深入理解LVS篇：网络通信原理（三）路由转发模式NAT、DR和TUN

上篇文章我们简单讲解了ARP协议是如何让局域网中的各个主机找到对方的MAC地址的，实际上，ARP协议也可以应用于互联网中用于路由器之间找到下一条的MAC地址，但在本系列文章中，我们不对广域网的使用场景进行过多展开。
我们接着来探究路由转发模型，这些模型也是我们后面配置LVS的理论基础，这里涉及到三种转发模式 ：

• NAT 地址转换模式
• DR 直接路由模式
• TUN 隧道模式

NAT模式

还是前几篇文章中的网络拓扑图为例，我们对它进行升级，让他接入到互联网中：

我们先清楚一件事情，那就是在网络请求的过程中，都是以IP:PORT的形式来唯一识别这个数据包需要被哪个服务进行处理。路由器接收到数据包之后，若发现数据包中的目标IP和自己的匹配，就会收下这个数据包，然后根据端口来转发到对应的程序上进行处理。这就相当于，IP表示你家所在的楼栋，PORT来指明你家具体在哪一户。
假设主机A需要与互联网中的另一台主机C进行通讯，它会经过如下流程：

• 建立数据包，源IP是192.168.174.10:8848，目标IP是14.215.177.38:80
• 交换机在本地缓存中没有找到IP为14.215.177.38的映射，移交给路由器
• 路由器查询本地的路由表，发现需要将数据包交给下一跳网关处理，于是将源IP换成路由器自己的公网IP6.6.6.6，然后发送给下一跳网关
• 数据包经过互联网路由找到14.215.177.38，将数据包丢给端口号为80的程序进行处理，然后原路返回
• 6.6.6.6路由器收到源IP为14.215.177.38:80，目标IP为6.6.6.6:8848的数据包，收下，并丢给端口为8848的程序进行处理，通信结束。

在第三步中，路由器将源IP替换成自己的公网IP并转发到下一跳网关的行为，就是NAT模式。确切的说，因为替换的是源IP，所以是S-NAT(源地址替换模式)。同理，也有目标地址替换模式D-NAT。

但是这种模式存在一个问题，我们来假设这么一个场景：图片左端的主机A和主机B都要和互联网上的另一台主机C进行通讯，恰好在A和B当中，程序申请的端口号都一样，比如2100。因为主机C不在局域网当中，所以它们的数据包在经过路由器之后会被包装成6.6.6.6:2100 -> 14.215.177.38:80的形式，最终经过路由器不断的转发找到对应的服务并处理返回，返回的数据包长这样：14.215.177.38:80 -> 6.6.6.6:2100。那么问题来了，这种模样的数据包如果我们的路由器收到的话，是没办法正确地转发到对应地服务中的，因为在我们的局域网当中，主机A和主机B存在两个端口一样的程序。我们用图来简单描述一下这个过程：

这种情况该如何解决呢？

答案是在路由器中做一层映射，路由器在做S-NAT对源IP进行替换的时候，留下一个物理端口和源IP的映射，不再以源IP的端口进行替换。比如数据包经过路由器的时候，留下一个物理端口：源IP的映射，然后在做地址替换的时候，使用源IP+物理端口的形式进行替换，比如说：

DR

DR也叫做直接路由模型，它和NAT的区别是可以通过下一条网关MAC的物理地址直接找到目标服务器。也就是说，目标服务器必须要和路由器处于同一个局域网，如下图：

主机A需要与主机B进行通信，当路由器收到数据包之后，会直接根据主机B的MAC地址包装进行跳转，而不用改动IP层的地址。

这几种模式会用在LVS中作为数据包的转发策略使用，我们后续在搭建LVS的时候使用DR模型进行搭建。