LVS - DR集群
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 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然后向外发出。
(5)Real Server 直接将响应报文传送到客户端。
名词解释
名词 | 解释 |
---|---|
DS(Director Server) | 前端负载均衡节点服务器 |
RS(Real SERVER) | 真正提供服务的后端服务器 |
RIP(RealServer IP) | 后端服务器的ip地址 |
DIP | 调度器和后端服务器通信的ip |
CIP(Client IP) | 源IP(客户端的IP) |
VIP(Virtual IP) | 负载均衡对外提供访问的IP地址,一般负载均衡IP都会通过Viirtual IP实现高可用 |
源MAC地址 | DS调度器的MAC地址 |
目的MAC地址 | RS真正服务器的MAC地址 |
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。
(4)所有的请求报文经由 Director Server,但回复响应报文不能经过 Director Server。
(5)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。
(6)Real Server 上的 lo 接口配置 VIP 的 IP 地址。
一:ARP遇到的问题
问题一:IP 地址冲突
- 在LVS-DR负载均衡集群中,负载均衡器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
- 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的网络上,它们都会接收到ARP广播,都会响应。
- 但只应该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
解决方法:
-
对节点服务器进行处理,使其不响应针对VIP的ARP请求
-
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
路由器发送ARP请求(广播) ARP---->广播去找ip地址解析成mac地址 默认使用调度服务器上的外网地址(vip地址)响应,
需要在真实服务器上修改内核参数 使真实服务器只对自己服务器上的真实IP地址响应ARP解析。
问题二:第二次再有访问请求
- 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,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
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
二:LVS-DR实战
VIP地址 192.168.243.188
DIP 192.168.243.104
RIP 192.168.243.102 、192.168.243.103
tomcat服务器 192.168.243.107
1.配置tomcat服务器,负责动态页面
tomcat服务器部署
2.配置节点服务器
(1)七层反向代理,静态页面
七层反向代理
(2)配置虚拟IP地址
cd /etc/sysconfig/network-scripts/
cp ifcfg-lo ifcfg-lo:0
vim ifcfg-lo:0
DEVICE=lo:0
ONBOOT=yes
IPADDR=192.168.243.188
NETMASK=255.255.255.255 #注意:子网掩码必须全为 1
# 指定网卡重启
ifup lo:0
ifconfig lo:0
#配置路由转发规则
route add -host 192.168.243.188 dev lo:0
#加入到系统启动文件中
vim /etc/rc.local
/sbin/route add -host 192.168.243.188 dev lo:0
chmod +x /etc/rc.d/rc.local
(3)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
3.配置调度服务器
(1)配置负载调度器
#配置防火墙添加ipvsadm模块
systemctl stop firewalld.service
setenforce 0
modprobe ip_vs
cat /proc/net/ip_vs
yum -y install ipvsadm
(2)配置虚拟 IP 地址(VIP:192.168.243.188)
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
(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,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
(4)配置负载分配策略
ipvsadm-save > /etc/sysconfig/ipvsadm
systemctl start ipvsadm
ipvsadm -C
ipvsadm -A -t 192.168.243.188:80 -s rr
ipvsadm -a -t 192.168.243.188:80 -r 192.168.80.102:80 -g #若隧道模式,-g替换为-i
ipvsadm -a -t 192.168.243.188:80 -r 192.168.80.103:80 -g
ipvsadm
ipvsadm -ln #查看节点状态,Route代表 DR模式
(5)验证
lvs知识点小结
简述LVS三种工作模式,简述他们的区别?
答案:
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。
列举你知道的LVS调度算法?
答案:
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,因此负载均衡器将成为整个系统的瓶颈。
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: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”。