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本文首先讲述四层负载均衡技术的特点然后通过提问的方式推导出四层负载均衡器的NAT模型和DR模型的工作原理。通过本文可以了解到四层负载均衡的技术特点、NAT模型和DR模型的工作原理、以及NAT模型和DR模型的优缺点。读者可以重点关注NAT模型到DR模型演进的原因(一种技术的诞生肯定是为了弥补现有技术的不足)。除此之外读者可以多多关注一些基本的、底层的知识比如内核空间、用户空间、计算机网络等。 为了叙述方便文中将“四层负载均衡器” 简称为“FLB” (Four-tier Load Balancer)。
一、FLB在网络中的基本拓扑
FLB工作在OSI七层网络参考模型的第四层传输控制层,FLB上必须具备两个IP地址VIP和DIP。VIP是暴露给客户端的访问地址DIP是FLB的分发IP将数据包通过DIP所在的网卡发送给后端的真实提供服务的服务器后面简称“RS”Real Server如下图。 其中CIP为客户端的ipRIP为RS的ip。
二、四层负载均衡技术的特点
由于FLB工作在传输控制层因此它对数据包的处理转发总是运行在内核态不会产生内核态和用户态的切换。
虽然FLB工作在传输控制层但是它并不会和client进行三次握手它只是“偷窥”数据包中的ip地址和端口号然后根据配置的规则进行数据包的转发速度极快。
三、提出问题
在图1中如果client发送数据包最终到达server1由于client数据包的目的ip为VIP当server1收到数据包时发现数据包的目的ip竟然不是自己的ip那岂不会丢弃数据包
四、NAT模型
NAT(Network Address Translation)模型,针对3中的问题可以在FLB中增加对客户端的目的地址vip的地址转换将vip转换成后端某一RS的ip然后再将数据包发送出去详细的网络拓扑如图2。 需要注意的是上面的后端的server的默认网关需要配置成负载均衡服务器的地址。这样server响应的数据包才能回到负载均衡服务器上。
NAT模型的弊端
很明显的一点是在做NAT地址转换时会消耗负载均衡服务器cpu的算力。大多数情况下client向server请求的数据报文很小而server向client响应的数据报文很大这就是“非对称”的。在通过NAT的方式实现负载均衡时client请求报文和server返回的数据报文都要经过负载均衡服务器进行网络地址转换如果请求的并发流量很大那么大量并发的响应报文返回到FLB时负载均衡服务器的网络带宽就会成为瓶颈。
五、DR(Direct Route)模型
直接路由模式可以解决NAT模型的两个弊端。DR模式不经过NAT地址转换而是将server端返回的数据包的源ip直接写成VIP发送出去。这其中涉及到几个要点
由于server返回的数据包的源ip要写成vip而不是rip那么在server本地需要配置vip。并且这个vip必须是对外隐藏的也就是说外界(客户端、负载均衡器)不能直接访问到server中的vip而是必须访问负载均衡器暴露的vip。在负载均衡器中接收到client的数据包的源ip是cip目的ip是负载均衡器暴露的vip那么负载均衡器如何才能将该数据包发送给server呢由于server的vip是隐藏的负载均衡服务器只能看到rip。在DR模式中是通过MAC地址欺骗的方式来实现。负载均衡服务器接收到client的请求数据包之后将目的MAC地址替换为后端某一台server1的MAC地址替换之前目的MAC地址为负载均衡器的MAC地址然后将数据包发送出去进行点到点通信这样server1就收到了client的数据包。 点对点通信依赖的是MAC地址数据链路层。基于上述内容要实现负载均衡器和后端server点对点通信因此约束了负载均衡服务器的DIP和后端的server必须在同一个机房(局域网)。
根据上面的推导DR模型的基本网络拓扑如图3所示。 在RS中如何配置VIP如何实现VIP隐藏且听下回分解LVS DR模型实验搭建与验证。 作者京东物流 伍泓全 来源京东云开发者社区 自猿其说Tech 转载请注明来源
