LVS负载均衡群集——其二
LVS-DR
通信四元素:源IP,源端口,目的IP,目的端口
主机A(客户端)——>VIP 主机B(调度器)
主机A(客户端)<——VIP 主机C(节点服务器)
通信五元素:源IP,源端口,目的IP,目的端口,协议
回环网卡lo配置的地址,其它端看不到
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 P 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1P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Diretor Server 的 MAC地址,修改目标 MAC 地址为 Beal 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 Beal Server。 (4) 到达 Beal 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(回环网卡)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。
总结:
1)客户端通过VIP将访问请求发送到调度器
2)调度器通过调度算法选择分发请求的节点服务器,并重新封装数据报文,将源MAC改为调度器MAC地址,目的MAC地址改为节点服务器的MAC地址,再通过交换机转发给节点服务器
3)节点服务器收到请求报文后,确认目的MAC地址和目的IP无误后解包并送达到应用层进行处理
4)节点服务器要返回响应报文前,会先重新封装报文(源IP为VIP,目的IP为客户端IP),再将响应报文通过lo接口传送给物理网卡然后直接发送给客户端
客户端将数据只传给传给调度服务器而不是节点服务器,这一步依靠了ARP协议
ARP工作原理
PC1想发送数据给PC2, 会先检查自己的ARP缓存表。 只在终端设备上
如果发现要查找的MAC地址不在表中,就会发送一个ARP请求广播,用于发现目的地的MAC地址。
交换机收到广播后做泛洪处理,除PC1外所有主机收到ARP请求消息,PC2以单播方式发送ARP应答, 并在自己的ARP表中缓存PC1的IP地址和MAC地址的对应关系,而其他主机则丢弃这个ARP请求消息。
PC1在自己的ARP表中添加PC2的IP地址和MAC地址的对应关系,以单播方式与PC2通信。
LVS-DR中的ARP问题
1、节点服务器、调度服务器的VIP地址一致,都会响应交换机广播的ARP请求,会造成地址紊乱
解决思路:让节点服务器不响应ARP请求
解决手段:
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IP的ARP请求
2、路由器根据ARP表项,会将新来的请求报文转发给节点服务器(RealServer),导致原本调度服务器(Director)的VIP失效,导致后续数据传输变得困难
解决方式:
节点服务器(RealServer)返回响应数据使用另一IP地址,
解决ARP的两问题的设置方法
修改/etc/sysctl.conf文件
net.ipv4.conf.lo.arp_ignore=1
net.ipv4.conf.lo.arp_announce=1
net.ipv4.conf.all.arp_ignore=2
net.ipv4.conf.all.arp_announce=1
DR模式下LVS负载均衡群集部署
调度服务器(03号:ens33:192.168.177.103)
节点服务器(04号:192.168.177.104)(05号:192.168.177.105)
nfs服务器(06号:192.168.177.106)
配置NFS服务器
06号机(ens33:192.168.177.106)
06号上
关闭防火墙
#安装软件包
[root@localhost share]#yum install nfs-utils.x86_64 rpcbind -y
#新建共享目录
mkdir /opt/ky31 /opt/ky32
echo "this is ky31 test web page!" >/opt/ky31/test.html
echo "this is ky32 test web page!" >/opt/ky32/test.html
#编写配置文件
vim /etc/exports
/opt/ky31 192.168.177.0/24(rw,sync,no_root_squash)#不要空格
/opt/ky32 192.168.177.0/24(rw,sync,no_root_squash)
#共享目录 网段 读写,同步,无root权限
[root@localhost ~]# systemctl start rpcbind nfs
[root@localhost ~]#exportfs -vr
#不重启生效
[root@localhost share]#exportfs -v
#查看详细的nfs信息
#exportfs 可用于管理nfs
-v 查看本机所有nfs
-r 重读配置文件
-a 输出本机所有共享
04号机使用nginx
节点服务器挂载共享目录
mount 192.168.177.106:/opt/ky31 /usr/share/nginx/html
# 服务器地址 冒号 对方共享文件夹 本地挂载点
[root@yml-4 ~]# showmount -e 192.168.177.106
Export list for 192.168.177.106:
/opt/ky32 192.168.177.0/24
/opt/ky31 192.168.177.0/24
05号机使用apache
mount 192.168.177.106:/opt/ky32 /var/www/html
[root@localhost ~]# showmount -e 192.168.177.106
Export list for 192.168.177.106:
/opt/ky32 192.168.177.0/24
/opt/ky31 192.168.177.0/24
#永久挂载
04号机上
vim /etc/nginx/conf.d/default.conf#去找根路径(/usr/share/nginx/html)
vim /etc/fstab
192.168.177.106:/opt/ky31 /usr/share/nginx/html nfs defaults,_netdev 0 0
#网页服务根节点
05号机上
vim /etc/httpd/conf/httpd.conf#去找根路径(/var/www/html)
vim /etc/fstab
192.168.177.106:/opt/ky32 /var/www/html nfs defaults,_netdev 0 0
#网页服务根节点
配置节点服务器
添加VIP虚拟IP
04号机上
cd /etc/sysconfig/network-scripts/
[root@yml-4 network-scripts]# vim ifcfg-lo:0
DEVICE=lo:0
ONBOOT=yes
IPADDR=192.168.177.200
NETMASK=255.255.255.255
#刷新管理服务
[root@yml-4 network-scripts]# ifup lo:0
05号机上
cd /etc/sysconfig/network-scripts/
[root@yml-4 network-scripts]# vim ifcfg-lo:0
DEVICE=lo:0
ONBOOT=yes
IPADDR=192.168.177.200
NETMASK=255.255.255.255
#刷新管理服务
[root@yml-4 network-scripts]# ifup lo:0
添加路由,重复操作
[root@localhost network-scripts]# route add -host 192.168.177.200 dev lo:0
#永久添加,该文件下命令会开机时执行
vim c/rc.d/rc.local
/usr/sbin/route add -host 192.168.177.200 dev lo:0
route -n#查看全部配置
#该文件需要执行权限,这才可以开机自执行
chmod +x /etc/rc.d/rc.local
添加内核参数
[root@localhost rc.d]# vim /etc/sysctl.conf
net.ipv4.conf.lo.arp_ignore = 1
net.ipv4.conf.lo.arp_announce = 1
net.ipv4.conf.all.arp_ignore = 2
net.ipv4.conf.all.arp_announce = 1
[root@localhost rc.d]# sysctl -p#加载配置,刷新
配置负载调度器
03号机(ens33:192.168.177.103)
1)配置虚拟 IP 地址(VIP:192.168.177.200)
[root@localhost ~]#vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens33:0
DEVICE=ens33:0
ONBOOT=yes
IPADDR=192.168.177.200
NETMASK=255.255.255.255
[root@localhost ~]#ifup ens33:0
ifconfig ens33:0
2)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
3)配置负载分配策略
安装
[root@localhost ~]#yum -y install ipvsadm
[root@localhost ~]#rpm -q ipvsadm
ipvsadm-1.27-8.el7.x86_64
#先备份
[root@localhost ~]#ipvsadm-save > /etc/sysconfig/ipvsadm
#启动
[root@localhost ~]#systemctl start ipvsadm
systemctl enable ipvsadm
#加载模块:不加载也会自动调用
[root@localhost ~]#modprobe ip_vs#加载通用模块
ipvsadm -C
ipvsadm -A -t 192.168.177.200:80 -s rr
ipvsadm -a -t 192.168.177.200:80 -r 192.168.177.104:80 -g #若隧道模式,-g替换为-i
ipvsadm -a -t 192.168.177.200:80 -r 192.168.177.105:80 -g
ipvsadm#加载配置
ipvsadm -ln #查看节点状态,Route代表 DR模式
验证:
实验中没有模拟出不同网段,不同网段需要网关服务器,所以,调度服务器、节点服务器的网关地址要指向同一网关服务器
后记
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”。
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