均衡软件里的性能最强，稳定性最好，对内存和CPU资源消耗极低。
成本低廉：硬件负载均衡器价钱少则十几万，多则几十万上百万，LVS只需一台服务器就能免费部署使用，性价比极高。
配置简单：LVS配置非常简单，仅需几行命令即可完成配置，也可写成脚本进行管理。
支持多种算法：支持多种论调算法，可根据业务场景灵活调配进行使用
支持多种工作模型：可根据业务场景，使用不同的工作模式来解决生产环境请求处理问题。
应用范围广：因为LVS工作在4层，所以它几乎可以对所有应用做负载均衡，包括http、数据库、DNS、ftp服务等等
不足
工作在4层，不支持7层规则修改，机制过于庞大，不适合小规模应用。

3、LVS的组成

LVS 由2部分程序组成，包括 ipvs 和 ipvsadm。

1)ipvs(ip virtual server)：一段工作于内核空间的代码程序，是真正生效实现调度的代码，可根据用户定义的集群实现转发请求。

2)ipvsadm：用户空间的命令行工具，用于管理集群服务和集群服务上的Rs(Real Server)。

4、LVS专业术语
VS：Virtual Server #虚拟服务
RS： Real Server #后端真实的请求处理服务器
CIP：Client IP #客户端IP
VIP：Virtual IP #虚拟IP地址，公布给用户访问的IP地址
DIP： Director Server IP #主要用于和内部主机通讯的IP地址。
RIP： Real Server IP # 后端真实的请求处理服务器的IP地址

三、LVS工作模式

1、LVS负载均衡的四种工作模式

LVS/NAT：网络地址转换模式，进站/出站的数据流量经过分发器(IP负载均衡，他修改的是IP地址) --利用三层功能
LVS/DR：直接路由模式，只有进站的数据流量经过分发器(数据链路层负载均衡，因为他修改的是目的mac地址)–利用二层功能mac地址
LVS/TUN：隧道模式，只有进站的数据流量经过分发器
LVS/full-nat：双向转换:通过请求报文的源地址为DIP，目标为RIP来实现转发：对于响应报文而言，修改源地址为VIP，目标地址为CIP来实现转发

2、四种工作模式的原理、优缺点

1）NAT模式：
原理：就是把客户端发来的数据包的IP头的目的地址&#