IPVS 介绍

前言

Kubernetes 提供了基于 IPVS 的服务代理。相比于 iptables 代理模式，IPVS 代理模式具有低延迟、高性能的优势。本文主要介绍 IPVS 相关概念。如果想了解 iptables 模式，可以参考另一篇文章：netfiler/iptables 介绍。

Linux 虚拟服务器

要了解 IPVS，不得不谈到 Linux 虚拟服务器项目（Linux Virtual Server, LVS）。Linux 虚拟服务器技术是为了解决服务器承受的日益增长的访问压力，它通过部署虚拟服务器，使真实服务器集群使用同一个地址对外暴露服务，并在集群内实现负载均衡。真实服务器之间可以通过高速局域网或地理分隔的广域网相互连接，负载均衡器将请求分发到不同的真实服务器。因此，可以通过添加新服务器，提高系统可扩展性。

实现原理

LVS 实现负载均衡的方式有三种可以配置：Nat，IP Tunneling 和 Direct Routing（直接路由）。

NAT 实现

集群可以使用私有网络地址，使用负载均衡器的公网 IP 暴露服务。NAT 实现的缺点是负载均衡器需要修改请求、响应数据包，容易成为性能瓶颈。

IP 隧道实现

IP 隧道技术是将原始 IP 数据报封装在另一个 IP 数据报中进行传输，原数据报作为新数据报的载荷，隧道包目的地址就是转交地址。所以，IP 隧道实现对网络没有要求，既可以是 LAN，也可以是 WAN。服务器在接受请求后，可以直接向客户端返回响应。

直接路由实现

直接路由作用和 IP 隧道类似，负载均衡器负责分发请求，服务器收到请求后可以直接向客户端返回响应。但直接路由只支持局域网，集群服务器必须和负载均衡器物理相连。负载均衡器通过修改数据帧的目的 MAC 地址实现负载均衡。

IPVS

IPVS（IP Virtual Server）是一个软件，是内置在 Linux 内核中的传输层负载均衡器，实现了四层负载均衡（Layer-4 Load Balancing）。四层负载均衡的意思是负载均衡策略是基于传输层的信息。IPVS 的管理程序是 ipvsadm，可以通过man ipvsadm查看使用手册。ipvsadm 支持直接路由（-g）、IP 隧道（-i）、NAT（-m）三种转发模式：

$ man ipvsadm
-g, --gatewaying    Use gatewaying (direct routing). This is the default.
-i, --ipip          Use ipip encapsulation (tunneling).
-m, --masquerading  Use masquerading (network access translation, or NAT).

延伸阅读

[1] The Linux Virtual Server project
[2] Wiki - Load Balancing
[3] Software - IPVS
[4] ipvsadm：Linux 的负载均衡功能 ipvs 的使用，ipvsadm的常用操作命令