一,LVS-DR工作原理

1.工作流程

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Real Server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ens33然后向外发出。
5.Real Server 直接将响应报文传送到客户端。

2.数据包流向

1.客户端发送请求到Director Server (负载均衡器),请求的数据报文到达内核空间。
报文:
源IP:客户端的IP 目标IP:VIP
源MAC:客户端的MAC 目的MAC:Director Server的MAC
2.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。然后将数据包发送给根据负载均衡算法选择的Real Server。(Director Sever和Real Server在同一个网络中,数据通过二层数据链路层来传输。)
报文:
源IP:客户端的IP 目标IP:VIP
源MAC:Director Server的MAC 目的MAC:Real Server的MAC
3.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,将响应报文通过lo接口传送给物理网卡然向外发出。
报文:
源IP:VIP 目标IP:客户端的IP
源MAC:Real Server的MAC 目的MAC:客户端的MAC
4.通过交换机和路由器将响应报文传送到客户端。客户端收到回复报文,得到想要的服务,但是不会知道是哪台服务器处理的。

3.DR模式的特点

1.Director Server和Real Server必须在同一个物理网络中。
2.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。
3.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
4.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。
5.Real Server上的l0接口配置VIP的IP地址。

4.LVS-DR中的ARP问题

1.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lP的ARP请求

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

二,Keepalived

1.keepalived是什么

keepalived是集群管理中保证集群高可用的一个服务软件,它的作用是检测web服务器的状态,如果有一台web服务器死机,或工作出现故障,Keepalived将检测到,并将有故障的web服务器从系统中剔除,当web服务器工作正常后,自动将web服务器加入到服务器集群中。解决了静态路由的单点故障问题。

Keepalived:早期的时候,就是为LVS 的HA高可用来设计
1.支持故障自动切换通过VIP虚拟地址漂移;

2.支持节点健康状态检查(Health Checking);
【keepalived健康检查的方式:
1.ping,只能知道对方的网卡或机器有没有宕机,没法检测lvs或nginx服务本身服务有没有挂掉(节点上的服务是否异常)
2.scripts脚本,周期检查,过滤服务的状态信息 if $? = 0 ,查看完后,停止或启动keepalived,邮件告警】
健康检查意义(目的):为了服务可以正常对外暴露,为了用户可以正常访问。

3.判断LVS负载调度器、节点服务器的可用性,当master主机出现故障及时切换到backup节点保证业务正常,当 master 故障主机恢复后将其重新加入群集并且业务重新切换回 master 节点(优先级),VIP漂移至优先级高的节点。

2.Keepalived实现原理

keepalived采用VRRP热备份协议实现Linux 服务器的多机热备功能;
VRRP(虚拟路由冗余协议)是针对路由器的一种备份解决方案;
由多台路由器组成一个热备份组,通过共用的虚拟IP地址对外提供服务;
每个热备组内同时只有一台主路由器提供服务,其他路由器处于冗余状态;
若当前在线的路由器失效,则其他路由器会根据设置的优先级自动接替虚拟IP地址,继续提供服务。

3.keepalived主要模块

core模块为keepalived的核心,负责主进程的启动、维护、以及全局配置文件的加载和解析。
check模块负责健康检查,包括常见的各种检查方式。
vrrp模块是来实现VRRP协议的。

4.keepalived脑裂问题

Keepalived的BACKUP主机在收到不MASTER主机报文后就会切换成为master,如果是它们之间的通信线路出现问题,无法接收到彼此的组播通知,但是两个节点实际都处于正常工作状态,这时两个节点均为master强行绑定虚拟IP,导致不可预料的后果,这就是脑裂。

三,DR+Keepalived部署

搭建环境:
DR 服务器(负载调度器)192.168.118.11 | ens33:0 (VIP):192.168.118.100
Web节点服务器1 192.168.118.13 | lo:0 (VIP):192.168.118.100
Web节点服务器2 192.168.118.14 | lo:0 (VIP):192.168.118.100
负载调度器:
(1)关防火墙,加载ip_vs模块
systemctl stop firewalld.service
systemctl disable firewalld.service
setenforce 0
#加载ip_vs模块,并安装ipvsadm工具
modprobe ip_vs
cat /proc/net/ip_vs
yum install -y ipvsadm
(2)配置虚拟 IP 地址
vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens33:0
DEVICE=ens33:0
ONBOOT=yes
IPADDR=192.168.118.100
NETMASK=255.255.255.255

ifup ens33:0
ifconfig ens33:0

LVS-DR模式+Keepalived_服务器

(3)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,应该关闭Linux 内核的重定向参数响应,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

LVS-DR模式+Keepalived_ip地址_02

(4)配置负载分配策略
ipvsadm-save > /etc/sysconfig/ipvsadm
或者
ipvsadm --save > /etc/sysconfig/ipvsadm

systemctl start ipvsadm.service

#清除原有策略
ipvsadm -C
ipvsadm -A -t 192.168.118.100:80 -s rr
ipvsadm -a -t 192.168.118.100:80 -r 192.168.118.13:80 -g #如果这里是隧道模式,直接将-g替换成-i即可
ipvsadm -a -t 192.168.118.100:80 -r 192.168.118.14:80 -g
#查看节点状态,Route代表 DR模式
ipvsadm -ln

LVS-DR模式+Keepalived_ip地址_03

Web1和web2配置相同
systemctl stop firewalld.service
systemctl disable firewalld.service
setenforce 0

配置虚拟 IP 地址
#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=192.168.118.100
NETMASK=255.255.255.255
ONBOOT=yes

ifup lo:0
ifconfig lo:0

#设置临时的路由,重启失效;禁锢路由
route add -host 192.168.118.100 dev lo:0
#查看路由
route -n

#开机自动添加路由,生产环境应该用这个
vim /etc/rc.local
/sbin/route add -host 192.168.118.100 dev lo:0
chmod +x /etc/rc.d/rc.local

LVS-DR模式+Keepalived_ip地址_04

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

yum install -y httpd
systemctl start httpd.service
systemctl enable httpd.service

LVS-DR模式+Keepalived_ip地址_05

Web1上:
echo 'this is test1 web!' > /var/www/html/index.html
Web2上:
echo 'this is test2 web!' > /var/www/html/index.html

LVS-DR模式+Keepalived_mac地址_06

Keepalived
搭建DR基础上,添加
备负载调度器(Director2) ens33:192.168.118.128

部署keepalived主
yum -y install keepalived
cd /etc/keepalived/
cp keepalived.conf keepalived.conf.bak
vim keepalived.conf

global_defs {
​ router_id lvs_01
}
vrrp_instance vi_1 {
​ state MASTER
​ interface ens33
​ virtual_router_id 51
​ priority 110
​ advert_int 1
​ authentication {
​ auth_type PASS
​ auth_pass 6666
}
virtual_ipaddress {
​ 192.168.118.100
}
}
virtual_server 192.168.118.100 80 {
​ lb_algo rr
​ lb_kind DR
​ persistence_timeout 6
​ protocol TCP
real_server 192.168.118.13 80 {
​ weight 1
​ TCP_CHECK {
​ connect_port 80
​ connect_timeout 3
​ nb_get_retry 3
​ delay_before_retry 3
}
}
real_server 192.168.118.14 80 {
​ weight 1
​ TCP_CHECK {
​ connect_port 80
​ connect_timeout 3
​ nb_get_retry 3
​ delay_before_retry 3
}
}
}
部署keepalived备
systemctl stop firewalld.service
setenforce 0

yum -y install ipvsadm keepalived
modprobe ip_vs #加载ip_vs模块
cat /proc/net/ip_vs #查看ip_vs版本信息

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

cd /etc/sysconfig/network-scripts/
cp -p ifcfg-ens33 ifcfg-ens33:0
vim ifcfg-ens33:0

DEVICE=ens33:0
ONBOOT=yes
IPADDR=192.168.118.100
NETMASK=255.255.255.255

ifup ens33:0
ifconfig ens33:0

systemctl restart network
#调整proc响应参数
#由于LVS负载均衡器和各节点需要共用vip地址,应该关闭linux内核的重定向响应参数,不充当路由器(转发、重定向)
vim /etc/sysctl.conf
net.ipv4.ip_forward = 0
net.ipv4.conf.default.send_redirects = 0
net.ipv4.conf.ens33.send_redirects = 0

sysctl -p

vim /opt/dr.sh
#!/bin/bash
ipvsadm -C
ipvsadm -A -t 192.168.118.100:80 -s rr #这里指定的虚拟IP为ens33网卡ip,启动keepliaved后会自动绑定虚拟网卡
ipvsadm -a -t 192.168.118.100:80 -r 192.168.118.13:80 -g
ipvsadm -a -t 192.168.118.100:80 -r 192.168.118.14:80 -g
ipvsadm

ipvsadm -Lnc

cd /etc/keepalived/
cp keepalived.conf keepalived.conf.bak
vim keepalived.conf

global_defs {
​ router_id lvs_02
}
vrrp_instance vi_1 {
​ State BACKUP
​ interface ens33
​ virtual_router_id 51
​ priority 100
​ advert_int 1
​ authentication {
​ auth_type PASS
​ auth_pass 6666
}
virtual_ipaddress {
​ 192.168.118.100
}
}
virtual_server 192.168.118.100 80 {
​ lb_algo rr
​ lb_kind DR
​ persistence_timeout 6
​ protocol TCP
real_server 192.168.118.13 80 {
​ weight 1
​ TCP_CHECK {
​ connect_port 80
​ connect_timeout 3
​ nb_get_retry 3
​ delay_before_retry 3
}
}
real_server 192.168.118.14 80 {
​ weight 1
​ TCP_CHECK {
​ connect_port 80
​ connect_timeout 3
​ nb_get_retry 3
​ delay_before_retry 3
}
}
}

负载均衡器主关闭keepalived后。在负载均衡器备上,ip a查看VIP地址是否漂移

LVS-DR模式+Keepalived_ip地址_07

LVS-DR模式+Keepalived_mac地址_08

LVS-DR模式+Keepalived_ip地址_09