Question

LVS 集群中，支持以下 3 种转发模式：LVS-NAT、LVS-DR、LVS-Tun。下面将对这 3 个转发模式逐一介绍。

LVS-NAT

NAT 是该项目实现的第一种转发模式，和思科 LocalDirector 这一款产品具有相同的实现方法（ https://en.wikipedia.org/wiki/Cisco_LocalDirector ）。如果希望搭建一个 LVS 集群的测试环境，可以采用这个转发模式，这个模式是最简单的设置，同时不需要对后端服务器做任何设置上的变更。

LVS-NAT 基于 NAT（网络地址转换）技术，网络数据流程如下。

1）负载均衡器在收到客户端请求后，改写目的 IP 地址为后端服务器真实 IP 和/或端口号，转发给后端服务器。

2）后端服务器处理完成后，回复给负载均衡器。

3）负载均衡器改写源 IP 为虚拟 IP，发送给客户端。

由此可见，负载均衡器是串联在整个架构中。

一个最简单的 LVS-NAT 测试架构如图 4-1 所示。

LVS-DR

LVS-DR 中的 DR 是 Direct Routing 的缩写，译为直接路由。

以图 4-2 来说明 LVS-DR 转发模式下的数据通信情况。

该架构图中的基本信息见表 4-1。

图 4-1　一个最简单的 LVS-NAT 测试架构

图 4-2　LVS-DR 架构图

表 4-1　图 4-2 中服务器基本信息表

客户端使用以下命令进行测试：

curl http://10.1.6.18/index.html

数据流程如下：

步骤 1　Client 发起 Arp Request，请求 10.1.6.18 的 MAC 地址，负载均衡器回复（文件：LVS_Client_Arp_Request.pcap，Frame 1215），如图 4-3 所示。

图 4-3　Client 的 Arp Request

注意目标 MAC和目的 IP，请求获取 10.1.6.18 的 MAC 地址。

负载均衡器回复（文件：LVS_Client_Arp_Request.pcap，Frame 1216），如图 4-4 所示。

图 4-4　负载均衡器的 Arp Response

步骤 2　Client 连接 10.1.6.18 的 80 端口，发送 TCP SYN（文件：LVS_Client_Arp_Request.pcap，Frame 1217），如图 4-5 所示。

图 4-5　Client 发送 TCP SYN

此处，目的 MAC为负载均衡器 LVS1 的 MAC 地址，目的 IP为虚拟 IP。

步骤 3　负载均衡器 LVS1 进行包转发。

步骤 4　后端服务器 Web1 收到请求的数据，处理并回复给 Client（文件：LVS_Web1_Request_Receive.pcap，Frame 321），如图 4-6 所示。

图 4-6　Web1 收到改写了目的 MAC 的 TCP SYN

从此处的和步骤的对比可以看到，Web1 收到的包 Ethernnet 的目的 MAC 已经被 LVS1 修改成了 Web1 的 MAC 地址（文件：LVS_Web1_Request_Receive.pcap，Frame 322），如图 4-7 所示。

Web1 的回包：

从此处的 Web1 的回包 Ethernet 的目的 MAC为 Client 的 MAC，IP 层的目的 IP为 Client 的 IP，可以得知，该回包没有再经过 LVS1。

从以上步骤可以看到 DR（直接路由）的含义：请求经过负载均衡器调度后，后端服务器的响应数据流量直接返回给客户端，回包不经过负载均衡器。

图 4-7　Web1 回复 Clinet 的 TCP SYN+ACK

LVS-Tun

LVS-Tun 是 LVS 原创的一种转发模式，基于 LVS-DR。负载均衡器 LVS 代码把原始的包（源客户端 IP 到虚拟 IP）封装成 ipip 包，目的地址是后端服务器的真实 IP，然后进入 OUTPUT 链，并路由到后端服务器。后端服务器解封 ipip 包并处理，以源地址虚拟 IP、目的地址客户端 IP 直接回复给客户端。

LVS-Tun 是为了解决后端服务器和负载均衡器不在同一个物理区域所设计（跨网段）。

3 种模式对比与推荐

从对后端服务器的要求上来看，LVS-NAT 仅仅要求后端服务器网关指向负载均衡器的内网地址，无任何其他要求；LVS-DR 模式要求后端服务器禁用对虚拟 IP 的 ARP 响应，后端服务器网关不指向负载均衡器；LVS-Tun 要求后端服务支持 ipip 解封包，部分操作系统不支持。

从吞吐量上来看，LVS-DR 最高，LVS-NAT 最低。

从配置简便性上来看，LVS-NAT 最低，LVS-DR 和 LVS-Tun 均较为复杂。

本书推荐在应用中使用 LVS-DR 模式，这个也是目前运维架构中应用最多的 4 层开源负载均衡转发策略。