LVS负载均衡：原理、安装和配置指南

2023-12-24 09:27:24

在分布式系统中，负载均衡技术对于确保高可用性、可扩展性和故障切换至关重要。LVS（Linux Virtual Server）是一个高级负载均衡解决方案，在Linux系统上广泛使用。本文深入探讨LVS的原理、安装和配置，为系统管理员提供分步指南，以优化其基础设施的性能和可靠性。

LVS基本原理

LVS是一层（OSI）网络负载均衡器，将客户端请求分发到后端服务器池。它使用各种调度算法根据特定标准（如最少连接数、加权轮询、源IP地址哈希）选择服务器。LVS的核心组件包括：

调度器（scheduler）： 接收客户端请求并决定将请求分发到哪个后端服务器。
转发器（forwarder）： 将调度器选择的服务器上的请求转发到后端服务器。

LVS种类

LVS有三种基本类型：

NAT（网络地址转换）： 修改客户端IP地址和端口号，使其看起来像是直接连接到后端服务器。
DR（直接路由）： 修改数据包的目标MAC地址，以将请求直接发送到后端服务器。
Tun（隧道）： 在LVS和后端服务器之间创建虚拟网络隧道，在隧道内封装和解封装数据包。

LVS工作模式

LVS支持四种工作模式：

负载均衡： 将请求均匀分发到后端服务器。
故障切换： 在主服务器故障时将请求自动转移到备份服务器。
透明代理： 作为客户端和后端服务器之间的代理，对请求进行修改或过滤。
请求转发： 将请求转发到特定后端服务器，而无需更改IP地址或MAC地址。

安装和配置LVS

在CentOS/RHEL系统上安装LVS：

yum install ldirectord lvs-dr LVS-NAT

在Ubuntu/Debian系统上安装LVS：

apt-get install ldirectord lvs-dr lvs-nat

配置LVS：

创建虚拟服务： 定义前端IP地址、端口和调度算法。
添加后端服务器： 指定后端服务器的IP地址、端口和权重。
定义调度器： 选择要使用的调度算法。
定义转发器： 指定虚拟服务和后端服务器之间的转发规则。

配置LVS NAT模式

# 创建虚拟服务
ipvsadm -A -t VIP -s rr
# 添加后端服务器
ipvsadm -a -t VIP -r RS1 -p 80
# 定义调度器
ipvsadm -e
# 定义转发器
iptables -t nat -A PREROUTING -d VIP -p tcp --dport 80 -j DNAT --to RS1:80

配置LVS DR模式

# 创建虚拟服务
ipvsadm -A -t VIP -s rr
# 添加后端服务器
ipvsadm -a -t VIP -r RS1 -p 80 -g RS1_GW
# 定义调度器
ipvsadm -e
# 定义转发器
ip rule add fwmark 1 table 100
ip route add default via RS1_GW dev eth0 table 100
iptables -t mangle -A PREROUTING -d VIP -p tcp --dport 80 -j MARK --set-mark 1

配置LVS Tun模式

# 创建虚拟服务
ipvsadm -A -t VIP -s rr
# 添加后端服务器
ipvsadm -a -t VIP -r RS1 -p 80 -g TUN_IF
# 定义调度器
ipvsadm -e
# 定义转发器
ip link add TUN_IF type tun
ip addr add TUN_IP dev TUN_IF
ip route add default via TUN_IP dev TUN_IF
ip rule add fwmark 1 table 100
ip route add default via RS1_GW dev eth0 table 100
iptables -t mangle -A PREROUTING -d VIP -p tcp --dport 80 -j MARK --set-mark 1