LVS集群详解-优快云博客

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/Dead_LS/article/details/103676680

实现集群
从硬件上实现：
1、F5
2、BIG-IP
从软件实现：
1、LVS（工作在tcp/ip的第四层）
2、haproxy
3、ngnix（工作在第七层）
4、varnish

LVS 简介
LVS ，即 Linux Virtual Server ，Linux 虚拟服务器；是一个虚拟的服务器集群，是LB集群的一个实现。

LVS的四种模式
1、DR
2、nat
3、ip-tun
4、full-nat

LVS的相关术语
DR：Director Server 指的是前端负载均衡器节点，控制器、调度器
RS：Real Server 后端真实的工作服务器，后台提供服务的主机
VIP：向外部直接面向用户请求，作为用户请求的目标的IP地址，控制器上对外开放的ip
DIP：Director Server IP 主要用于和内部主机通讯的IP地址，控制器上连接后端服务器的ip
RIP：Real Server IP 后端服务器的IP地址
CIP：Client IP 访问客户端的IP地址，客户端ip

工作原理
lvs附着于netfilter，有五个内置的钩子函数
PREROUTING—>INPUT(流向内部)
PREROUTING—>FORWARD—>POSTROUTING(转发)
OUTPUT—> POSTROUTING（流向外部）
在这里插入图片描述
1.当用户向负载均衡调度器发起请求，调度器将请求发往至内核空间
2.PREROUTING链首先会受到用户请求，判断目标ip确定是本机ip，将数据包发往INPUT链
3.IPVS是工作在INPUT链上的，当用户请求到达INPUT时，IPVS会将用户请求和自己已定义好的集群服务进行比对。如果用户请求的就是定义的集群服务，那么此时IPVS会强行修改数据包里的目标IP地址及端口，将新的数据包发往POSTROUTING链
4.POSTROUTING链接收数据包后发现目标IP地址刚好是自己的后端服务器，那么此时通过选路，将数据包最终发送给后端的服务器

lvs工作于INPUT
PREROUTING—>INPUT（lvs在此强行改变数据流向）—> POSTROUTING

lvs组成（两部分）
1、ipvs（ip virrual server）：一段代码，工作在内核，是真正生效实现调度的代码，是工作在内核中的netfilter input钩子函数上
2、ipvsadm：工作在用户空间，负责为ipvs内核框架编写规则，是工作在用户空间的命令行工具，写具体的规则，用于管理集群服务

一、DR模式（Direct Routing）
在这里插入图片描述
它通过修改请求报文的目标mac地址进行转发
1.保证前端路由器将目标IP为VIP的请求报文发送给director(静态绑定 arptables 修改rs主机内核的参数)
2.rs的rip可以使用私有地址，但也可以使用公网地址
3.请求报文经由director调度，但响应的报文一定不能经由director
4.rs跟director必须在同一物理网络中(同一物理网络不等于同网段)
5.RS网关不能指向dip
数据流向：
(a) 当用户请求到达Director Server，此时请求的数据报文会先到内核空间的PREROUTING链。此时报文的源IP为CIP，目标IP为VIP
(b) PREROUTING检查发现数据包的目标IP是本机，将数据包送至INPUT链
© IPVS比对数据包请求的服务是否为集群服务，若是，将请求报文中的源MAC地址修改为DIP的MAC地址，将目标MAC地址修改RIP的MAC地址，然后将数据包发至POSTROUTING链。此时的源IP和目的IP均未修改，仅修改了源MAC地址为DIP的MAC地址，目标MAC地址为RIP的MAC地址
(d) 由于DS和RS在同一个网络中，所以是通过二层来传输。POSTROUTING链检查目标MAC地址为RIP的MAC地址，那么此时数据包将会发至Real Server。
(e) RS发现请求报文的MAC地址是自己的MAC地址，就接收此报文。处理完成之后，将响应报文通过lo接口传送给eth0网卡然后向外发出。此时的源IP地址为VIP，目标IP为CIP
(f) 响应报文最终送达至客户端

配置实验
1、配置
VIP：向外部直接面向用户请求，作为用户请求的目标的IP地址，即实验中配置的172.25.23.100
DIP：Director Server IP 主要用于和内部主机通讯的IP地址，即实验中配置的172.25.23.1，即调度器的内网ip
RIP：Real Server IP 后端服务器的IP地址，后端主机的内网ip，即172.25.23.2和172.25.23.3
CIP：Client IP 访问客户端的IP地址，即用户客户机的ip，此处用真机进行访问，即172.25.23.23

1)基于软件的配置
准备三台虚拟机，server1做调度器，server2，server3做后端服务器

server1					server2					server3
内网ip			172.25.23.1				172.25.23.2				172.25.23.3
vip				172.25.23.100			172.25.23.100			172.25.23.100
配置				调度器						阿帕奇						阿帕奇

配置：

在server1上
1）配置yum源

cd /etc/yum.repos.d/
vim rhel-source.repo 
	name=Red Hat Enterprise Linux $releasever - $basearch - Source
	baseurl=http://172.25.23.250/rhel6.5
	enabled=1
	gpgcheck=0
	gpgkey=file:///etc/pki/rpm-gpg/RPM-GPG-KEY-redhat-release

	[LoadBalancer]
	name=Red Hat Enterprise Linux $releasever - $basearch - Source
	baseurl=http://172.25.23.250/rhel6.5/LoadBalancer	
	enabled=1
	gpgcheck=0
	gpgkey=file:///etc/pki/rpm-gpg/RPM-GPG-KEY-redhat-release

2）给另两台主机发送配置好的yum源

yum install openssh-clients -y
scp /etc/yum.repos.d/rhel-source.repo root@172.25.23.2:/etc/yum.repos.d/   ##yum源发给另外两台服务器
scp /etc/yum.repos.d/rhel-source.repo root@172.25.23.3:/etc/yum.repos.d/

3）配置ipvsadm

yum install ipvsadm -y		##安装ipvsadm
	ipvsadm -l					##查看编写规则
	lsmod
	lsmod|grep ip_vs
	ip addr add 172.25.23.100/24 dev eth0			##给网卡添加内网地址
	ipvsadm -A -t 172.25.23.100:80 -s rr			##在lvs中为http协议添加一个vip为100的server，并设置调度方式为Round Robin，即轮询。添加一个集群服务
	#	-A  ##添加
	#	-E	##修改
	#	-t 	##tcp
	#	-u	##udp
	#	-s	##指定调度算法		
	ipvsadm -a -t 172.25.23.100:80 -r 172.25.23.2:80 -g	##访问100时，转向23.2服务器。给一个集群服务添加一条RS规则
	ipvsadm -a -t 172.25.23.100:80 -r 172.25.23.3:80 -g	##访问100时，转向23.3服务器
	#	-a	##添加
	#	-e	##修改
	#	-d	##删除
	#	-g	##dr模式直接路由gatway
	ipvsadm -l
	#	-c	##列出当前所有的connection
    # 	--stats	##列出统计数据
    #	--rate	##速率数据
	/etc/init.d/ipvsadm save				##保存规则
	ipvsadm -l

在server2（后端服务器）
1）配置阿帕奇i

yum install httpd -y
/etc/init.d/httpd start
cd /var/www/html/
vim index.html
	server2
/etc/init.d/httpd restart

2）网卡添加内网地址

ip addr add 172.25.23.100/32 dev eth0##给网卡添加内网地址

3）arp规则

yum search arptables
yum install arptables_jf.x86_64 -y		##安装arp防火墙软件
arptables -L					##查看
arptables -A IN -d 172.25.23.100 -j DROP	##写arp规则，询问到此主机100时，访问被丢弃
arptables -A OUT -s 172.25.23.100 -j mangle --mangle-ip-s 172.25.23.2	##访问100以23.2返回
arptables -L
/etc/init.d/arptables_jf save			##保存规则

在server3 （后端服务器）

yum install openssh-clients -y
yum install httpd -y
/etc/init.d/httpd start
cd /var/www/html/
vim index.html
	server3
/etc/init.d/httpd restart
ip addr add 172.25.23.100/32 dev eth0		##给网卡添加内网地址
yum install arptables_jf.x86_64 -y
arptables -A IN -d 172.25.23.100 -j DROP
arptables -A OUT -s 172.25.23.100 -j mangle --mangle-ip-s 172.25.23.3
arptables -L
/etc/init.d/arptables_jf save

测试：真机充当客户机

curl 172.25.23.100	##访问

测试效果,在server1上
ipvsadm -L
可以看到轮询
真机上
arp -an|fgrep 100 ##查看访问到那个主机网卡
2)基于内核的配置
##配置内核参数
##arp_ignore和arp_announce参数都和ARP协议相关，主要用于控制系统返回arp响应和发送arp请求时的动作。这两个参数很重要，特别是在LVS的DR场景下，它们的配置直接影响到DR转发是否正常

arp_ignore参数的作用是控制系统在收到外部的arp请求时，是否要返回arp响应
0：如果路由向我的一个网络接口发送广播，请求的是本机上的其他接口，就告知它（默认值）
1：只响应目的IP地址为接收网卡上的本地地址的arp请求，如果路由向我的一个网络接口发送广播，请求的是本机上的其他接口，就拒绝它
arp_announce的作用是控制系统在对外发送arp请求时，如何选择arp请求数据包的源IP地址
0: 一旦我接入一个网络，就向这个网络内的所有主机通告自己所有的网络接口信息，不隐藏（默认值）
1：一旦我接入一个网络，就将接入网络这一个接口的信息通告其他主机，本机上的其他接口信息可以通告也可以不通告
2：忽略IP数据包的源IP地址，选择该发送网卡上最合适的本地地址作为arp请求的源IP地址，一旦我接入一个网络，就将接入网络这一个接口的信息通告其他主机，本机上的其他接口信息绝对不通告出去

在serve1上

ipvsadm -C
ip addr add 172.25.23.100/24 dev eth0
ipvsadm -A -t 172.25.23.100:80 -s rr
ipvsadm -a -t 172.25.23.100:80 -r 172.25.23.2:80 -g
ipvsadm -a -t 172.25.23.100:80 -r 172.25.23.3:80 -g

在server2

sysctl -a |grep arp_ignore			##修改内核参数
sysctl -a |grep arp_announce		##修改内核参数
sysctl -w net.ipv4.conf.all.arp_ignore=1
sysctl -w net.ipv4.conf.lo.arp_ignore=1
sysctl -w net.ipv4.conf.all.arp_announce=2
sysctl -w net.ipv4.conf.lo.arp_announce=2
ip addr add 172.25.23.100/32 dev eth0

在server3上

sysctl -a |grep arp_ignore
sysctl -a |grep arp_announce
sysctl -w net.ipv4.conf.all.arp_ignore=1
sysctl -w net.ipv4.conf.lo.arp_ignore=1
sysctl -w net.ipv4.conf.all.arp_announce=2
sysctl -w net.ipv4.conf.lo.arp_announce=2
ip addr add 172.25.23.100/32 dev eth0

2、对服务器进行健康状态检查
server1是调度器，临时服务器，server2和server3是后端服务器

server1（调度器）上
1）修改yum源

vim rhel-source.repo
	name=Red Hat Enterprise Linux $releasever - $basearch - Source
	baseurl=http://172.25.23.250/rhel6.5
	enabled=1
	gpgcheck=0
	gpgkey=file:///etc/pki/rpm-gpg/RPM-GPG-KEY-redhat-release

	[LoadBalancer]
	name=Red Hat Enterprise Linux $releasever - $basearch - Source
	baseurl=http://172.25.23.250/rhel6.5/LoadBalancer
	enabled=1
	gpgcheck=0
	gpgkey=file:///etc/pki/rpm-gpg/RPM-GPG-KEY-redhat-release

	[HighAvailability]
	name=Red Hat Enterprise Linux $releasever - $basearch - Source
	baseurl=http://172.25.23.250/rhel6.5/HighAvailability	##
	enabled=1
	gpgcheck=0
	gpgkey=file:///etc/pki/rpm-gpg/RPM-GPG-KEY-redhat-release
yum clean all 
yum repolist

2）安装软件
##此处ldirectord-3.9.5-3.1.x86_64.rpm需要从真机复制过来，如果没有需要下载

yum install ldirectord-3.9.5-3.1.x86_64.rpm -y
rpm -qpl ldirectord-3.9.5-3.1.x86_64.rpm
cp /usr/share/doc/ldirectord-3.9.5/ldirectord.cf /etc/ha.d/
vim /etc/ha.d/ldirectord.cf
	 25 virtual=172.25.23.100:80		##访问地址
	 26         real=172.25.23.2:80 gate	##后端服务器
	 27         real=172.25.23.3:80 gate	##后端服务器
	 28         fallback=127.0.0.1:80 gate	##本机
	 29         service=http
	 30         scheduler=rr
	 31         #persistent=600
	 32         #netmask=255.255.255.255
	 33         protocol=tcp
	 34         checktype=negotiate
	 35         checkport=80
	 36         request="index.html"
	 37         #receive="Test Page"
	 38         #virtualhost=www.x.y.z

ipvsadm -l
ipvsadm -C			##需要刷新一下策略
/etc/init.d/ldirectord restart	##重启
ipvsadm -l			##查看服务器运行状态

3）配置http服务
#给server1安装阿帕器，当后端服务器故障后，server1临时顶替工作

yum install httpd -y
/etc/init.d/httpd start
cd /var/www/html/
vim index.html
	server1
/etc/init.d/httpd restart

实验效果
当server2服务器stop后，客户机（真机）curl 172.25.23.100，一直是server3服务器在工作，当server2，server3同时stop后，server1顶替工作，
用到命令：

server2上
/etc/init.d/httpd stop
/etc/init.d/httpd start
server3上
/etc/init.d/httpd stop
/etc/init.d/httpd star
真机
curl 172.25.23.100

在server1上
ipvsadm -l
可以看到此时哪台服务器在工作
三、NAT模式
在这里插入图片描述
多目标的DNAT：通过修改请求报文的目标IP地址(同时可能会修改目标端口)，至挑选出某RS的RIP地址实现转发
1.RS和DIP应该使用私网地址，且RS的网关要指向DIP
2.请求和响应报文都要经由director转发，极高负载的场景中，director可能会成为系统瓶颈
3.RS可以使用任意OS
4.RS的RIP和Director的DIP必须要在同一IP网络：RS的网关要指向DIP
数据流向：
(a). 当用户请求到达Director Server，此时请求的数据报文会先到内核空间的PREROUTING链。此时报文的源IP为CIP，目标IP为VIP
(b). PREROUTING检查发现数据包的目标IP是本机，将数据包送至INPUT链
©. IPVS比对数据包请求的服务是否为集群服务，若是，修改数据包的目标IP地址为后端服务器IP，然后将数据包发至POSTROUTING链。此时报文的源IP为CIP，目标IP为RIP
(d). POSTROUTING链通过选路，将数据包发送给Real Server
(e). Real Server比对发现目标为自己的IP，开始构建响应报文发回给Director Server。此时报文的源IP为RIP，目标IP为CIP
(f). Director Server在响应客户端前，此时会将源IP地址修改为自己的VIP地址，然后响应给客户端。此时报文的源IP为VIP，目标IP为CIP