13. nginx，lvs之一

摘要：

1、详细描述常见nginx常用模块和模块的使用示例
2、简述Linux集群类型、系统扩展方式及调度方法
3、简述lvs四种集群有点及使用场景
4、描述LVS-NAT、LVS-DR的工作原理并实现配置

1、详细描述常见nginx常用模块和模块的使用示例

Nginx的代码由一个核心和一系列的模块组成。

核心(core functionality)主要用于提供全局应用的基本功能，创建必要的运行时环境及确保不同模块之间平滑地进行交互等，对应于配置文件的main段和event段。核心涉及的指令官方文档：http://nginx.org/en/docs/ngx_core_module.html。

还有很多功能都通过模块实现，nginx是高度模块化程序。如web相关的功能模块有"ngx_http_*_module"，和mail相关的功能模块有"ngx_mail_*_module"，和tcp代理、负载均衡相关的功能模块有"ngx_stream_*_module"，这些类别的模块中又分为很多类别的模块，如http类别的模块中有基本核心模块、事件类模块、缓存类模块、SSL相关模块、负载均衡类模块upstream等等。

以下是http功能模块类中常见的模块。

http类模块名	模块功能说明
ngx_http_core_module	http核心模块，对应配置文件中的http段，包含很多指令，如location指令
ngx_http_access_module	访问控制模块，控制网站用户对nginx的访问，对应于配置文件中的allow和deny等指令
ngx_http_auth_basic_module	通过用户名和密码认证的访问控制，如访问站点时需要数据用户名和密码，指令包括auth_basic和auth_basic_user_file
ngx_http_charset_module	设置网页显示字符集。指令之一为charset，如charset utf-8
ngx_http_fastcgi_module	fastcgi模块，和动态应用相关。该模块下有非常多的子模块。
ngx_http_flv_module	支持flv视频流的模块，如边下边播
ngx_http_mp4_module	同flv模块
ngx_http_gzip_module	压缩模块，用来压缩nginx返回的响应报文。一般只压缩纯文本内容，因为压缩比例非常大，而图片等不会去压缩
ngx_http_image_filter_module	和图片裁剪、缩略图相关模块，需要安装gd-devel才能编译该模块
ngx_http_index_module	定义将要被作为默认主页的文件，对应指令为index。"index index.html,index.php"
ngx_http_autoindex_module	当index指令指定的主页文件不存在时，交给autoindex指令，将自动列出目录中的文件autoindex {on/off}
ngx_http_log_module	和访问日志相关的模块，指令包括log_format和access_log
ngx_http_memcached_module	和memcached相关的模块，用于从memcached服务器中获取相应响应数据
ngx_http_proxy_module	和代理相关，允许传送请求到其它服务器
ngx_http_realip_module	当nginx在反向代理的后端提供服务时，获取到真正的客户端地址，否则获取的是反向代理的IP地址
ngx_http_referer_module	实现防盗链功能的模块
ngx_http_rewrite_module	和URL地址重写相关的模块，需要安装pcre-devel才能编译安装该模块
ngx_http_scgi_module	simple cgi，是cgi的替代品，和fastcgi类似，但更简单
ngx_http_ssl_module	提供ssl功能的模块，即实现HTTPS
ngx_http_stub_status_module	获取nginx运行状态信息
ngx_http_upstream	和负载均衡相关模块

下面只介绍三个模块：

ngx_http_access module 实现基于IP地址的访问控制

ngx_http_auth_basic_module 实现基于用户的访问控制，使用basic认证机制认证

ngx_http_stub_status_module 用于输出nginx的基本状态信息

1.1 在服务器上配置/etc/nginx/conf.d/vhost.conf文件

[root@bogon conf.d]# cat vhost.conf

server {

       listen 80;

       server_name www.danlee.io;

       root /data/nginx/vhost;

       location / {

                deny 192.168.1.11;

                allow all;

       }

       location ~* ^/(admin|login) {

                 auth_basic "admin area or login url";

                 auth_basic_user_file /etc/nginx/.ngxpasswd;

       }

       location /ngxstatus {

                stub_status;

       }

}

[root@bogon conf.d]# tree /data

/data

└── nginx

    └── vhost

        ├── admin

        │   └── index.html

        └── index.html

3 directories, 2 files

[root@bogon conf.d]# cat /data/nginx/vhost/index.html

<h1>www.danlee.io, mainpage</h1>

[root@bogon conf.d]# cat /data/nginx/vhost/admin/index.html

<h1>Admin area</h1>

[root@bogon conf.d]#htpasswd -c -m /etc/nginx/.ngxpasswd tom

[root@bogon conf.d]#htpasswd -m /etc/nginx/.ngxpasswd jerry

[root@bogon conf.d]# cat /etc/nginx/.ngxpasswd

tom:$apr1$nYfn6I3F$NmKnqGEwLtOySxkNljc9P1

jerry:$apr1$2sa3N.Kg$Ju1tJ8IcMX4lmgS8qzOKo.

 

[root@bogon conf.d]# nginx -t

nginx: the configuration file /etc/nginx/nginx.conf syntax is ok

nginx: configuration file /etc/nginx/nginx.conf test is successful

[root@bogon conf.d]# nginx -s reload

1.2 在两个客户端验证

首先在两个客户端上都编辑/etc/hosts文件添加服务器IP and server name.

192.168.1.21 www.danlee.io

客户端192.168.1.22上验证：

 [root@bogon ~]# curl http://www.danlee.io/ngxstatus

 Active connections:

 server accepts handled requests

 Reading:  Writing:  Waiting:

 [root@bogon ~]# curl http://www.danlee.io

 <h1>www.danlee.io, mainpage</h1>

 [root@bogon ~]# curl http://www.danlee.io/index.html

 <h1>www.danlee.io, mainpage</h1>

 [root@bogon ~]# cat /etc/hosts

 127.0.0.1   localhost localhost.localdomain localhost4 localhost4.localdomain4

 ::         localhost localhost.localdomain localhost6 localhost6.localdomain6

 192.168.1.21  www.danlee.io

客户端192.168.1.11上验证：

 [root@localhost ~]# curl http://www.danlee.io

 <html>

 <head><title> Forbidden</title></head>

 <body bgcolor="white">

 <center><h1> Forbidden</h1></center>

 <hr><center>nginx/1.12.</center>

 </body>

 </html>

 [root@localhost ~]# curl http://www.danlee.io/ngxstatus

 Active connections:

 server accepts handled requests

 Reading:  Writing:  Waiting:

 [root@localhost ~]# curl http://www.danlee.io/admin

 <html>

 <head><title> Authorization Required</title></head>

 <body bgcolor="white">

 <center><h1> Authorization Required</h1></center>

 <hr><center>nginx/1.12.</center>

 </body>

 </html>

 [root@localhost ~]#

备注：因为没有在服务器端对ngxstatus模块配置验证，此客户端依然可以访问该页面数据。

2、简述Linux集群类型、系统扩展方式及调度方法

Linux Cluster类型：
LB：Load Balancing，负载均衡；
HA：High Availiablity，高可用；
A=MTBF/（MTBF+MTTR）
(0,1)：90%, 95%, 99%, 99.5%, 99.9%, 99.99%, 99.999%, 99.9999%
HP：High Performance，高性能；

系统扩展方式：
Scale UP：向上扩展
Scale Out：向外扩展

ipvs scheduler：
根据其调度时是否考虑各RS当前的负载状态，可分为静态方法和动态方法两种：

静态方法：仅根据算法本身进行调度；
RR：roundrobin，轮询；
WRR：Weighted RR，加权轮询；
SH：Source Hashing，实现session sticky，源IP地址hash；将来自于同一个IP地址的请求始终发往第一次挑中的RS，从而实现会话绑定；
DH：Destination Hashing；目标地址哈希，将发往同一个目标地址的请求始终转发至第一次挑中的RS，典型使用场景是正向代理缓存场景中的负载均衡；

动态方法：主要根据每RS当前的负载状态及调度算法进行调度；
Overhead=负载值

LC：least connections
Overhead=activeconns*256+inactiveconns
WLC：Weighted LC
Overhead=(activeconns*256+inactiveconns)/weight
SED：Shortest Expection Delay
Overhead=(activeconns+1)*256/weight
NQ：Never Queue

LBLC：Locality-Based LC，动态的DH算法；
LBLCR：LBLC with Replication，带复制功能的LBLC；

3、简述lvs四种集群特点及使用场景

lvs集群的类型：
lvs-nat：修改请求报文的目标IP；多目标IP的DNAT；
lvs-dr：操纵封装新的MAC地址；
lvs-tun：在原请求IP报文之外新加一个IP首部；
lvs-fullnat：修改请求报文的源和目标IP；

lvs-nat：
多目标IP的DNAT，通过将请求报文中的目标地址和目标端口修改为某挑出的RS的RIP和PORT实现转发；

（1）RIP和DIP必须在同一个IP网络，且应该使用私网地址；RS的网关要指向DIP；（DIP是内网，VIP是外网？）
（2）请求报文和响应报文都必须经由Director转发；Director易于成为系统瓶颈；
（3）支持端口映射，可修改请求报文的目标PORT；
（4）vs必须是Linux系统，rs可以是任意系统；

lvs-dr：
Direct Routing，直接路由；
通过为请求报文重新封装一个MAC首部进行转发，源MAC是DIP所在的接口的MAC，
目标MAC是某挑选出的RS的RIP所在接口的MAC地址；源IP/PORT，以及目标IP/PORT均保持不变；

Director和各RS都得配置使用VIP；
(1) 确保前端路由器将目标IP为VIP的请求报文发往Director：
(a) 在前端网关做静态绑定；
(b) 在RS上使用arptables；
(c) 在RS上修改内核参数以限制arp通告及应答级别；
arp_announce
arp_ignore
(2) RS的RIP可以使用私网地址，也可以是公网地址；RIP与DIP在同一IP网络；RIP的网关不能指向DIP，以确保响应报文不会经由Director；
(3) RS跟Director要在同一个物理网络；
(4) 请求报文要经由Director，但响应不能经由Director，而是由RS直接发往Client；
(5) 不支持端口映射；

lvs-tun：
转发方式：不修改请求报文的IP首部（源IP为CIP，目标IP为VIP），而是在原IP报文之外再封装一个IP首部（源IP是DIP，目标IP是RIP），
将报文发往挑选出的目标RS；RS直接响应给客户端（源IP是VIP，目标IP是CIP）；

(1) DIP, VIP, RIP都应该是公网地址；
(2) RS的网关不能，也不可能指向DIP；
(3) 请求报文要经由Director，但响应不能经由Director；
(4) 不支持端口映射；
(5) RS的OS得支持隧道功能；

lvs-fullnat：
通过同时修改请求报文的源IP地址和目标IP地址进行转发；
CIP <--> DIP
VIP <--> RIP

(1) VIP是公网地址，RIP和DIP是私网地址，且通常不在同一IP网络；因此，RIP的网关一般不会指向DIP；
(2) RS收到的请求报文源地址是DIP，因此，只能响应给DIP；但Director还要将其发往Client；
(3) 请求和响应报文都经由Director；
(4) 支持端口映射；

注意：此类型默认不支持；

总结：
lvs-nat, lvs-fullnat：请求和响应报文都经由Director；
lvs-nat：RIP的网关要指向DIP；
lvs-fullnat：RIP和DIP未必在同一IP网络，但要能通信；
lvs-dr, lvs-tun：请求报文要经由Director，但响应报文由RS直接发往Client；
lvs-dr：通过封装新的MAC首部实现，通过MAC网络转发；
lvs-tun：通过在原IP报文之外封装新的IP首部实现转发，支持远距离通信；

4、描述LVS-NAT、LVS-DR的工作原理并实现配置

lvs-nat：
多目标IP的DNAT，通过将请求报文中的目标地址和目标端口修改为某挑出的RS的RIP和PORT实现转发；
（1）RIP和DIP必须在同一个IP网络，且应该使用私网地址；RS的网关要指向DIP；
（2）请求报文和响应报文都必须经由Director转发；Director易于成为系统瓶颈；
（3）支持端口映射，可修改请求报文的目标PORT；
（4）vs必须是Linux系统，rs可以是任意系统；

1）准备：
1. 关闭selinux, 清空iptables, 同步dr, rs1, rs2上的时间
2. 在rs1, rs2上分别安装nginx, telnet-server
在dr上安装nginx, ipvsadm
3. dr调度器：
DIP: 192.168.1.6
VIP: 127.16.1.7
rs1服务器1 RIP1：127.16.1.8
rs2服务器2 RIP2： 127.16.1.9
如果是dr, rs在同一台电脑上的虚拟机上，dip, rip都需要改为仅主机模式vmnet1。调整网络前先安装必要的软件包。
VIP, RIP需要使用私网地址。
Director要打开核心转发功能sysctl -w net.ipv4.ip_forward=1
如何在虚拟机中添加一个新的网卡，可以参考（实际步骤会不相同）https://blog.csdn.net/qq_21383435/article/details/51126577

2）配置：

在RS1上：

# vim /usr/share/nginx/html/test1.html 添加内容<h1>RS1, ####172.16.1.8</h1>
# systemctl start nginx.service

# ss -tnl 检查80端口是否打开

在RS2上：

# vim /usr/share/nginx/html/test1.html 添加内容<h1>RS2, ####172.16.1.9</h1>

# systemctl start nginx.service

# ss -tnl 检查80端口是否打开

在DR上：

[root@bogon ~]# ifconfig
ens33: flags=4163<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST> mtu 1500
inet 192.168.1.6 netmask 255.255.255.0 broadcast 192.168.1.255
inet6 fe80::fb51:8e3:4aa5:5358 prefixlen 64 scopeid 0x20<link>
ether 00:0c:29:37:ff:fd txqueuelen 1000 (Ethernet)
RX packets 7072 bytes 5524007 (5.2 MiB)
RX errors 0 dropped 0 overruns 0 frame 0
TX packets 3960 bytes 354712 (346.3 KiB)
TX errors 0 dropped 0 overruns 0 carrier 0 collisions 0

ens37: flags=4163<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST> mtu 1500
inet 172.16.1.7 netmask 255.255.0.0 broadcast 172.16.255.255
inet6 fe80::20c:29ff:fe37:ff07 prefixlen 64 scopeid 0x20<link>
ether 00:0c:29:37:ff:07 txqueuelen 1000 (Ethernet)
RX packets 717 bytes 85009 (83.0 KiB)
RX errors 0 dropped 0 overruns 0 frame 0
TX packets 133 bytes 15590 (15.2 KiB)
TX errors 0 dropped 0 overruns 0 carrier 0 collisions 0

lo: flags=73<UP,LOOPBACK,RUNNING> mtu 65536
inet 127.0.0.1 netmask 255.0.0.0
inet6 ::1 prefixlen 128 scopeid 0x10<host>
loop txqueuelen 1000 (Local Loopback)
RX packets 0 bytes 0 (0.0 B)
RX errors 0 dropped 0 overruns 0 frame 0
TX packets 0 bytes 0 (0.0 B)
TX errors 0 dropped 0 overruns 0 carrier 0 collisions 0

[root@bogon ~]# ipvsadm -A -t 192.168.1.6:80 -s rr #注意此处为VIP

[root@bogon ~]# ipvsadm -a -t 192.168.1.6:80 -r 172.16.1.9 -m
[root@bogon ~]# ipvsadm -a -t 192.168.1.6:80 -r 172.16.1.8 -m
[root@bogon ~]# ipvsadm -Ln
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
-> RemoteAddress:Port Forward Weight ActiveConn InActConn
TCP 192.168.1.6:80 rr
-> 172.16.1.8:80 Masq 1 0 0
-> 172.16.1.9:80 Masq 1 0 0

在客户端上：

[root@stephen ~]# curl http://192.168.1.6/test1.html
<h1>RS1, ####172.16.1.8</h1>
[root@stephen ~]# curl http://192.168.1.6/test1.html
<h1>RS2,###172.16.1.9</h1>

[root@stephen ~]# for i in {1..10}; do curl http://192.168.1.6/test1.html; done
<h1>RS1, ####172.16.1.8</h1>
<h1>RS2,###172.16.1.9</h1>
<h1>RS1, ####172.16.1.8</h1>
<h1>RS2,###172.16.1.9</h1>
<h1>RS1, ####172.16.1.8</h1>
<h1>RS2,###172.16.1.9</h1>
<h1>RS1, ####172.16.1.8</h1>
<h1>RS2,###172.16.1.9</h1>
<h1>RS1, ####172.16.1.8</h1>
<h1>RS2,###172.16.1.9</h1>

LVS-DR模型：

Direct Routing，直接路由；

通过为请求报文重新封装一个MAC首部进行转发，源MAC是DIP所在的接口的MAC，
目标MAC是某挑选出的RS的RIP所在接口的MAC地址；源IP/PORT，以及目标IP/PORT均保持不变；

Director和各RS都得配置使用VIP；
(1) 确保前端路由器将目标IP为VIP的请求报文发往Director：
(a) 在前端网关做静态绑定；
(b) 在RS上使用arptables；
(c) 在RS上修改内核参数以限制arp通告及应答级别；
arp_announce
arp_ignore
(2) RS的RIP可以使用私网地址，也可以是公网地址；RIP与DIP在同一IP网络；RIP的网关不能指向DIP，以确保响应报文不会经由Director；他们的网关相同可以吗？
(3) RS跟Director要在同一个物理网络；
(4) 请求报文要经由Director，但响应不能经由Director，而是由RS直接发往Client；
(5) 不支持端口映射；

1）准备：

1. 关闭selinux, 清空iptables, 同步dr, rs1, rs2上的时间

2. 在rs1, rs2上分别安装httpd 在dr上安装ipvsadm

3.dr, rs都是桥接

dr调度器：
DIP: 192.168.1.6
VIP: 192.16.1.99 在ens33:0上
rs1服务器1 RIP1：192.168.1.4

VIP: 192.168.1.99 在lo:0上
rs2服务器2 RIP2： 192.168.1.5
VIP: 192.168.1.99 在lo:0上

思考： vip要和rip在同一网段中吗？

当VIP全部设置为VIP: 172.16.0.99，结果失败，地址0改为1后就成功了。

2）配置：

在RS1上：

# vim /var/www/html/test1.html 添加内容<h1> RS1, 192.168.1.4 </h1>

[root@bogon ~]# vim setparam.sh
[root@bogon ~]# cat setparam.sh
#!/bin/bash
#
vip='192.168.1.99'
mask='255.255.255.255'
iface='lo:0'

case $1 in
start)
echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_ignore
echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_ignore
echo 2 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_announce
echo 2 > /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_announce

ifconfig $iface $vip netmask $mask broadcast $vip up
route add -host $vip dev $iface
;;
stop)
ifconfig $iface down

echo 0 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_ignore
echo 0 > /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_ignore
echo 0 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_announce
echo 0 > /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_announce

;;
*)
echo "Usage $(basename $0) start|stop"
exit 1
;;
esac

[root@bogon ~]# bash -n setparam.sh
[root@bogon ~]# bash -x setparam.sh start
+ vip=192.168.1.99
+ mask=255.255.255.255
+ iface=lo:0
+ case $1 in
+ echo 1
+ echo 1
+ echo 2
+ echo 2
+ ifconfig lo:0 192.168.1.99 netmask 255.255.255.255 broadcast 172.16.0.99 up
+ route add -host 192.168.1.99 dev lo:0

# scp setparam.sh 192.168.1.5:/root/

# systemctl start httpd.service

# ss -tnl 检查80端口是否打开

在RS2上：

[root@bogon ~]# ls
anaconda-ks.cfg setparam.sh
[root@bogon ~]# bash -x setparam.sh start
+ vip=192.168.1.99
+ mask=255.255.255.255
+ iface=lo:0
+ case $1 in
+ echo 1
+ echo 1
+ echo 2
+ echo 2
+ ifconfig lo:0 192.168.1.99 netmask 255.255.255.255 broadcast 192.168.1.99 up
+ route add -host 192.168.1.99 dev lo:0
[root@bogon ~]# ifconfig
ens33: flags=4163<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST> mtu 1500
inet 192.168.1.5 netmask 255.255.255.0 broadcast 192.168.1.255
inet6 fe80::8b7:c57a:ebbd:80b7 prefixlen 64 scopeid 0x20<link>
ether 00:0c:29:9e:a5:df txqueuelen 1000 (Ethernet)
RX packets 15795 bytes 17043985 (16.2 MiB)
RX errors 0 dropped 0 overruns 0 frame 0
TX packets 8126 bytes 786863 (768.4 KiB)
TX errors 0 dropped 0 overruns 0 carrier 0 collisions 0

lo: flags=73<UP,LOOPBACK,RUNNING> mtu 65536
inet 127.0.0.1 netmask 255.0.0.0
inet6 ::1 prefixlen 128 scopeid 0x10<host>
loop txqueuelen 1000 (Local Loopback)
RX packets 4 bytes 336 (336.0 B)
RX errors 0 dropped 0 overruns 0 frame 0
TX packets 4 bytes 336 (336.0 B)
TX errors 0 dropped 0 overruns 0 carrier 0 collisions 0

lo:0: flags=73<UP,LOOPBACK,RUNNING> mtu 65536
inet 192.168.1.99 netmask 255.255.255.255
loop txqueuelen 1000 (Local Loopback)

# vim /var/www/html/test1.html 添加内容<h1> RS2, 192.168.1.5 </h1>

# systemctl start httpd.service

# ss -tnl 检查80端口是否打开

在DR上：

[root@bogon network-scripts]# curl http://192.168.1.4/test1.html
<h1> RS1, 192.168.1.4 </h1>
[root@bogon network-scripts]# curl http://192.168.1.5/test1.html
<h1> RS2, 192.168.1.5 </h1>

[root@bogon network-scripts]# ifconfig
ens33: flags=4163<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST> mtu 1500
inet 192.168.1.6 netmask 255.255.255.0 broadcast 192.168.1.255
inet6 fe80::fb51:8e3:4aa5:5358 prefixlen 64 scopeid 0x20<link>
ether 00:0c:29:37:ff:fd txqueuelen 1000 (Ethernet)
RX packets 2310 bytes 241192 (235.5 KiB)
RX errors 0 dropped 0 overruns 0 frame 0
TX packets 476 bytes 42028 (41.0 KiB)
TX errors 0 dropped 0 overruns 0 carrier 0 collisions 0

[root@bogon network-scripts]# ifconfig ens33:0 192.168.1.99 netmask 255.255.255.255 broadcast 192.168.1.99 up

[root@bogon network-scripts]# ifconfig
ens33: flags=4163<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST> mtu 1500
inet 192.168.1.6 netmask 255.255.255.0 broadcast 192.168.1.255
inet6 fe80::fb51:8e3:4aa5:5358 prefixlen 64 scopeid 0x20<link>
ether 00:0c:29:37:ff:fd txqueuelen 1000 (Ethernet)
RX packets 2513 bytes 259088 (253.0 KiB)
RX errors 0 dropped 0 overruns 0 frame 0
TX packets 602 bytes 56844 (55.5 KiB)
TX errors 0 dropped 0 overruns 0 carrier 0 collisions 0

ens33:0: flags=4163<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST> mtu 1500
inet 192.168.1.99 netmask 255.255.255.255 broadcast 172.16.0.99
ether 00:0c:29:37:ff:fd txqueuelen 1000 (Ethernet)

在客户端上：

[root@stephen ~]# curl http://192.168.1.99/test1.html
<h1> RS1, 192.168.1.4 </h1>
[root@stephen ~]# curl http://192.168.1.99/test1.html
<h1> RS2, 192.168.1.5 </h1>
[root@stephen ~]# for i in {1..15}; do curl http://192.168.1.99/test1.html; done
<h1> RS1, 192.168.1.4 </h1>
<h1> RS2, 192.168.1.5 </h1>
<h1> RS1, 192.168.1.4 </h1>
<h1> RS2, 192.168.1.5 </h1>
<h1> RS1, 192.168.1.4 </h1>
<h1> RS2, 192.168.1.5 </h1>
<h1> RS1, 192.168.1.4 </h1>
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