LVS负载均衡

最新推荐文章于 2024-08-11 01:23:30 发布
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版权

LVS原理

  • 当用户的请求过来时，会直接分发到Director Server上，然后它把用户的请求根据设置好的调度算法，智能均衡地分发到后端真正服务器(real server)上

LVS的组成–Director Server

  1. ipvs(ip virtual server)：一段代码工作在内核空间，叫ipvs，是真正生效实现调度的代码。
  2. ipvsadm：另外一段是工作在用户空间，叫ipvsadm，负责为ipvs内核框架编写规则，定义谁是集群服务，而谁是后端真实的服务器。(Real Server)

LVS相关术语

  1. DS：Director Server,指的是前端负载均衡器节点。
  2. RS：Real Server,后端真实的工作服务器。
  3. VIP：Virtual IP,向外部直接面向用户请求，作为用户请求的目标的IP地址。
  4. DIP：Director Server IP,主要用于和内部主机通讯的IP地址。
  5. RIP：Real Server IP,后端服务器的IP地址。
  6. CIP：Client IP,访问客户端的IP地址。

LVS/NAT

原理

在这里插入图片描述

  • NAT方式的实现原理和数据包的改变
  1. 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
  2. PREROUTING检查发现数据包的目标IP是本机，将数据包送至INPUT链
  3. 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
  4. POSTROUTING链通过选路，将数据包发送给Real Server
  5. 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
  6. 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

LVS-NAT模型的特性

  1. RS应该使用私有地址，RS的网关必须指向DIP
  2. 请求和响应报文都需要经过Director Server，高负载场景中，Director Server易成为性能瓶颈
  3. 支持端口映射

集群方式部署解决Director Server负载过高的问题

  • LVS集群部署方式实现的主要思想：LVS和上联交换机间运行OSPF协议，上联交换机通过ECMP等价路由，将数据流分发给LVS集群，LVS集群再转发给业务服务器；
  • lvs和交换机间运行ospf心跳，1个vip配置在集群的所有LVS上，当一台LVS down，交换机会自动发现并将其从ECMP等价路由中剔除；

LVS/DR

将请求报文的目标MAC地址重设为挑选出的RS的MAC地址

在这里插入图片描述

  1. 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
  2. PREROUTING检查发现数据包的目标IP是本机，将数据包送至INPUT链
  3. 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
  4. 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。
  5. 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
  6. 响应报文最终送达至客户端

LVS-DR模型的特性

  1. 保证前端路由将目标地址为VIP报文统统发给Director Server，而不是RS
    解决方法：
    • 在前端路由器做静态地址路由绑定，将对于VIP的地址仅路由到Director Server
    • 存在问题：用户未必有路由操作权限，因为有可能是运营商提供的，所以这个方法未必实用
    • arptables：在arp的层次上实现在ARP解析时做防火墙规则，过滤RS响应ARP请求。这是由iptables提供的
    • 修改RS上内核参数（arp_ignore和arp_announce）将RS上的VIP配置在lo接口的别名上，并限制其不能响应对VIP地址解析请求。
  2. 所有的请求报文经由Director Server，但响应报文必须不能进过Director Server
  3. RS的网关绝不允许指向DIP(因为我们不允许他经过director)
  4. RS上的lo接口配置VIP的IP地址
  5. 缺陷：RS和DS必须在同一机房中，不支持地址转换，也不支持端口映射

LVS/Tun

在原有的IP报文外再次封装多一层IP首部，内部IP首部(源地址为CIP，目标IIP为VIP)，外层IP首部(源地址为DIP，目标IP为RIP)

在这里插入图片描述

  1. 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 。
  2. PREROUTING检查发现数据包的目标IP是本机，将数据包送至INPUT链
  3. IPVS比对数据包请求的服务是否为集群服务，若是，在请求报文的首部再次封装一层IP报文，封装源IP为为DIP，目标IP为RIP。然后发至POSTROUTING链。 此时源IP为DIP，目标IP为RIP
  4. POSTROUTING链根据最新封装的IP报文，将数据包发至RS（因为在外层封装多了一层IP首部，所以可以理解为此时通过隧道传输）。 此时源IP为DIP，目标IP为RIP
  5. RS接收到报文后发现是自己的IP地址，就将报文接收下来，拆除掉最外层的IP后，会发现里面还有一层IP首部，而且目标是自己的lo接口VIP，那么此时RS开始处理此请求，处理完成之后，通过lo接口送给eth0网卡，然后向外传递。 此时的源IP地址为VIP，目标IP为CIP
  6. 响应报文最终送达至客户端

特点

所有的请求报文经由Director Server，但响应报文必须不能进过Director Server

企业中最常用的是 DR 实现方式，而 NAT 配置上比较简单和方便

LVS的八种调度算法

  1. 轮叫调度 rr
  • 这种算法是最简单的，就是按依次循环的方式将请求调度到不同的服务器上，该算法最大的特点就是简单。轮询算法假设所有的服务器处理请求的能力都是一样的，调度器会将所有的请求平均分配给每个真实服务器，不管后端 RS 配置和处理能力，非常均衡地分发下去。
  1. 加权轮叫 wrr
  • 这种算法比 rr 的算法多了一个权重的概念，可以给 RS 设置权重，权重越高，那么分发的请求数越多，权重的取值范围 0 – 100。主要是对rr算法的一种优化和补充， LVS 会考虑每台服务器的性能，并给每台服务器添加要给权值，如果服务器A的权值为1，服务器B的权值为2，则调度到服务器B的请求会是服务器A的2倍。权值越高的服务器，处理的请求越多。
  1. 最少链接 lc
  • 这个算法会根据后端 RS 的连接数来决定把请求分发给谁，比如 RS1 连接数比 RS2 连接数少，那么请求就优先发给 RS1
  1. 加权最少链接 wlc
  • 这个算法比 lc 多了一个权重的概念。
  1. 基于局部性的最少连接调度算法 lblc
  • 这个算法是请求数据包的目标 IP 地址的一种调度算法，该算法先根据请求的目标 IP 地址寻找最近的该目标 IP 地址所有使用的服务器，如果这台服务器依然可用，并且有能力处理该请求，调度器会尽量选择相同的服务器，否则会继续选择其它可行的服务器
  1. 复杂的基于局部性最少的连接算法 lblcr
  • 记录的不是要给目标 IP 与一台服务器之间的连接记录，它会维护一个目标 IP 到一组服务器之间的映射关系，防止单点服务器负载过高。
  1. 目标地址散列调度算法 dh
  • 该算法是根据目标 IP 地址通过散列函数将目标 IP 与服务器建立映射关系，出现服务器不可用或负载过高的情况下，发往该目标 IP 的请求会固定发给该服务器。
  1. 源地址散列调度算法 sh
  • 与目标地址散列调度算法类似，但它是根据源地址散列算法进行静态分配固定的服务器资源。

LVS负载均衡实验

  • 实验环境
节点网卡IPVIP
Director节点eth0 192.168.0.8vip eth0:0 192.168.0.38
Real server1eth0 192.168.0.18vip lo:0 192.168.0.38
Real server2eth0 192.168.0.28vip lo:0 192.168.0.38
  • 安装
  1. 两个 real server 上都安装 mysql 服务
  2. Director 上安装 ipvsadm
yum install -y ipvsadm
  • Director 上配置脚本
# vim /usr/local/sbin/lvs_dr.sh

#! /bin/bash
echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward
ipv=/sbin/ipvsadm
vip=192.168.0.38
rs1=192.168.0.18
rs2=192.168.0.28
ifconfig eth0:0 down
ifconfig eth0:0 $vip broadcast $vip netmask 255.255.255.255 up
route add -host $vip dev eth0:0
$ipv -C
$ipv -A -t $vip:80 -s wrr
$ipv -a -t $vip:80 -r $rs1:80 -g -w 3
$ipv -a -t $vip:80 -r $rs2:80 -g -w 1

执行脚本完成配置

bash /usr/local/sbin/lvs_dr.sh
  • 在2台 rs 上配置脚本：
# vim /usr/local/sbin/lvs_dr_rs.sh

#! /bin/bash
vip=192.168.0.38
ifconfig lo:0 $vip broadcast $vip netmask 255.255.255.255 up
route add -host $vip lo:0
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

执行脚本完成配置

bash /usr/local/sbin/lvs_dr_rs.sh
  • 通过连接VIP测试负载均衡可用性。

LVS+keepalived高可用

  • LVS可以实现负载均衡，但是不能够进行健康检查，比如一个rs出现故障，LVS 仍然会把请求转发给故障的rs服务器，这样就会导致请求的无效性。keepalive 软件可以进行健康检查，而且能同时实现 LVS 的高可用性，解决 LVS 单点故障的问题，其实 keepalive 就是为 LVS 而生的。

LVS+keepalived安装

实验环境

Keepalived1 + lvs1(Director1)：192.168.0.48
Keepalived2 + lvs2(Director2)：192.168.0.58
Real server1：192.168.0.18
Real server2：192.168.0.28
VIP: 192.168.0.38

安装系统软件

  • Lvs + keepalived的2个节点安装
yum install ipvsadm keepalived -y
  • Real server 的2个节点安装mysql
yum install epel-release -y

Real server节点2台配置脚本

# vim /usr/local/sbin/lvs_dr_rs.sh

#! /bin/bash
vip=192.168.0.38
ifconfig lo:0 $vip broadcast $vip netmask 255.255.255.255 up
route add -host $vip lo:0
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
  • 节点rs 上分别执行脚本完成配置
    bash /usr/local/sbin/lvs_dr_rs.sh

keepalived节点配置(2节点)

  • 主节点( MASTER )配置文件
vim /etc/keepalived/keepalived.conf

vrrp_instance VI_1 {
    state MASTER
    interface eth0
    virtual_router_id 51
    priority 100
    advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass 1111
    }
    virtual_ipaddress {
        192.168.0.38
    }
}
virtual_server 192.168.0.38 80 {
    delay_loop 6
    lb_algo rr
    lb_kind DR
    persistence_timeout 0
    protocol TCP
    real_server 192.168.0.18 80 {
        weight 1
        TCP_CHECK {
            connect_timeout 10
            nb_get_retry 3
            delay_before_retry 3
            connect_port 80
        }
    }
    real_server 192.168.0.28 80 {
        weight 1
        TCP_CHECK {
            connect_timeout 10
            nb_get_retry 3
            delay_before_retry 3
            connect_port 80
        }
    }
}
  • 从节点( BACKUP )配置文件:
    拷贝主节点的配置文件keepalived.conf，然后修改如下内容：
    state MASTER -> state BACKUP
priority 100 -> priority 90
  • keepalived的2个节点执行如下命令，开启转发功能：
# echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward

启动keepalive

先主后从分别启动keepalive
service keepalived start

ali-LVS开源地址https://github.com/alibaba/LVS

参考链接:http://www.cnblogs.com/liwei0526vip/p/6370103.html
https://blog.youkuaiyun.com/Ki8Qzvka6Gz4n450m/article/details/79119665

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