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Linux-负载均衡

LVS三种模式的工作过程

LVS 有三种负载均衡的模式,分别是VS/NAT(nat 模式) VS/DR(路由模式) VS/TUN(隧道模式)

一、NAT模式(VS-NAT)

原理:就是把客户端发来的数据包的IP头的目的地址,在负载均衡器上换成其中一台RS的IP地址
并发至此RS来处理,RS处理完后把数据交给负载均衡器,负载均衡器再把数据包原IP地址改为自己的IP
将目的地址改为客户端IP地址即可期间,无论是进来的流量,还是出去的流量,都必须经过负载均衡器
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,只有负载均衡器需要一个合法的IP地址
缺点:扩展性有限。当服务器节点(普通PC服务器)增长过多时,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的流向都经过负载均衡器。当服务器节点过多时
大量的数据包都交汇在负载均衡器那,速度就会变慢!

二、IP隧道模式(VS-TUN)

原理:首先要知道,互联网上的大多Internet服务的请求包很短小,而应答包通常很大
那么隧道模式就是,把客户端发来的数据包,封装一个新的IP头标记(仅目的IP)发给RS
RS收到后,先把数据包的头解开,还原数据包,处理后,直接返回给客户端,不需要再经过
负载均衡器。注意,由于RS需要对负载均衡器发过来的数据包进行还原,所以说必须支持
IPTUNNEL协议,所以,在RS的内核中,必须编译支持IPTUNNEL这个选项
优点:负载均衡器只负责将请求包分发给后端节点服务器,而RS将应答包直接发给用户
所以,减少了负载均衡器的大量数据流动,负载均衡器不再是系统的瓶颈,就能处理很巨大的请求量
这种方式,一台负载均衡器能够为很多RS进行分发。而且跑在公网上就能进行不同地域的分发。
缺点:隧道模式的RS节点需要合法IP,这种方式需要所有的服务器支持”IP Tunneling”
(IP Encapsulation)协议,服务器可能只局限在部分Linux系统上

三、直接路由模式(VS-DR)

原理:负载均衡器和RS都使用同一个IP对外服务但只有DR对ARP请求进行响应
所有RS对本身这个IP的ARP请求保持静默也就是说,网关会把对这个服务IP的请求全部定向给DR
而DR收到数据包后根据调度算法,找出对应的RS,把目的MAC地址改为RS的MAC(因为IP一致)
并将请求分发给这台RS这时RS收到这个数据包,处理完成之后,由于IP一致,可以直接将数据返给客户
则等于直接从客户端收到这个数据包无异,处理后直接返回给客户端
由于负载均衡器要对二层包头进行改换,所以负载均衡器和RS之间必须在一个广播域
也可以简单的理解为在同一台交换机上
优点:和TUN(隧道模式)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。
缺点:(不能说缺点,只能说是不足)要求负载均衡器的网卡必须与物理网卡在一个物理段上。

lvs/nginx/haproxy优缺点

Nginx的优点是:
1、工作在网络的7层之上,可以针对http应用做一些分流的策略,比如针对域名、目录结构,它的正则规则比HAProxy更为强大和灵活,这也是它目前广泛流行的主要原因之一,Nginx单凭这点可利用的场合就远多于LVS了。

2、Nginx对网络稳定性的依赖非常小,理论上能ping通就就能进行负载功能,这个也是它的优势之一,相反LVS对网络稳定性依赖比较大,这点本人深有体会;

3、Nginx安装和配置比较简单,测试起来比较方便,它基本能把错误用日志打印出来,LVS的配置、测试就要花比较长的时间了,LVS对网络依赖比较大。

4、可以承担高负载压力且稳定,在硬件不差的情况下一般能支撑几万次的并发量,负载度比LVS相对小些。

5、Nginx可以通过端口检测到服务器内部的故障,比如根据服务器处理网页返回的状态码、超时等等,并且会把返回错误的请求重新提交到另一个节点,不过其中缺点就是不支持url来检测。比如用户正在上传一个文件,而处理该上传的节点刚好在上传过程中出现故障,Nginx会把上传切到另一台服务器重新处理,而LVS就直接断掉了,如果是上传一个很大的文件或者很重要的文件的话,用户可能会因此而不满。

6、Nginx不仅仅是一款优秀的负载均衡器/反向代理软件,它同时也是功能强大的Web应用服务器,LNMP也是近几年非常流行的web架构,在高流量的环境中稳定性也很好。

7、Nginx现在作为Web反向加速缓存越来越成熟了,速度比传统的Squid服务器更快,可考虑用其作为反向代理加速器

8、Nginx可作为中层反向代理使用,这一层面Nginx基本上无对手,唯一可以对比Nginx的就只有lighttpd了,不过lighttpd目前还没有做到Nginx完全的功能,配置也不那么清晰易读,社区资料也远远没Nginx活跃

9、Nginx也可作为静态网页和图片服务器,这方面的性能也无对手。还有Nginx社区非常活跃,第三方模块也很多

Nginx的缺点是:

1、Nginx仅能支持http、https和Email协议,这样就在适用范围上面小些,这个是它的缺点
2、对后端服务器的健康检查,只支持通过端口来检测,不支持通过url来检测
不支持Session的直接保持,但能通过ip_hash来解决

LVS:使用Linux内核集群实现一个高性能、高可用的负载均衡服务器,它具有很好的可伸缩性(Scalability)、可靠性(Reliability)和可管理性(Manageability)

LVS的优点是:

1、抗负载能力强、是工作在网络4层之上仅作分发之用,没有流量的产生,这个特点也决定了它在负载均衡软件里的性能最强的,对内存和cpu资源消耗比较低

2、配置性比较低,这是一个缺点也是一个优点,因为没有可太多配置的东西,所以并不需要太多接触,大大减少了人为出错的几率

3、工作稳定,因为其本身抗负载能力很强,自身有完整的双机热备方案,如LVS+Keepalived,不过我们在项目实施中用得最多的还是LVS/DR+Keepalived

4、无流量,LVS只分发请求,而流量并不从它本身出去,这点保证了均衡器IO的性能不会收到大流量的影响。

5、应用范围较广,因为LVS工作在4层,所以它几乎可对所有应用做负载均衡,包括http、数据库、在线聊天室等

LVS的缺点是:

1、软件本身不支持正则表达式处理,不能做动静分离
而现在许多网站在这方面都有较强的需求,这个是Nginx/HAProxy+Keepalived的优势所在
2、如果是网站应用比较庞大的话,LVS/DR+Keepalived实施起来就比较复杂了,特别后面有Windows Server的机器的话,如果实施及配置还有维护过程就比较复杂了,相对而言,Nginx/HAProxy+Keepalived就简单多了。

HAProxy的特点是:

1、HAProxy也是支持虚拟主机的。

2、HAProxy的优点能够补充Nginx的一些缺点,比如支持Session的保持,Cookie的引导,同时支持通过获取指定的url来检测后端服务器的状态

3、HAProxy跟LVS类似,本身就只是一款负载均衡软件,单纯从效率上来讲HAProxy会比Nginx有更出色的负载均衡速度,在并发处理上也是优于Nginx的

4、HAProxy支持TCP协议的负载均衡转发,可以对MySQL读进行负载均衡,对后端的MySQL节点进行检测和负载均衡,大家可以用LVS+Keepalived对MySQL主从做负载均衡

5、HAProxy负载均衡策略非常多,HAProxy的负载均衡算法现在具体有如下8种:

①roundrobin,表示简单的轮询,这个不多说,这个是负载均衡基本都具备的;
② static-rr,表示根据权重,建议关注;
③leastconn,表示最少连接者先处理,建议关注;
④ source,表示根据请求源IP,这个跟Nginx的IP_hash机制类似
我们用其作为解决session问题的一种方法,建议关注;
⑤ri,表示根据请求的URI;
⑥rl_param,表示根据请求的URl参数’balance url_param’ requires an URL parameter name;
⑦hdr(name),表示根据HTTP请求头来锁定每一次HTTP请求;
⑧rdp-cookie(name),表示根据据cookie(name)来锁定并哈希每一次TCP请求。

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