基于LVS集群系統(tǒng)的研究

劉勇 中國電信股份有限公司五峰分公司

引言：

視頻點(diǎn)播應(yīng)用規(guī)模的增長，用戶對網(wǎng)絡(luò)實(shí)時數(shù)據(jù)服務(wù)的要求不斷地提高，集群技術(shù)的發(fā)展正好為此提供了良好的運(yùn)行平臺。利用集群架構(gòu)的系統(tǒng)，不僅可提供流媒體的服務(wù)，對其稍加修改，即可承載其它的服務(wù)，具有一定的通用性。筆者認(rèn)為，負(fù)載均衡集群是目前應(yīng)用最廣泛的是集群技術(shù)，主要有LVS/NAT、LVS/TUN、LVS/DR等三種配置實(shí)現(xiàn)方式：

1. LVS/NAT

Director機(jī)器收到外界請求，改寫數(shù)據(jù)包的目標(biāo)地址，按相應(yīng)的調(diào)度算法將其發(fā)送到相應(yīng)Real Server上，Real Server處理完該請求后，將結(jié)果數(shù)據(jù)包返回到其默認(rèn)網(wǎng)關(guān)，即Director機(jī)器上，Director機(jī)器再改寫數(shù)據(jù)包的源地址，最后將其返回給外界。這樣就完成一次負(fù)載調(diào)度。

Real Server可以是任何的操作系統(tǒng)，且無需做任何特殊的設(shè)定，只需將其默認(rèn)網(wǎng)關(guān)指向Director機(jī)器。Real Server可使用局域網(wǎng)的內(nèi)部IP(192.168.0.0/24)。Director需兩塊網(wǎng)卡，一塊網(wǎng)卡綁定一個外部IP地址 (10.0.0.1)，另一塊網(wǎng)卡綁定局域網(wǎng)的內(nèi)部IP(192.168.0.254)，作為Real Server的默認(rèn)網(wǎng)關(guān)。

可以看出，LVS/NAT方式實(shí)現(xiàn)起來最為簡單，且Real Server使用的是內(nèi)部IP，可以節(jié)省Real IP的開銷。但因執(zhí)行NAT需要重寫流經(jīng)Director的數(shù)據(jù)包，在速度上有一定延遲；另外，當(dāng)用戶的請求非常短，而服務(wù)器的回應(yīng)非常大的情況下，會對Director形成很大壓力，成為新的瓶頸，從而使整個系統(tǒng)的性能受到限制。

2.LVS/TUN

Director機(jī)器收到外界請求，按相應(yīng)的調(diào)度算法將其通過IP隧道發(fā)送到相應(yīng)Real Server，Real Server處理完該請求后，將結(jié)果數(shù)據(jù)包直接返回給客戶。至此完成一次負(fù)載調(diào)度。

LVS/TUN 使用IP Tunneling技術(shù)，在Director機(jī)器和Real Server機(jī)器之間架設(shè)一個IP Tunnel，通過IP Tunnel將負(fù)載分配到Real Server機(jī)器上。Director和Real Server之間的關(guān)系比較松散，只要兩者能夠通過IP Tunnel相連就行。收到負(fù)載分配的Real Server機(jī)器處理完后會直接將反饋數(shù)據(jù)送回給客戶，而不必通過Director機(jī)器。實(shí)際應(yīng)用中，服務(wù)器必須擁有正式的IP地址用于與客戶機(jī)直接通信，并且所有服務(wù)器必須支持IP隧道協(xié)議。

這樣Director就只處理客戶機(jī)與服務(wù)器的一半連接，極大地提高了Director的調(diào)度處理能力，使集群系統(tǒng)能容納更多的節(jié)點(diǎn)數(shù)。另外TUN方式中的Real Server可以在任何LAN或WAN上運(yùn)行，這樣可以構(gòu)筑跨地域的集群，其應(yīng)對災(zāi)難的能力也更強(qiáng)，但是服務(wù)器需要為IP封裝付出一定的資源開銷，而且后端的Real Server必須是支持IP Tunneling的操作系統(tǒng)

3.LVS/DR

Director機(jī)器收到外界請求，按相應(yīng)的調(diào)度算法將其直接發(fā)送到相應(yīng)Real Server，Real Server處理完該請求后，將結(jié)果數(shù)據(jù)包直接返回給客戶，完成一次負(fù)載調(diào)度。

Real Server和Director都在同一個物理網(wǎng)段中，Director的網(wǎng)卡IP是192.168.0.253，再綁定另一個IP： 192.168.0.254作為對外界的virtual IP，外界客戶通過該IP來訪問整個集群系統(tǒng)。Real Server在lo上綁定IP：192.168.0.254，同時加入相應(yīng)的路由。

前臺的Director機(jī)器也是只需要接收和調(diào)度外界的請求，而不需要負(fù)責(zé)返回這些請求的反饋結(jié)果，所以能夠負(fù)載更多的Real Server，提高Director的調(diào)度處理能力，使集群系統(tǒng)容納更多的Real Server。但LVS/DR需要改寫請求報文的MAC地址，所以所有服務(wù)器必須在同一物理網(wǎng)段內(nèi)。

4 結(jié)束語

如何提供高效的并且可擴(kuò)展的流媒體服務(wù)已經(jīng)成為當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)多媒體應(yīng)用研究的熱點(diǎn)。本文提出采用LVS負(fù)載均衡技術(shù), 實(shí)現(xiàn)架構(gòu)一個高性能、高可伸縮性、高可靠性的流媒體服務(wù)系統(tǒng)。

[1]Zhe Xiang , Qian Zhang.Peer-to-peer based Multimedia Distribution Service[J].IEEE Transactions on Multimedia special issue on streaming media, Volume 6, Issue 2, April 2004.

[2]逄棟.面向流媒體的應(yīng)用層組播原型系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)[D].東南大學(xué)碩士學(xué)位論文,2006年3月.

[3] 用LVS構(gòu)架負(fù)載均衡Linux集群系統(tǒng) http://developer.ccidnet.com/art/737/20031112/70945_3.html［EB/OL］