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导读
本文首先讲述四层负载平衡技术的特点，而后通过发问的形式推导出四层负载均衡器的 NAT 模型和 DR 模型的工作原理。通过本文能够理解到四层负载平衡的技术特点、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。读者能够重点关注 NAT 模型到 DR 模型演进的起因(一种技术的诞生必定是为了补救现有技术的有余)。除此之外，读者能够多多关注一些根本的、底层的常识，比方内核空间、用户空间、计算机网络等。为了叙述不便，文中将“四层负载均衡器”简称为“FLB”(Four-tier Load Balancer)。
一、FLB 在网络中的根本拓扑
FLB 工作在 OSI 七层网络参考模型的第四层（传输管制层）,FLB 上必须具备两个 IP 地址，VIP 和 DIP。VIP 是裸露给客户端的拜访地址；DIP 是 FLB 的散发 IP，将数据包通过 DIP 所在的网卡发送给后端的实在提供服务的服务器（前面简称“RS”（Real Server）），如下图。
图 1 FLB 的根本网络拓扑图
其中 CIP 为客户端的 ip，RIP 为 RS 的 ip。
二、四层负载平衡技术的特点
因为 FLB 工作在传输管制层，因而它对数据包的解决（转发）总是运行在内核态，不会产生内核态和用户态的切换。
尽管 FLB 工作在传输管制层，然而它并不会和 client 进行三次握手，它只是“偷窥”数据包中的 ip 地址和端口号，而后依据配置的规定进行数据包的转发，速度极快。
三、提出问题
在图 1 中，如果 client 发送数据包最终达到 server1，因为 client 数据包的目标 ip 为 VIP，当 server1 收到数据包时，发现数据包的目标 ip 居然不是本人的 ip，那岂不会抛弃数据包？
四、NAT 模型
NAT(Network Address Translation)模型, 针对 3 中的问题，能够在 FLB 中减少对客户端的目标地址 vip 的地址转换，将 vip 转换成后端某一 RS 的 ip，而后再将数据包发送进来，具体的网络拓扑如图 2。
图 2 FLB 的 NAT 模型的根本网络拓扑图
须要留神的是，下面的后端的 server 的默认网关须要配置成负载平衡服务器的地址。这样 server 响应的数据包能力回到负载平衡服务器上。
NAT 模型的弊病
很显著的一点是，在做 NAT 地址转换时，会耗费负载平衡服务器 cpu 的算力。大多数状况下，client 向 server 申请的数据报文很小，而 server 向 client 响应的数据报文很大，这就是“非对称 ”的。在通过 NAT 的形式实现负载平衡时，client 申请报文和 server 返回的数据报文都要通过负载平衡服务器进行网络地址转换，如果申请的并发流量很大，那么大量并发的响应报文返回到 FLB 时， 负载平衡服务器的网络带宽就会成为瓶颈。
五、DR(Direct Route)模型
间接路由模式能够解决 NAT 模型的两个弊病。DR 模式不通过 NAT 地址转换，而是将 server 端返回的数据包的源 ip 间接写成 VIP 发送进来。这其中波及到几个要点：
- 因为 server 返回的数据包的源 ip 要写成 vip，而不是 rip，那么在 server 本地须要配置 vip。并且这个 vip 必须是对外暗藏的，也就是说外界(客户端、负载均衡器) 不能间接拜访到 server 中的 vip，而是必须拜访负载均衡器裸露的 vip。
- 在负载均衡器中，接管到 client 的数据包的源 ip 是 cip，目标 ip 是负载均衡器裸露的 vip，那么负载均衡器如何能力将该数据包发送给 server 呢？（因为 server 的 vip 是暗藏的，负载平衡服务器只能看到 rip）。在 DR 模式中，是通过 MAC 地址坑骗 的形式来实现。负载平衡服务器接管到 client 的申请数据包之后，将目标 MAC 地址替换为后端某一台 server1 的 MAC 地址（替换之前，目标 MAC 地址为负载均衡器的 MAC 地址），而后将数据包发送进来，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，因而束缚了：负载平衡服务器的 DIP 和后端的 server 必须在同一个机房(局域网)。
依据下面的推导，DR 模型的根本网络拓扑如图 3 所示。
图 3 FLB 的 DR 模型的根本网络拓扑图
在 RS 中如何配置 VIP，如何实现 VIP 暗藏？且听下回分解：LVS DR 模型试验搭建与验证。
作者：京东物流 伍泓全
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