LVS 基础
LVS (Linux Virtual Server)
什么是LVS？它是一种集群（Cluster）技术，采用IP负载均衡技术和基于内容请求分发技术。调度器具有很好的吞吐率，将请求均衡地转移到不同的服务器上执行，且调度器自动屏蔽掉服务器的故障，从而将一组服务器构成一个高性能的、高可用的虚拟服务器。整个服务器集群的结构对客户是透明的，而且无需修改客户端和服务器端的程序。（另外，LVS 项目是章文嵩博士的成名作[1]）
LVS 主要组成部分
- 负载调度器（load balancer / Director），它是整个集群对外面的前端机，负责将客户的请求发送到一组服务器上执行，而客户认为服务是来自一个IP地址(我们可称之为虚拟IP地址)上的。
- 服务器池（server pool / Realserver），是一组真正执行客户请求的服务器，执行的服务一般有 WEB, MAIL, FTP 和 DNS 等。
- 共享存储（shared storage），它为服务器池提供一个共享的存储区，这样很容易使得服务器池拥有相同的内容，提供相同的服务。
LVS 负载均衡方式[2]
LVS 有三种负载均衡方式：
- Virtual Server via Network Address Translation NAT (VS/NAT)
- Virtual Server via IP Tunneling (VS/TUN)
- Virtual Server via Direct Routing (VS/DR)
VS/DR 方式是目前大型网站使用最广泛的一种负载均衡手段。对这三种方式，我谈下自己的理解：
1 中的 LB 工作在 http 层，可看做一个 http 服务器，它接收到客户端请求后向 real server 发出请求，接收到返回后再返回给客户端。为什么 real server 不能直接返回给客户端呢？因为根据 TCP/IP 协议，real server 返回的包的目标 IP 地址是请求包的源 IP，即 LB 的 IP。
2 中的 LB 用到了 IP 封装协议，大概可以这样理解（是我揣测的，没有求证）。LB 向 real server 发送请求时，源 IP 还是 LB 的 IP，但是包体里面包含了客户端的 IP，根据协议 real server 返回的时候会把包的目标 IP 设为包体里的客户端 IP。如果真是这样的话，协议数据走在应用层，但是又对传输层的数据做了修改，比较 hack，没有遵守分层的设计规范。
3 中的 LB 工作在数据链路层，LB 直接把 frame 的 mac 地址修改为 某台 real server 的 mac 地址，转发给 real server。real server 拿到包里的源 IP 是客户端的 IP，返回包的目标 IP 自然为客户端的 IP。
基于它们工作的网络协议，有下面的特点。（注：子网的出口的路由器叫做网关）
| 指标 | VS/NAT | VS/TUN | VS/DR |
|---|---|---|---|
| 服务器操作系统 | 任意 | 支持隧道 | 多数(支持Non-arp) |
| 服务器网络 | 私有网络 | 局域网/广域网 | 局域网 |
| 服务器数目(100M网络) | 10~20 | 100 | 大于100 |
| 服务器网关 | 负载均衡器 | 自己的路由 | 自己的路由 |
| 效率 | 一般 | 高 | 最高 |
其他负载均衡方法
HTTP 重定向负载均衡
当用户发来请求的时候，Web 服务器通过修改 HTTP 响应头中的 Location 标记来返回一个新的 url，然后浏览器再继续请求这个新 url，实际上就是页面重定向。通过重定向，来达到“负载均衡”的目标。例如，我们在下载 PHP 源码包的时候，点击下载链接时，为了解决不同国家和地域下载速度的问题，它会返回一个离我们近的下载地址。重定向的 HTTP 返回码是 302。
优点：比较简单。
缺点：浏览器需要两次请求服务器才能完成一次访问，性能较差。重定向服务自身的处理能力有可能成为瓶颈，整个集群的伸缩性国模有限；使用 HTTP 302 响应码重定向，有可能使搜索引擎判断为 SEO 作弊，降低搜索排名。
DNS 域名解析负载均衡
DNS（Domain Name System）负责域名解析的服务，域名url实际上是服务器的别名，实际映射是一个IP地址，解析过程，就是DNS完成域名到IP的映射。而一个域名是可以配置成对应多个 IP的。因此，DNS也就可以作为负载均衡服务。
事实上，大型网站总是部分使用DNS域名解析，利用域名解析作为第一级负载均衡手段，即域名解析得到的一组服务器并不是实际提供Web服务的物理服务器，而是同样提供负载均衡服务的内部服务器，这组内部负载均衡服务器再进行负载均衡，将请求分发到真是的 Web 服务器上。
优点：将负载均衡的工作转交给 DNS，省掉了网站管理维护负载均衡服务器的麻烦，同时许多 DNS 还支持基于地理位置的域名解析，即会将域名解析成举例用户地理最近的一个服务器地址，这样可以加快用户访问速度，改善性能。
缺点：不能自由定义规则，而且变更被映射的IP或者机器故障时很麻烦，还存在 DNS 生效延迟的问题。而且DNS负载均衡的控制权在域名服务商那里，网站无法对其做更多改善和更强大的管理。
反向代理负载均衡
反向代理服务可以缓存资源以改善网站性能。实际上，在部署位置上，反向代理服务器处于Web服务器前面（这样才可能缓存 Web 相应，加速访问），这个位置也正好是负载均衡服务器的位置，所以大多数反向代理服务器同时提供负载均衡的功能，管理一组 Web 服务器，将请求根据负载均衡算法转发到不同的 Web 服务器上。Web服务器处理完成的响应也需要通过反向代理服务器返回给用户。由于 Web 服务器不直接对外提供访问，因此 Web 服务器不需要使用外部ip地址，而反向代理服务器则需要配置双网卡和内部外部两套 IP 地址。
优点：和反向代理服务器功能集成在一起，部署简单。
缺点：反向代理服务器是所有请求和响应的中转站，其性能可能会成为瓶颈。
反向代理负载均衡跟 VS/NAT 的原理一样。
参考资料
