LVS实现了三种IP负载均衡技术，它们分别为通过网络地址转换实现的集群（VS/NAT），通过IP隧道技术实现的集群（VS/TUN）和采用直接路由实现的集群（VS/UR）。下面将仔细分析其工作原理及其优缺点，在这里先做以下约定：称客户的Socket和服务器的Socket之间的数据通信为连接，无论它们是使用TCP协议还是UDP协议。
（一）用网络地址转换（NAT）实现虚拟服务器（VS/NAT）
NAT的网络结构呈现为一种类似防火墙的私有网结构，中间的虚线表示网络隔离带。通过内部IP地址，将服务节点池同互联网隔离开来。服务节点无法和客户端直接通信，无论是请求数据还是应答数据，都需要经过负载均衡器进行IP包处理工作。
NAT中主要的工作就是改写IP包的源、目的地址信息，使发向VIP的请求数据经过改写后重新指向内部主机；同样，内部的应答数据经过负载均衡器改写后，以VIP作为源地址发至请求者。这样的模式也称作网络地址转换（也有的叫作IP地址伪装），我们在代理服务器、Iptables、透明网关等应用中，都使用到这种模型，可以说这是一件比较成熟的技术。
使用NAT方式，要对进入和流出集群的网络包进行改写包头地址的工作，在负荷比较重的时候会影响整个集群的性能，负载均衡器容易成为瓶颈。
（二）用IP Tunneling实现虚拟服务器（VS/TUN）
IP Tunneling（隧道）又称为IP Encapsulation（IP封装），是一种把IP数据包（包括IP数据包包头和IP数据包数据）封装在一个新的IP数据包里的技术，在这个新的IP数据包里原来的IP数据包仅仅作为它的数据部分。这样一来，目的地址为一个IP地址的数据包在经过封装以后就能够重定向到另一个IP地址。IP封装技术被广泛地应用于Mobile-IP（移动IP）、IP-Multicast（IP组播）领域。(www.xing528.com)
IP模式采用的是开放的网络结构，服务节点拥有合法的互联网IP地址，可以通过路由路径将应答包直接返回给客户端。因此，负载均衡器仅仅处理进入集群的请求数据包，而返回包不经过路由器。因此，这种模式称作单工连接模式（单方向连接工作模式）。负载均衡器和服务节点的连接可以是LAN，也可以在不同的网络上，只需要保证负载均衡器能够将IP包发送至服务节点即可。
负载均衡器收到客户端的请求包后，通过IPIP协议为该IP包重新处理，形成以选定的服务节点为目的IP的新的IP包，原有的IP包数据则封装在新的IP包里。服务节点收到均衡器发来的IPIP数据后，将该包解开，根据其内的客户端地址（源地址）将处理结果直接返回给客户端，而应答包的源地址则成为集群的虚拟地址VIP。
IPIP模式的技术在其他领域也有体现，因为对IP进行重新封装，整个过程对应用层仍然是透明的。PPTP协议就是对IP隧道协议的一种应用。不过，目前IPIP仅仅在Linux系统上实现。该协议必须在Kernel中打开设备选项支持，通过Tunel设备绑定VIP，服务节点在返回应答数据时，可以以VIP作为源地址构筑应答包。
（三）用Direct Routing实现虚拟服务器（VS/DR）
和IPIP模式一样，DR模式也是采用单工的连接方式，应答数据不再经过均衡器而直接返回给客户端。服务节点也必须拥有能够到达客户端的合法IP地址。而且，DR模式中，负载均衡器和服务节点必须位于同一个网段。
负载均衡器接收到客户端请求后，选择合适的服务节点，然后改写请求包的MAC地址部分，使之成为目的服务节点的MAC地址，再将此包广播到均衡器所在的网段。由于每个服务节点都拥有一个虚拟的网络设备，这些设备上绑定了和均衡器一样的VIP，只是该设备并不响应对VIP的RAP解析，不会和均衡器的VIP地址冲突。负载均衡器收到符合自身MAC的IP包后，经过处理后直接将应答数据返回给客户，而此时的源地址仍然是VIP。这样，在客户端看来，访问的和接受响应的始终是集群的VIP地址。
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