部署LVS-DR群集(DR模式)

LVS-DR数据包流向分析

(1)客户端发送请求到Director Server(负载均衡器),请求的数据报文(源IP是CIP,目标IP是VIP)到达内核空间。

(2)Director Server和Real Server在同一个网络中,数据通过二层数据链路层来传输。

(3)内核空间判断数据包的目标IP是本机VIP,此时IPVS(IP虚拟服务器)比对数据包请求的服务是否是集群服务,是集群服务就重新封装数据包。修改源MAC地址为Director Server的MAc地址,修改目标MAC地址为Reaserver的MAC地址,源IP地址与目标IP地址没有改变,然后将数据包发送给Real Server。

(4)到达Real Server的请求报文的MAC地址是自身的 MAC地址,就接收此报文。数据包重新封装报文(源IP地址为VIP,目标IP为CIP),将响应报文通过lo接口传送给物理网卡然后向外发出。

(5)Real server直接将响应报文传送到客户端。

DR模式的特点

  • Director Server 和 Real Server 必须在同一个物理网络中。
  • Real Server 可以使用私有地址,也可以使用公网地址。如果使用公网地址,可以通过互联网对 RIP 进行直接访问。
  • Director Server 作为群集的访问入口,但不作为网关使用。
  • 所有的请求报文经由 Director Server,但回复响应报文不能经过 Director Server。
  • Real Server的网关不允许指向Director Server IP,即 Real Server 发送的数据包不允许经过 Director Server。
  • Real Server 上的 lo 接口配置 VIP 的 IP 地址。

LVS-DR中的ARP问题

问题一:

  • 在LVS-DR负载均衡集群中,负载均衡与节点服务器都要配置相同的VIP地址。

  • 在局域网中具有相同的IP地址,势必会造成各服务器ARP通信的紊乱。

    解决思路:
    • 当ARP广播发送到LVS-DR集群时,因为负载均衡器和节点服务器都是连接到相同网络上,它们都会接收到ARP广播。
    • 只有前端的负载均衡器进行响应,其他节点服务器不应该响应ARP广播。
  • 对节点服务器进行处理,使其不响应针对VIP的ARP请求。

    解决方法:
    • 使用虚接口lo:0承载VIP地址
    • 设置内核参数arp_ignore=1:系统只响应目的IP为本地IP的ARP请求

      问题二:

  • RealServer返回报文(源IP是VIP)经路由器转发,重新封装报文时,需要先获取路由器的MAC地址。

  • 发送ARP请求时,Linux默认使用IP包的源IP地址(即VIP)作为ARP请求包中的源IP地址,而不使用发送接口的IP地址

    • 如:ens33
  • 路由器收到ARP请求后,将更新ARP表项

  • 原有的VIP对应Director的MAC地址会被更新为VIP对应RealServer的MAC地址

  • 路由器根据ARP表项,会将新来的请求报文转发给RealServer,导致Director的VIP失效
    解决方法:
    • 对节点服务器进行处理,设置内核参数arp_announce=2:系统不使用IP包的源地址来设置ARP请求的源地址,而选择发送接口的IP地址。

解决ARP的两个问题的设置方法

修改/etc/sysctl.conf文件
net.ipv4.conf.lo.arp_ignore=1#忽略不对本机的物理接口IP地址的ARP请求
net.ipv4.conf.lo.arp_announce=2#使用本机的物理接口IP地址发送ARP请求,而不使用即将发送的数据包的源IP发送ARP请求
net.ipv4.conf.all.arp_ignore=1
net.ipv4.conf.all.arp_announce=2

LVS负载均衡DR模式群集部署

DR模式.png

调度器:ens33:0  承载VIP,设置内核参数,不做路由器转发,配置ipvsadm   -g指定为DR模式
节点服务器:lo:0  承载VIP,设置内核参数,限制ARP请求,配置路由限制在本地   安装wEB应用

搭建环境

主机 操作系统 IP地址 所需服务
DR服务器(负载调度器) CentOS7 ens33:192.168.80.20,ens33:0 (VIP):192.168.80.188 ipvsadm
Web节点服务器1 CentOS7 ens33:192.168.80.30,ens33:0 (VIP):192.168.80.188 httpd
Web节点服务器2 CentOS7 ens33:192.168.80.40,ens33:0 (VIP):192.168.80.188 httpd
客户端 Windows7 192.168.80.100

:此次搭建在同一局域网内,设置网络时不用网关和DNS,注释即可。如果不在同一网段,需要配置网关。

1.配置负载调度器(192.168.80.20)

systemctl stop firewalld.service
setenforce 0
modprobe ip_vs
cat /proc/net/ip_vs

yum -y install ipvsadm

DR负载1.png

(1)配置虚拟IP地址(VIP:192.168.80.188)

cd /etc/sysconfig/network-scripts/
cp ifcfg-ens33 ifcfg-ens33:0       #若隧道模式,复制为ifcfg-tunl0

vim ifcfg-ens33:0
DEVICE=ens33:0
ONBOOT=yes
IPADDR=192.168.80.188
NETMASK=255.255.255.255

ifup ens33:0
ifconfig ens33:0

DR负载2.png

(2)调整proc响应参数

#由于LVS负载调度器和各节点需要共用VIP地址,需要关闭icmp的重定向,不充当路由器。
vim /etc/sysctl.conf
net.ipv4.ip_forward = 0
net.ipv4.conf.all.send_redirects = 0
net.ipv4.conf.default.send_redirects = 0
net.ipv4.conf.ens33.send_redirects = 0

sysctl -p

DR负载3.png

(3)配置负载分配策略

ipvsadm-save > /etc/sysconfig/ipvsadm
systemctl start ipvsadm

ipvsadm -C
ipvsadm -A -t 192.168.80.188:80 -s rr
ipvsadm -a -t 192.168.80.188:80 -r 192.168.80.30:80 -g #若隧道模式,-g替换为-i
ipvsadm -a -t 192.168.80.188:80 -r 192.168.80.40:80 -g
ipvsadm

ipvsadm -ln   #查看节点状态,Route代表DR模式

DR负载4.png

2.配置节点服务器

Web节点服务器1:ens33:192.168.80.30 lo:0 (VIP):192.168.80.188
Web节点服务器2:ens33:192.168.80.40 lo:0 (VIP):192.168.80.188

systemctl stop firewalld.service
systemctl disable firewalld.service
setenforce 0

DR节点1.png

(1)配置虚拟IP地址(VIP:192.168.80.188)

#此地址仅用做发送 Web 响应数据包的源地址,并不需要监听客户机的访问请求(改由调度器监听并分发)。
#因此使用虚接口lo:0来承载VIP地址,并为本机添加一条路有记录,将访问VIP的数据限制在本地,以避免通信紊乱。
vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-lo:0
DEVICE=lo:0
IPADDR=192.168.80.188
NETMASK=255.255.255.255
ONBOOT=yes

ifup lo:0
ifconfig lo:0
route add -host 192.168.80.188 dev lo:0#设置临时的路由,重启失效;禁锢路由
route -n#查看路由

#开机自动添加路由
vim /etc/rc.local
--添加--
/sbin/route add -host 192.168.80.188 dev lo:0

chmod +x /etc/rc.d/rc.local

DR节点2.png

(2)调整内核的ARP 响应参数以阻止更新VIP的MAC地址,避免发生冲突

vim /etc/sysctl.conf
......
net.ipv4.conf.lo.arp_ignore = 1 #系统只响应目的IP为本地IP的ARP请求
net.ipv4.conf.lo.arp_announce = 2 #系统不使用IP包的源地址来设置ARP请求的源地址,而选择发送接口的IP地址
net.ipv4.conf.all.arp_ignore = 1
net.ipv4.conf.all.arp_announce = 2
sysctl -p
或者
echo "1" >/proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_ignore
echo "2" >/proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_announce
echo "1" >/proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_ignore
echo "2" >/proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_announce
sysctl -p
--------------------
yum install -y httpd
systemctl start httpd.service
systemctl enable httpd.service

echo 'this is test web1!' > /var/www/html/index.html
echo 'this is test web2!' > /var/www/html/index.html

DR节点3.png

DR节点4.png

4.测试验证

在客户端访问 http://192.168.80.188/,刷新测试负载均衡是否成功

DR测试1.png

DR测试2.png


基本总结

简述LVS三种工作模式及其区别

NAT:通过网络地址转换实现的虚拟服务器,大并发访问时,调度器的性能成为瓶颈
DR:使用路由技术实现虚拟服务器,节点服务器需要配置VIP,注意MAC地址广播
TUN:通过隧道方式实现虚拟服务器。

列举LVS调度算法

轮询(Round Robin)
加权轮询(weighted Round Robin)
最少连接(Least Connections)
加权最少连接(weighted Least Connections)
源地址哈希值(source hash)

LVS调度器常见算法(均衡策略)

  • LVS调度器用的调度方法基本分为两类
#固定调度算法:rr,wrr,dh,sh
rr:轮询算法,将请求依次分配给不同的rs节点,即RS节点中均摊分配。适合于RS所有节点处理性能接近的情况。
wrr:加权轮训调度,依据不同RS的权值分配任务。权值较高的RS将优先获得任务,并且分配到的连接数将比权值低的RS更多。相同权值的RS得到相同数目的连接数。
dh:目的地址哈希调度(destination hashing)以目的地址为关键字查找一个静态hash表来获得所需RS。
sh:源地址哈希调度(source hashing)以源地址为关键字查找一个静态hash表来获得需要的RS。
------------------------------
#动态调度算法:wlc,lc,lblc
wlc:加权最小连接数调度,假设各台RS的权值依次为wi,当前tcp连接数依次为Ti,依次去Ti/Wi为最小的Rs作为下一个分配的RS.
lc:最小连接数调度(least-connection),IPVS表存储了所有活动的连接。LB会比较将连接请求发送到当前连接最少的RS。
lblc:基于地址的最小连接数调度( locality-based least-connection)﹔将来自同一个目的地址的请求分配给同一台RS,此时这台服务器是尚未满负荷的。否则就将这个请求分配给连接数最小的RS,并以它作为下一次分配的首先考虑。

LVS的工作模式及其工作过程

  • LVS有三种负载均衡的模式,分别是VS/NAT (nat模式)、VS/DR(路由模式)、VS/TUN(隧道模式)。

1、NAT模式(VS-NAT)

原理:首先负载均衡器接收到客户的请求数据包时,根据调度算法决定将请求发送给哪个后端的真实服务器(RS)。然后负载均衡器就把客户端发送的请求数据包的目标IP地址及端口改成后端真实服务器的IP地址(RIP)。真实服务器响应完请求后,查看默认路由,把响应后的数据包发送给负载均衡器,负载均衡器在接收到响应包后,把包的源地址改成虚拟地址(VIP)然后发送回给客户端。

优点:集群中的服务器可以使用任何支持TCP/IP的操作系统,只要负载均衡器有一个合法的IP地址。

缺点:扩展性有限,当服务器节点增长过多时,由于所有的请求和应答都需要经过负载均衡器,负载均衡器将是整个系统的瓶颈。

2、直接路由模式(VS-DR)

原理:首先负载均衡器接收到客户的请求数据包时,根据调度算法决定将请求发送给哪个后端的真实服务器(RS)。然后负载均衡器就把客户端发送的请求数据包的目标MAC地址改成后端真实服务器的MAc地址(R-MAC)。真实服务器响应完请求后,查看默认路由,把响应后的数据包直接发送给客户端,不需要经过负载均衡器。

优点:负载均衡器只负责将请求包分发给后端节点服务器,而Rs将应答包直接发给用户。所以,减少了负载均衡器的大量数据流动,负裁均衡器不再是系统的瓶颈,也能处理很巨大的请求量。
缺点:需要负载均衡器与真实服务器RS都有一块网卡连接到同一物理网段上,必须在同一个局域网环境.

3、IP隧道模式(VS-TUN)

原理:首先负载均衡器接收到客户的请求数据包时,根据调度算法决定将请求发送给哪个后端的真实服务器(RS)。然后负载均衡器就把客户端发送的请求报文封装一层IP隧道(T-IP)转发到真实服务器(RS)。真实服务器响应完请求后,查看默认路由,把响应后的数据包直接发送给客户端,不需要经过负载均衡器。

优点:负载均衡器只负责将请求包分发给后端节点服务器,而RS将应答包直接发给用户。所以,减少了负载均衡器的大量数据流动,负载均衡器不再是系统的瓶颈,也能处理很巨大的请求量。
缺点:隧道模式的Rs节点需要合法IP,这种方式需要所有的服务器支持"IP Tunneling"。