计网 - LVS 是如何直接基于 IP 层进行负载平衡调度

模型

大致来说，可以这么理解（只是帮助我们理解，实际上肯定会有点出入），对于我们的 PC 机来说，物理层可以看成网卡，数据链路层可以看成网卡驱动程序，网络层和传输层由操作负责处理，应用层则是常用的一些网络应用程序和我们自己所编写的网络应用程序。

我们一些常见的网络应用基本上都是基于 TCP 和 UDP 的，这两个协议又会使用网络层的 IP 协议。但是我们完全可以绕过传输层的 TCP 和 UDP，直接使用 IP，比如

LVS（Linux Virtual Server）是一个开源的负载均衡器，用于分发网络流量以提高系统的性能和可用性。其工作机制涉及以下关键步骤：

调度器（Scheduler）选择算法：

LVS使用不同的调度算法来决定将请求分配给哪个后端服务器。常见的算法包括轮询、加权轮询、最小连接数等。调度器根据这些算法选择目标服务器。
网络地址转换（Network Address Translation，NAT）：

LVS使用NAT技术将客户端请求的源地址和端口转换为负载均衡器的地址和端口。这确保了响应流量正确返回到负载均衡器，然后再由负载均衡器转发给客户端。
负载均衡器转发请求：

负载均衡器接收到客户端的请求后，根据调度器选择的后端服务器，将请求转发到相应的服务器。这样可以确保各个服务器的负载相对均衡，提高系统性能。
后端服务器响应：

后端服务器接收到请求后，处理并生成响应。响应返回到负载均衡器。
负载均衡器返回响应给客户端：

负载均衡器收到后端服务器的响应后，将响应转发给发起请求的客户端。在这个过程中，负载均衡器仍然会使用NAT技术将响应中的目标地址和端口转换回原始的客户端地址和端口。

LVS（Linux Virtual Server）是一个基于 IP 层的负载平衡解决方案，它通过对数据包的处理来实现负载平衡调度。下面是 LVS 如何直接基于 IP 层进行负载平衡调度的详细解释：

IP 调度算法： LVS 使用 IP 调度算法来决定将客户端请求导向哪个服务器。这通常涉及到目标服务器的 IP 地址和端口号。常见的 IP 调度算法包括轮询调度、加权轮询、最小连接数等。这些算法允许 LVS 动态地将请求分配给多个后端服务器，以实现负载均衡。
IP 转发： 当客户端发送请求到负载均衡器的虚拟 IP 地址时，LVS 在 IP 层拦截这些数据包。虚拟 IP 是负载均衡器的 IP 地址，而不是后端服务器的实际 IP 地址。负载均衡器检查目标 IP 和端口，并使用事先配置好的负载均衡算法来选择一个后端服务器。
修改目标 MAC 地址： 为了确保数据包到达正确的后端服务器，LVS 修改数据包的目标 MAC 地址，将其设置为选定的后端服务器的 MAC 地址。这样，数据包将直接传送到选定的服务器，而不是返回给客户端。
无连接负载平衡： LVS 通常以无连接的方式工作，即它不保持客户端与服务器之间的连接状态。每个请求都被独立处理，这使得 LVS 能够更轻松地适应不同的负载情况。
实时监控和调整： LVS 可以实时监控后端服务器的状态，例如服务器的负载、可用性等。基于这些信息，负载均衡器可以动态地调整负载分发策略，以确保最佳性能和可靠性。