LVS-DR模式+Keepalived

最新推荐文章于 2024-10-09 16:15:55 发布

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#运维 #linux #nginx

本文介绍LVS-DR模式的工作原理及其特点，深入解析Keepalived的实现机制，包括健康检查和VRRP协议的应用。通过具体步骤指导如何搭建LVS-DR模式与Keepalived结合的负载均衡系统。

LVS-DR模式+Keepalived

LVS-DR模式+Keepalived

LVS-DR模式+Keepalived

一，LVS-DR工作原理

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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）192.168.38.145  | ens33:0 (VIP)：192.168.38.100
Web节点服务器1 192.168.38.143 | lo:0 (VIP)：192.168.38.100
Web节点服务器2 192.168.38.144 | lo:0 (VIP)：192.168.38.100

负载调度器（主/备）

（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=192.168.38.100
NETMASK=255.255.255.255
 
ifup ens33:0
ifconfig ens33:0

在这里插入图片描述

(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

在这里插入图片描述

（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 192.168.38.100:80 -s rr
ipvsadm -a -t 192.168.38.100:80 -r 192.168.38.143:80 -g #如果这里是隧道模式，直接将-g替换成-i即可
ipvsadm -a -t 192.168.38.100:80 -r 192.168.38.144:80 -g
#查看节点状态，Route代表 DR模式
ipvsadm -ln

在这里插入图片描述

两台web服务器

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=192.168.38.100
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 192.168.38.100 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 192.168.38.100 dev lo:0
chmod +x /etc/rc.d/rc.local

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

这里我临时的和永久的都设置了
在这里插入图片描述

yum -y install httpd
systemctl start httpd
systemctl enable httpd

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

在这里插入图片描述

部署 Keepalived 主

搭建DR基础上
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  #这里是01
}
vrrp_instance vi_1 {
      state MASTER
      interface ens33
      virtual_router_id 51
      priority 110  #优先级
      advert_int 1
      authentication {
           auth_type PASS
           auth_pass 6666
 }
virtual_ipaddress {
      192.168.38.100
}
}
virtual_server 192.168.38.100 80 { 
      lb_algo rr
      lb_kind DR
      persistence_timeout 6
      protocol TCP
real_server 192.168.38.143 80 {
      weight 1
      TCP_CHECK {
          connect_port 80
          connect_timeout 3
          nb_get_retry 3
          delay_before_retry 3
   }
}
real_server 192.168.38.144 80 {
      weight 1
      TCP_CHECK {
          connect_port 80
          connect_timeout 3
          nb_get_retry 3
          delay_before_retry 3
   }
}
}

部署keepalived 备

搭建DR基础上
部署keepalived备
yum -y install keepalived
cd /etc/keepalived/
cp keepalived.conf keepalived.conf.bak
vim keepalived.conf
 
global_defs {
      router_id lvs_02  #这里是02
}
vrrp_instance vi_1 {
      State BACKUP
      interface ens33
      virtual_router_id 51
      priority 100  #优先级
      advert_int 1
      authentication {
           auth_type PASS
           auth_pass 6666
 }
virtual_ipaddress {
      192.168.38.100
}
}
virtual_server 192.168.38.100 80 { 
      lb_algo rr
      lb_kind DR
      persistence_timeout 6
      protocol TCP
real_server 192.168.38.143 80 {
      weight 1
      TCP_CHECK {
          connect_port 80
          connect_timeout 3
          nb_get_retry 3
          delay_before_retry 3
   }
}
real_server 192.168.38.144 80 {
      weight 1
      TCP_CHECK {
          connect_port 80
          connect_timeout 3
          nb_get_retry 3
          delay_before_retry 3
   }
}
}

在这里插入图片描述

测试

最后配置完成

systemctl start keepalived.service

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

开启主keepalived 飘逸前

在这里插入图片描述

关闭主备自动开启

在这里插入图片描述

这时候访问网页

在这里插入图片描述

可以看到他飘逸到备份上去了

总结

实验前的初始化必不可少（关闭防火墙、核心防护、配置网卡之类的）
在配置keepalived时，必须要分清楚主备服务器的编号以及主备服务器的优先级（默认情况下主服务器停机时，优先级会降低10，如果备份服务器优先级相同会导致无法访问，这时候需要重启服务）
虚拟ip，也就是浮动ip必须要相同

这里附上我遇到的问题

当配置keepalived的虚拟ip出现/etc/sysconfig/network-scripts/ifup-eth: Error, some other host already uses address时，可以使用以下方法
https://blog.youkuaiyun.com/weixin_30408309/article/details/95630443