NAT模式：

  • 原理：   就是把客户端发来的数据包的IP头的目的地址，在负载均衡器上换成其中一台RS的IP地址，并发至此RS来处理,RS处理完成后把数据交给经过负载均衡器,负载均衡器再把数据包的原IP地址改为自己的IP，将目的地址改为客户端IP地址即。.期间,无论是进来的流量,还是出去的流量,都必须经过负载均衡器。
  • 优点：  集群中的物理服务器可以使用任何支持TCP/IP操作系统，物理服务器可以分配Internet的保留私有地址，只有负载均衡器需要一个合法的IP地址。并且，NAT模式可以支持不同网段的IP访问。
  • 缺点：  扩展性有限。当服务器节点（普通PC服务器）数据增长到20个或更多时,负载均衡器将成为整个系统的瓶颈，因为所有的请求包和应答包都需要经过负载均衡器再生。假使TCP包的平均长度是536字节的话，平均包再生延迟时间大约为60us（在Pentium处理器上计算的，采用更快的处理器将使得这个延迟时间变短），负载均衡器的最大容许能力为8.93M/s，假定每台物理服务器的平台容许能力为400K/s来计算，负责均衡器能为22台物理服务器计算。即NAT模式的负载均衡器会成为这个模式的瓶颈所在，因为所有请求与响应走要经过他转发。

LVS NAT模式配置和使用 lvs模式优缺点_服务器

TUN模式（隧道模式）

  • 原理：首先要知道，互联网上的大多Internet服务的请求包很短小，而应答包通常很大。那么隧道模式就是，把客户端发来的数据包，封装一个新的IP头标记(仅目的IP)发给RS,RS收到后,先把数据包的头解开,还原数据包,处理后,直接返回给客户端,不需要再经过负载均衡器。注意,由于RS需要对负载均衡器发过来的数据包进行还原,所以说必须支持IPTUNNEL协议。所以,在RS的内核中,必须编译支持IPTUNNEL这个选项
  • 优点：负载均衡器只负责将请求包分发给物理服务器，而物理服务器将应答包直接发给用户。所以，负载均衡器能处理很巨大的请求量，这种方式，一台负载均衡能为超过100台的物理服务器服务，负载均衡器不再是系统的瓶颈。使用VS-TUN方式，如果你的负载均衡器拥有100M的全双工网卡的话，就能使得整个Virtual Server能达到1G的吞吐量。
  • 不足：但是，这种方式需要所有的服务器支持"IP Tunneling"(IP Encapsulation)协议。并且具有IP封装的开销。

LVS NAT模式配置和使用 lvs模式优缺点_均衡器_02

DR模式(直接路由模式)

  • 原理：  负载均衡器和RS都使用同一个IP对外服务,但只有DR对ARP请求进行响应,所有RS对本身这个IP的ARP请求保持静默,也就是说,网关会把对这个服务IP的请求全部定向给DR,而DR收到数据包后根据调度算法,找出对应的RS,把目的MAC地址改为RS的MAC（因为IP一致）并将请求分发给这台RS,这时RS收到这个数据包,处理完成之后,由于IP一致,可以直接将数据返给客户,则等于直接从客户端收到这个数据包无异,处理后直接返回给客户端,由于负载均衡器要对二层包头进行改换,所以负载均衡器和RS之间必须在一个广播域,也可以简单的理解为在同一台交换机上。
  • 优点：  和VS－TUN一样，负载均衡器也只是分发请求，应答包通过单独的路由方法返回给客户端。与VS-TUN相比，VS-DR这种实现方式不需要隧道结构，因此可以使用大多数操作系统做为物理服务器，其中包括：Linux 2.0.36、2.2.9、2.2.10、2.2.12；Solaris 2.5.1、2.6、2.7；FreeBSD 3.1、3.2、3.3；NT4.0无需打补丁；IRIX 6.5；HPUX11等。
  • 不足：  由于采用物理层（修改MAC地址）技术，要求负载均衡器的网卡必须与物理网卡在一个网段段上。

LVS NAT模式配置和使用 lvs模式优缺点_服务器_03

 

NAT模式

TUN模式

DR模式

对服务器节点要求

服务节点可以是任何操作系统

必须支持隧道模式，目前只有linux

服务节点支持虚拟网卡设备，能够禁用设备的arp响应

网络要求

拥有私有ip地址的局域网

拥有合法ip地址的局域网或广域网

拥有合法ip地址的局域网，服务节点与均衡器必须在同一网段

通常支持节点数

10～20个，有均衡器处理能力决定

较高，可以支持到100个服务节点

较高，可以支持到100个服务节点

服务节点安全性

较好，采用内部ip，服务节点隐蔽

较差，采用公用ip地址，节点完全暴露

较差，采用公用ip地址，节点完全暴露

FULLNAT转发模式

在大规模的网络下，在淘宝的业务中，官方LVS满足不了需求；原因有3点，
1）刚才三种转发模式，部署成本比较高；
2)   和商用的负载均衡比，LVS没有DDOS防御攻击功能；
3）主备部署模式，性能无法扩展；一个VIP下的流量特别大怎么办？

  • FULLNAT原理：  FULLNAT转发数据包是类似NAT模式，IN和OUT数据包都是经过LVS；唯一的区别：后端RealServer 或者交换机不需要做任何配置。FULLNAT的主要原理是引入local address（内网ip地址），cip-vip转换为lip->rip，而 lip和rip均为IDC内网ip，可以跨vlan通讯
  • FULLNAT模式的优缺点：FULLNAT一个最大的问题是：RealServer无法获得用户IP；为了解决这个问题我们提出了TOA的概念，主要原理是：将client address放到了TCP Option里面带给后端RealServer，RealServer上通过toa内核模块hack了getname函数，给用户态返回TCP Option中的client ip。

NAT原理图：

LVS NAT模式配置和使用 lvs模式优缺点_均衡器_04

FULLNAT原理图：

LVS NAT模式配置和使用 lvs模式优缺点_均衡器_05

如图所示，相比NAT模式，FullNAT多了一个Local IP，IP地址转换时，源和目的IP都改了，即SNAT+DNAT。