LVS –负载均衡基础

一 负载均衡的五种解决方案

1 http重定向

HTTP重定向就是应用层的请求转发。用户的请求其实已经到了http重定向负载均衡服务器,服务器根据算法要求用户重定向,用户收到重定向请求后,再次请求真正的集群。

优点:简单

缺点:性能较差

2 DNS域名解析负载均衡

DNS域名解析负载均衡就是在用户请求DNS服务器,获取域名对应的IP地址时,DNS根据服务器直接给出负载均衡后的服务器IP。

优点:交给DNS,不用我们去维护负载均衡服务器

缺点:当一个服务器挂了,不能及时通知DNS,而且DNS负载均衡的控制权在域名服务商那里,网站无法做出更多的改善和更强大的管理

3 方向代理服务器

在用户的请求到达反向代理服务器时(已经到达网站机房),有反向代理服务器根据算法转发到具体的服务器。常用的有Apache、Nginx都可以充当方向代理服务器。

优点:部署简单

缺点:代理服务器可能成为性能瓶颈,特别是一次上传大文件

4 IP层负载均衡

在请求到达负载均衡器后,负载均衡器通过修改请求的IP地址,从而实现请求的转发,做的负载均衡。

优点:性能更好

缺点:负载均衡器的带宽成为瓶颈

5 数据链路层负载均衡

在请求到达负载均衡器后,负载均衡器通过修改请求的Mac地址,从而做到负载均衡,与IP负载均衡不一样的是,当请求访问完服务器后,直接返回给用户。而无需再经过负载均衡器。

二 集群调度算法

1.静态算法

只根据算法进行调度 而不考虑后端服务器的实际连接情况和负载情况

(1)rr 轮询调度算法

顾名思义,就是轮询分发请求

优点:实现简单

缺点:不考虑每台服务器的处理能力

(2) wrr 加权轮询调度算法

我们给每个服务器设置权值(weight),负载均衡调度器根据权值调度服务器,服务器被调用的次数跟权值成正比。

优点:考虑了服务器处理能力不同

缺点:

(3)sh 原地址散列

提取用户IP,根据散列函数得出一个key,再根据静态映射表,查处对应的value,既目标服务器IP。过目标机器负荷,则返回空。

(4) dh 目标地址散列(Destination Hash)

根据请求的目标IP地址,作为散列键(HashKey)从静态分配的散列表找出对应的服务器,若该服务器是可用的且未超载,将请求发送到该服务器,否则返回空。

2 动态算法

前端的调度器会根据后端真实服务器的实际连接情况来分配请求

(1)LC:最少链接(Least Connections)

优先把请求转发给连接数最少的服务器。

优点:使得集群中各个服务器负载更加均匀

(2)WLC:加权最少连接(默认采用的就是这种)(Weighted Least Connections)

在LC的基础上,为每台服务器加上权值,算法为:(活动连接数 * 256 + 非活动连接数)/ 权值。计算出来值小的服务器优先被选择。

优点:可根据服务器 的能力分配请求

(3)SED:最短延迟调度(Shortest Expected Delay )

在WLC基础上改进,Overhead = (ACTIVE+1)*256/加权,却别是不再考虑非活动状态,把当前处于活动状态的数目+1来实现,数目最小的,接受下次请求,+1的目的是为了考虑加权的时候,非活动连接过多缺陷:当权限过大的时候,会倒置空闲服务器一直处于无连接状态。算法为:(活动连接数 + 1 )* 256 / 权值,同样计算出来的值小的服务器优先被选择。

(4)NQ永不排队/最少队列调度(Never Queue Scheduling NQ)

改进的SED算法,就是某个服务器连接数为零时,均衡器直接把请求转发给它,无需经过SED的计算。

(5)LBLC:基于局部性的最少链接(locality-Based Least Connections)

基于局部性的最少链接调度算法是针对目标IP地址的负载均衡,目前主要用于Cache集群系统。该算法根据请求的目标IP地址找出该目标IP地址最近使用的服务器,若该服务器是可用的且没有超载,将请求发送到该服务器,若服务器不存在,或者该服务器超载且有服务器处于一半的工作负载,则用最少链接的原则选出一个可用的服务器,将请求发送到该服务器。

(6)LBLCR:带复制的基于局部性最少连接(Locality-Based Least Connections with Replication)

均衡器根据请求的目的IP地址,找出该IP 地址最近使用的”服务器组”,注意,并不是某个服务器,然后采用最少连接数从给组中挑出具体的某台服务器出来,把请求转发之。若服务器超载,那么根据最少连接数算法,在集群的非本”服务器组”的服务器中,找出一台服务器来,加入本服务器组,然后把请求转发之。

三 lvs集群的类型

lvs-nat:修改请求报文的目标IP;多目标IP的DNAT;

lvs-dr:操纵封装新的MAC地址;

lvs-tun:在原请求IP报文之外新加一个IP首部;

lvs-fullnat:修改请求报文的源和目标IP;

1 lvs-nat

负载均衡器接受用户的请求,转发给具体服务器,服务器出来完请求后返回给负载均衡器,均衡器再重新返回给用户。多目标IP的DNAT,通过将请求报文中的目标地址和目标端口修改为某挑出的RS的RIP和PORT实现转发;

(1)RIP和DIP必须在同一个IP网络,且应该使用私网地址;RS的网关要指向DIP;

(2)请求报文和响应报文都必须经由Director转发;Director易于成为系统瓶颈;

(3)支持端口映射,可修改请求报文的目标PORT;

(4)vs必须是Linux系统,rs可以是任意系统;

2 lvs-dr

负载均衡器接收用户请求,转发给具体服务器,服务器处理完成后直接返回给用户。需要支持IP Tunneling 协议,难以夸平台。通过为请求报文重新封装一个MAC首部进行转发,源MAC是DIP所在的接口的MAC,目标MAC是某挑选出的RS的RIP所在接口的MAC地址;源IP/PORT,以及目标IP/PORT均保持不变;

通过为请求报文重新封装一个MAC首部进行转发,源MAC是DIP所在的接口的MAC,目标MAC是某挑选出的RS的RIP所在接口的MAC地址;源IP/PORT,以及目标IP/PORT均保持不变;

Director和各RS都得配置使用VIP;

(1)确保前端路由器将目标IP为VIP的请求报文发往Director:

(a) 在前端网关做静态绑定;

(b) 在RS上使用arptables;

(c) 在RS上修改内核参数以限制arp通告及应答级别;

arp_announce

arp_ignore

(2)RS的RIP可以使用私网地址,也可以是公网地址;RIP与DIP在同一IP网络;RIP的网关不能指向DIP,以确保响应报文不会经由Director;

(3)RS跟Director要在同一个物理网络;

(4)请求报文要经由Director,但响应不能经由Director,而是由RS直接发往Client;

(5)不支持端口映射;

3 lvs-tun

转发方式:不修改请求报文的IP首部(源IP为CIP,目标IP为VIP),而是在原IP报文之外再封装一个IP首部(源IP是DIP,目标IP是RIP),将报文发往挑选出的目标RS;RS直接响应给客户端(源IP是VIP,目标IP是CIP);

(1)DIP, VIP, RIP都应该是公网地址;

(2)RS的网关不能,也不可能指向DIP;

(3)请求报文要经由Director,但响应不能经由Director;

(4) 不支持端口映射;

(5) RS的OS得支持隧道功能;

4 lvs-fullnat

通过同时修改请求报文的源IP地址和目标IP地址进行转发;

(1)VIP是公网地址,RIP和DIP是私网地址,且通常不在同一IP网络;因此,RIP的网关一般不会指向DIP;

(2)RS收到的请求报文源地址是DIP,因此,只能响应给DIP;但Director还要将其发往Client;

(3)请求和响应报文都经由Director;

(4)支持端口映射;

注意:此类型默认不支持;

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