LVS的三種負載均衡方式有哪些區別?

LVS的三種負載均衡方式有哪些區別?

LVS叢集採用三種ip負載均衡技術,即VS/NAT、VS/TUN和VS/DR技術,那麼這三種負載均衡方式之間有哪些區別呢?下面小編就給大家介紹下LVS的三種負載均衡方式的區別比較。

  1、LVS的定義?

  LVS是Linux Virtual Server的簡寫,意即Linux虛擬伺服器,是一個虛擬的伺服器叢集系統。其實它是一種叢集(Cluster)技術,採用IP負載均衡技術和基於內容請求分發技術。排程器具有很好的吞吐率,將請求均衡地轉移到不同的伺服器上執行,且排程器自動遮蔽掉伺服器的故障,從而將一組伺服器構成一個高效能的、高可用的虛擬伺服器。整個伺服器叢集的結構對客戶是透明的,而且無需修改客戶端和伺服器端的程式。本專案在1998年5月由章文嵩博士成立,是中國國內最早出現的自由軟體專案之一。

  為此,在設計時需要考慮系統的透明性、可伸縮性、高可用性和易管理性。一般來說,LVS叢集採用三層結構,其體系結構如圖所示:

  

  LVS叢集的體系結構

  2、LVS主要組成部分為:

  負載排程器(load balancer/ Director),它是整個叢集對外面的前端機,負責將客戶的請求傳送到一組伺服器上執行,而客戶認為服務是來自一個IP地址(我們可稱之為虛擬IP地址)上的。

  伺服器池(server pool/ Realserver),是一組真正執行客戶請求的伺服器,執行的服務一般有WEB、MAIL、FTP和DNS等。

  共享儲存(shared storage),它為伺服器池提供一個共享的儲存區,這樣很容易使得伺服器池擁有相同的內容,提供相同的服務。

  3、LVS負載均衡方式:

  Virtual Server via Network Address Translation NAT(VS/NAT)

  VS/NAT是一種最簡單的方式,所有的RealServer只需要將自己的閘道器指向Director即可。客戶端可以是任意作業系統,但此方式下,一個Director能夠帶動的RealServer比較有限。在VS/NAT的方式下,Director也可以兼為一臺RealServer。VS/NAT的體系結構如圖所示。

  

  VS/NAT的體系結構

  Virtual Server via IP Tunneling(VS/TUN)

  IP隧道(IP tunneling)是將一個IP報文封裝在另一個IP報文的技術,這可以使得目標為一個IP地址的資料包文能被封裝和轉發到另一個IP地址。IP隧道技術亦稱為IP封裝技術(IP encapsulation)。IP隧道主要用於移動主機和虛擬私有網路(Virtual Private Network),在其中隧道都是靜態建立的,隧道一端有一個IP地址,另一端也有唯一的IP地址。它的連線排程和管理與VS/NAT中的一樣,只是它的報文轉發方法不同。排程器根據各個伺服器的負載情況,動態地選擇一臺伺服器,將請求報文封裝在另一個IP報文中,再將封裝後的IP報文轉發給選出的伺服器;伺服器收到報文後,先將報文解封獲得原來目標地址為
VIP 的報文,伺服器發現VIP地址被配置在本地的IP隧道裝置上,所以就處理這個請求,然後根據路由表將響應報文直接返回給客戶。

  

  VS/TUN的體系結構

 VS/TUN的工作流程:

  

  Virtual Server via Direct Routing(VS/DR)

  VS/DR方式是通過改寫請求報文中的MAC地址部分來實現的。Director和RealServer必需在物理上有一個網絡卡通過不間斷的區域網相連。 RealServer上繫結的VIP配置在各自Non-ARP的網路裝置上(如lo或tunl),Director的VIP地址對外可見,而RealServer的VIP對外是不可見的。RealServer的地址即可以是內部地址,也可以是真實地址。

  

  VS/DR的體系結構

  VS/DR的工作流程

  VS/DR的工作流程如圖所示:它的連線排程和管理與VS/NAT和VS/TUN中的一樣,它的報文轉發方法又有不同,將報文直接路由給目標伺服器。在VS/DR中,排程器根據各個伺服器的負載情況,動態地選擇一臺伺服器,不修改也不封裝IP報文,而是將資料幀的MAC地址改為選出伺服器的MAC地址,再將修改後的資料幀在與伺服器組的區域網上傳送。因為資料幀的MAC地址是選出的伺服器,所以伺服器肯定可以收到這個資料幀,從中可以獲得該IP報文。當伺服器發現報文的目標地址VIP是在本地的網路裝置上,伺服器處理這個報文,然後根據路由表將響應報文直接返回給客戶。

  

  VS/DR的工作流程

  4、三種負載均衡方式比較:

  Virtual Server via NAT

  VS/NAT 的優點是伺服器可以執行任何支援TCP/IP的作業系統,它只需要一個IP地址配置在排程器上,伺服器組可以用私有的IP地址。缺點是它的伸縮能力有限,當伺服器結點數目升到20時,排程器本身有可能成為系統的新瓶頸,因為在VS/NAT中請求和響應報文都需要通過負載排程器。我們在Pentium166 處理器的主機上測得重寫報文的平均延時為60us,效能更高的處理器上延時會短一些。假設TCP報文的平均長度為536 Bytes,則排程器的最大吞吐量為8.93 MBytes/s. 我們再假設每臺伺服器的吞吐量為800KBytes/s,這樣一個排程器可以帶動10臺伺服器。(注:這是很早以前測得的資料)

  基於 VS/NAT的的叢集系統可以適合許多伺服器的效能要求。如果負載排程器成為系統新的瓶頸,可以有三種方法解決這個問題:混合方法、VS/TUN和 VS/DR。在DNS混合叢集系統中,有若干個VS/NAT負排程器,每個負載排程器帶自己的伺服器叢集,同時這些負載排程器又通過RR-DNS組成簡單的域名。

  但VS/TUN和VS/DR是提高系統吞吐量的更好方法。

  對於那些將IP地址或者埠號在報文資料中傳送的網路服務,需要編寫相應的應用模組來轉換報文資料中的IP地址或者埠號。這會帶來實現的工作量,同時應用模組檢查報文的開銷會降低系統的吞吐率。

  Virtual Server via IP Tunneling

  在VS/TUN 的叢集系統中,負載排程器只將請求排程到不同的後端伺服器,後端伺服器將應答的資料直接返回給使用者。這樣,負載排程器就可以處理大量的請求,它甚至可以排程百臺以上的伺服器(同等規模的伺服器),而它不會成為系統的瓶頸。即使負載排程器只有100Mbps的全雙工網絡卡,整個系統的最大吞吐量可超過 1Gbps。所以,VS/TUN可以極大地增加負載排程器排程的伺服器數量。VS/TUN排程器可以排程上百臺伺服器,而它本身不會成為系統的瓶頸,可以用來構建高效能的超級伺服器。VS/TUN技術對伺服器有要求,即所有的伺服器必須支援“IP
Tunneling”或者“IP Encapsulation”協議。目前,VS/TUN的後端伺服器主要執行Linux作業系統,我們沒對其他作業系統進行測試。因為“IP Tunneling”正成為各個作業系統的標準協議,所以VS/TUN應該會適用執行其他作業系統的後端伺服器。

  Virtual Server via Direct Routing

  跟VS/TUN方法一樣,VS/DR排程器只處理客戶到伺服器端的連線,響應資料可以直接從獨立的網路路由返回給客戶。這可以極大地提高LVS叢集系統的伸縮性。跟VS/TUN相比,這種方法沒有IP隧道的開銷,但是要求負載排程器與實際伺服器都有一塊網絡卡連在同一物理網段上,伺服器網路裝置(或者裝置別名)不作ARP響應,或者能將報文重定向(Redirect)到本地的Socket埠上。

  三種LVS負載均衡技術的優缺點歸納以下表:

  

  注:以上三種方法所能支援最大伺服器數目的估計是假設排程器使用100M網絡卡,排程器的硬體配置與後端伺服器的硬體配置相同,而且是對一般Web服務。使 用更高的硬體配置(如千兆網絡卡和更快的處理器)作為排程器,排程器所能排程的伺服器數量會相應增加。當應用不同時,伺服器的數目也會相應地改變。所以,以上資料估計主要是為三種方法的伸縮性進行量化比較。

  5、負載均衡排程演算法

  1)最少的連線方式(Least Connection):傳遞新的連線給那些進行最少連線處理的伺服器。當其中某個伺服器發生第二到第7 層的故障,BIG-IP 就把其從伺服器佇列中拿出,不參加下一次的使用者請求的分配, 直到其恢復正常。

  2)最快模式(Fastest):傳遞連線給那些響應最快的伺服器。當其中某個伺服器發生第二到第7 層的故障,BIG-IP 就把其從伺服器佇列中拿出,不參加下一次的使用者請求的分配,直到其恢復正常。

  3)觀察模式(Observed):連線數目和響應時間以這兩項的最佳平衡為依據為新的請求選擇伺服器。當其中某個伺服器發生第二到第7 層的故障,BIG-IP就把其從伺服器佇列中拿出,不參加下一次的使用者請求的分配,直到其恢復正常。

  4)預測模式(Predictive):BIG-IP利用收集到的伺服器當前的效能指標,進行預測分析,選擇一臺伺服器在下一個時間片內,其效能將達到最佳的伺服器相應使用者的請求。(被BIG-IP 進行檢測)

  5)動態效能分配(Dynamic Ratio-APM):BIG-IP 收集到的應用程式和應用伺服器的各項效能引數,動態調整流量分配。

  6)動態伺服器補充(Dynamic Server Act.):當主伺服器群中因故障導致數量減少時,動態地將備份伺服器補充至主伺服器群。

  7)服務質量(QoS):按不同的優先順序對資料流進行分配。

  8)服務型別(ToS): 按不同的服務型別(在Type of Field中標識)負載均衡對資料流進行分配。

  9)規則模式:針對不同的資料流設定導向規則,使用者可自行。

  上面就是LVS的三種負載均衡方式的區別介紹了,本文主要是對其伸縮性進行量化比較,都有其各自的確定,通過本文的閱讀,相信你已對LVS的負載均衡方式有了進一步的瞭解。

原文連結:http://www.xitongzhijia.net/xtjc/20141216/32768.html