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一、LVS集群基本介绍
1、什么是集群
2、集群的类型
2.1 负载均衡群集（Load Balance Cluster)
2.2 高可用群集(High Availiablity Cluster)
2.3 高性能运算群集(High Performance Computing Cluster)
3、负载均衡集群的结构
4、LVS集群类型中的术语
5、LVS负载均衡集群的三种工作模式
5.1 NAT地址转换模式
5.2 DR直接路由模式
5.3 TUNNEL隧道模式
6、LVS调度算法
6.1 静态——仅根据算法本身进行调度
6.2 动态：用一个参考值来确定服务器是否忙，这个值越小，代表这个服务器闲，就会优先调度给闲的服务器。
7、LVS 功能及组织架构
7.1 应用于高访问量的业务
7.2 扩展应用程序
7.3 消除单点故障
7.4 同城容灾 （多可用区容灾）
一、LVS集群基本介绍
1、什么是集群
Cluster：集群,为解决某个特定问题将多台计算机组合起来形成的单个系统。由多台主机构成，但对外只能表现为一个整体，只提供一个访问入口（域名或者ip地址），相当于一个大型计算机。
2、集群的类型
2.1 负载均衡群集（Load Balance Cluster)
- 提高应用系统的响应能力、尽可能处理更多的访问请求、减少延迟为目标，获得高并发、高负载（LB）的整体性能
- LB的负载分配依赖于主节点的分流算法，将来自客户机的访问请求分担给多个服务器节点，从而缓解整个系统的负载压力。例如，“DNS轮询”“反向代理”等
2.2 高可用群集(High Availiablity Cluster)
- 提高应用系统的可靠性、尽可能地减少中断时间为目标，确保服务的连续性，达到高可用（HA）的容错效果
- HA的工作方式包括双工和主从两种模式，双工即所有节点同时在线;主从则只有主节点在线，但当出现故障时从节点能自动切换为主节点。例如，”故障切换” “双机热备” 等
2.3 高性能运算群集(High Performance Computing Cluster)
- 提高应用系统的CPU运算速度、扩展硬件资源和分析能力为目标，获得相当于大型、超级计算机的高性能运算（HPC）能力
- 高性能依赖于“分布式运算”、“并行计算”，通过专用硬件和软件将多个服务器的CPU、内存等资源整合在一起，实现只有大型、超级计算机才具备的计算能力。例如“云计算”、“网格计算”
3、负载均衡集群的结构
第一层，负载调度器（Load Balancer或Director）
访问整个群集系统的唯一入口，对外使用所有服务器共有的VIP地址，也称为群集IP地址。通常会配置主、备两台调度器实现热备份，当主调度器失效以后能够平滑替换至备用调度器，确保高可用性。负载均衡层
第二层，服务器池（Server Pool）
群集所提供的应用服务、由服务器池承担，其中每个节点具有独立的RIP地址（真实IP），只处理调度器分发过来的客户机请求。当某个节点暂时失效时，负载调度器的容错机制会将其隔离，等待错误排除以后再重新纳入服务器池。web应用层
第三层，共享存储（Share Storage）
为服务器池中的所有节点提供稳定、一致的文件存取服务，确保整个群集的统一性。共享存储可以使用NAS设备，或者提供NFS共享服务的专用服务器。
4、LVS集群类型中的术语
- VS（代理服务器）：Virtual Server，Director Server(DS), Dispatcher(调度器)，Load Balancer（lvs服务器）
- RS（真实服务器）：Real Server(lvs), upstream server(nginx), backend server(haproxy)（真实服务器）
- CIP：Client IP（客户机IP）
- VIP：Virtual serve IP 代理服务器的外网ip
- DIP：Director IP 代理服务器的内网ip
- RIP：Real server IP 真实服务器的ip地址
5、LVS负载均衡集群的三种工作模式
-
lvs-nat：修改请求报文的目标IP,多目标IP的DNAT
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lvs-dr：操纵封装新的MAC地址（直接路由）
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lvs-tun：隧道模式
5.1 NAT地址转换模式
- 都走LVS，调度器有瓶颈
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lvs-nat：本质是多目标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处的RS的RIP和PORT实现转发
（1）RIP和DIP应在同一个IP网络，且应使用私网地址；RS的网关要指向DIP
（2）请求报文和响应报文都必须经由lvs服务器转发，lvs服务器易于成为系统瓶颈
（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OS系统
5.2 DR直接路由模式
- 最常用！所有主机共享vip地址，不原路返回LVS调度器。web服务器在同一网段
Direct Routing，简称DR模式
采用半开放式的网络结构，与TUN模式的结构类似，但各节点并不是分散在各地，而是与调度器位于同一个物理网络
负载调度器与各节点服务器通过本地网络连接，不需要建立专用的IP隧道
5.3 TUNNEL隧道模式
- 需要买公网地址
IP Tunnel，简称TUN模式；
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RIP和DIP可以不处于同一物理网络中，RS的网关一般不能指向DIP,且RIP可以和公网通信。也就是说集群节点可以跨互联网实现。DIP, VIP, RIP可以是公网地址。
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RealServer的通道接口上需要配置VIP地址，以便接收DIP转发过来的数据包，以及作为响应的报文源IP。
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DIP转发给RealServer时需要借助隧道，隧道外层的IP头部的源IP是DIP，目标IP是RIP，而RealServer响应给客户端的IP头部是根据隧道内层的IP头分析得到的，源IP是VIP，目标IP是CIP
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请求报文要经由Director，但响应不经由Director,响应由RealServer自己完成
-
不支持端口映射
-
RS的OS须支持隧道功能
工作模式总结和比较：
| NAT | TUN | DR | |
| 优点 | 端口转换 | WAN | 性能最好 |
| 缺点 | 性能瓶颈 | 服务器支持隧道模式 | 不支持跨网段 |
| 真实服务器要求 | any | Tunneling | Non-arp device |
| 支持网络 | private（私网） | LAN/WAN（私网/公网） | LAN（私网） |
| 真实服务器数量 | low (10~20) | High (100) | High (100) |
| 真实服务器网关 | lvs内网地址 | Own router（网工定义） | Own router（网工定义） |
6、LVS调度算法
pvs scheduler：根据其调度时是否考虑各RS当前的负载状态
分为两种：
静态方法：不管后端真实服务器的状态。根据自身算法进行调度
动态方法：会根据后端服务器的状态来进行调度
6.1 静态——仅根据算法本身进行调度
1、RR：roundrobin，轮询,较常用
2、WRR：Weighted RR，加权轮询,较常用。先算总权重，再用自己的权重去除以总权重
3、SH：Source Hashing，实现session sticky，源IP地址hash；将来自于同一个IP地址的请求始终发往第一次挑中的RS，从而实现会话绑定。
4、DH：Destination Hashing；目标地址哈希，第一次轮询调度至RS，后续将发往同一个目标地址的请求始终转发至第一次挑中的RS，典型使用场景是正向代理缓存场景中的负载均衡,如: Web缓存
6.2 动态：用一个参考值来确定服务器是否忙，这个值越小，代表这个服务器闲，就会优先调度给闲的服务器。
- 主要根据每RS当前的负载状态及调度算法进行调度Overhead=value 较小的RS将被调度
1、LC：least connections 适用于长连接应用，最小连接数 ，不考虑权重
Overhead=activeconns*256+inactiveconns
2、WLC：Weighted LC，默认调度方法,较常用 默认调度，加权最小连接数
第一轮不合理，都一样的优先级
Overhead=(activeconns*256+inactiveconns)/weight
3、SED：Shortest Expection Delay，初始连接高权重优先,只检查活动连接,而不考虑非活动连接
Overhead=(activeconns+1)*256/weight
4、NQ：Never Queue，第一轮均匀分配，后续SED
5、LBLC：Locality-Based LC，动态的DH算法，使用场景：根据负载状态实现正向代理,实现Web Cache等，检查后端服务器忙不忙
6、LBLCR：LBLC with Replication，带复制功能的LBLC，解决LBLC负载不均衡问题，从负载重的复制到负载轻的RS,,实现Web Cache等
7、LVS 功能及组织架构
负载均衡的应用场景为高访问量的业务，提高应用程序的可用性和可靠性。
7.1 应用于高访问量的业务
如果您的应用访问量很高，可以通过配置监听规则将流量分发到不同的云服务器 ECS（Elastic Compute Service 弹性计算服务）实例上。此外，可以使用会话保持功能将同一客户端的请求转发到同一台后端ECS
7.2 扩展应用程序
可以根据业务发展的需要，随时添加和移除ECS实例来扩展应用系统的服务能力，适用于各种Web服务器和App服务器。
7.3 消除单点故障
可以在负载均衡实例下添加多台ECS实例。当其中一部分ECS实例发生故障后，负载均衡会自动屏蔽故障的ECS实例，将请求分发给正常运行的ECS实例，保证应用系统仍能正常工作
7.4 同城容灾 （多可用区容灾）
为了提供更加稳定可靠的负载均衡服务，阿里云负载均衡已在各地域部署了多可用区以实现同地域容灾。当主可用区出现机房故障或不可用时，负载均衡仍然有能力在非常短的时间内（如：大约30s中断）切换到另外一个备可用区恢复服务能力；当主可用区恢复时，负载均衡同样会自动切换到主可用区提供服务。使用负载均衡时，您可以将负载均衡实例部署在支持多可用区的地域以实现同城容灾。此外，建议您结合自身的应用需要，综合考虑后端服务器的部署。如果您的每个可用区均至少添加了一台ECS实例，那么此种部署模式下的负载均衡服务的效率是最高的。
