LVS-NAT - 技术栈

概述

LVS（Linux Virtual Server）是一种常见的负载均衡技术。LVS允许客户端的请求通过负载均衡器（Director Server）转发到后端多台服务器（Real Servers）。在NAT模式下，负载均衡器会修改请求报文的目标地址和相应报文的源地址，使客户端能够与后端服务器通信；NAT模式适用于小规模集群，支持端口映射，使得后端服务器能够使用私有IP地址。

NAT模式工作原理

1、当客户端向负载均衡器发送请求报文时，请求报文首先会进入内核空间的PREROUTING链。

2、PREROUTING链检查请求报文的目标IP地址，如果是负载均衡器的虚拟IP（VIP），则将请求报文发送到INPUT链。

3、IPVS模块在INPUT链上工作，它会将请求与预先定义的集群服务进行对比，并修改请求报文的目标IP地址为后端服务器的IP地址（RIP），然后将请求报文发送到POSTROUTING链。

4、POSTROUTING链接收请求报文后，通过内核路由将请求报文发送给相应的后端服务器。

5、后端服务器处理请求报文后，构建响应报文并发送回负载均衡器；此时，响应报文中的源IP地址为后端服务器的IP地址。

6、负载均衡器在将响应报文转发给客户端之前，修改响应报文的源IP地址为其自身的VIP地址，然后将响应报文发送给客户端。

特点和限制

后端服务器应该使用私有IP地址，并且其网关应该指向负载均衡器的DIP（Director IP）。

DIP和RIP必须位于同一个IP网络中，通常使用私网地址。

请求和响应报文都需要负载均衡器，这可能在高负载场景中成为性能瓶颈。

支持端口映射，允许修改请求报文的目标端口。

在负载均衡器离线状态下，后端服务器无法响应访问VIP的请求报文。

负载均衡器必须是Linux系统，后端服务器可以为任意系统。

NAT模式优缺点

**优点：**配置和管理相对简单，网络架构灵活，允许后端服务器在不同网段中，客户端不需要感知后端服务器的存在。

**缺点：**在整个流程中，所有输入输出的流量都要经过负载均衡器，这会导致负载均衡器成为性能瓶颈，尤其是在Web类应用中，响应流量大于请求流量时更为明显。

实验准备

四台虚拟机，关闭VMware中NAT模式的DHCP服务；虚拟机需要关闭防火墙、SELinux以及配置IP地址。

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| Virtual Server 外网IP-VIP | 192.168.0.254 |
| Virtual Server 内网IP-DIP | 172.16.0.254 |
| Real Server 1 RIP1 | 172.16.0.10 |
| Real Server 2 RIP2 | 172.16.0.20 |
| Client | 192.168.0.10 |
[IP地址]

192.168.0.0/24为VMware网络配置中的NAT模式网段，172.16.0.0/24为仅主机模式的网段，Virtual Server需要使用两张网卡，一张为NAT模式，一张为仅主机模式。

网卡配置

Virtual Server

Real Server 1

Real Server 2

Client

实验步骤

Virtual Server

启动内核路由功能

bash 复制代码

vim /etc/sysctl.conf
sysctl -p

下载 ipvsadm负载均衡控制组件

bash 复制代码

yum install -y ipvsadm

通过ipvsadm配置负载均衡器

bash 复制代码

ipvsadm -A -t 192.168.0.254:80 -s rr    #指定VIP及负载均衡算法
ipvsadm -a -t 192.168.0.254:80 -r 172.16.0.10:80 -m    #指定后端RIP及连接模式
ipvsadm -a -t 192.168.0.254:80 -r 172.16.0.20:80 -m

Real Server

Server1

bash 复制代码

yum install -y httpd    #下载HTTPD
echo Web Server 1 > /var/www/html/index.html    #添加文本
systemctl enable --now httpd    #启动HTTPD服务

Server2

bash 复制代码

yum install -y httpd
echo Web Server 2 > /var/www/html/index.html
systemctl enable --now httpd

测试

使用轮询算法

修改算法为加权轮询

bash 复制代码

ipvsadm -E -t 192.168.0.254:80 -s wrr
ipvsadm -e -t 192.168.0.254:80 -r 172.16.0.10:80 -m -w 1
ipvsadm -e -t 192.168.0.254:80 -r 172.16.0.20:80 -m -w 2