LVS负载均衡+DR模式+Keepalived

2024-01-30 17:24:40

LVS负载均衡+DR模式

LVS+DR

一、LVS-DR数据包流量分析（同一局域网）

  • 1、客户端向目标VIP发送请求，负载均衡器接收
  • 2、负载均衡器根据负载均衡算法选择后端真实服务器，不修改也不封装IP报文，而是将数据帧的MAC地址改为后端真实服务器的MAC地址，然后在局域网上发送
  • 3、后端真实服务器收到这个帧，解封装后发现目标IP与本机匹配（事先绑定了VIP），于是处理这个报文。
  • 4、随后重新封装报文，将响应报文通过 lo 接口传送给物理网卡然后向外发出客户端将收到回复报文。客户端认为得到正常的服务，而不会知道是哪一台服务器处理的如果跨网段，则报文通过路由器经由 internet 返回给用户

二、LVS-DR中的ARP问题

  • 客户端访问服务的请求（访问VIP）经过路由器的时候，路由器查看ARP表，发现没有记录，则会进行ARP广播，由于LVS-DR模式，调度器与真实服务器都需要绑定相同的VIP，所以真实服务器也会对ARP广播进行响应，假设第一个响应ARP广播的是RealServer_01，此时路由器中ARP表中的记录为（VIP对应RealServer_01-MAC）,所以下一次客户端在访问的时候就会跳过调度器直接访问后端的真实服务器（架空了调度器与RealServer_01，使之失效）
    解决方法：1、真实服务器使用虚接口 lo:0 承载VIP地址，并设置路由禁锢，2、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。

  • 到目前为止解决了ARP响应的问题（此时路由器中ARP表记录 VIP 对应 LVS-MAC），那么数据包返回去的时候又有一个问题，服务器默认发送策略是谁接受谁发送，此时的报文信息是（源IP=VIP，目标IP=客户端IP，源MAC=RealServer_01-MAC，目标MAC=路由器MAC），在经过路由器的时候，发现ARP表中的记录 VIP 对应 LVS-MAC 这一条记录与返回来的ARP报文中的 VIP 是一样的，所以会更新ARP表为
    VIP 对应 RealServer_01-MAC（此时又一次架空了调度器与RealServer_01，使之失效）
    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两个问题设置方法

修改 /etc/sysctl.conf 文件

net.ipv4.conf.lo.arp_ignore = 1
net.ipv4.conf.lo.arp_announce = 2
net.ipv4.conf.all.arp_ignore = 1
net.ipv4.conf.all.arp_announce = 2

三、LVS-DR处理问题后的流量分析

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。

四、LVS-DR 特性

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。

Keepalived

Keepalived实现原理剖析

  • 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

一、Keepalived简介

  • 支持故障自动切换（Failover）
  • 支持节点健康状态检查（Health Checking）
  • 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）。

LVS+DR+Keepalived实验部署

环境准备

服务器					IP地址配置					需要的工具
主负载调度器（Director1）	ens33：192.168.233.103	ipvsadm、keepalived（热备）
备负载调度器（Director2）	ens33：192.168.233.104	ipvsadm、keepalived
web服务器1 ens33			192.168.233.104
	lo:0 (VIP)：			192.168.233.100	httpd
web服务器2 ens33			192.168.233.105
	lo:0 (VIP)：			192.168.233.100	httpd

LVS+DR部署

一.LVS调度服务器配置（主-备）

lvs-01与lvs-02同步执行

关闭防火墙、同步时间

[root@lvs-01 ~]# systemctl stop firewalld
[root@lvs-01 ~]# setenforce 0
[root@lvs-01 ~]# ntpdate ntp.aliyun.com

1.下载ipvsadm、keepalived

[root@lvs-01 ~]# yum -y install ipvsadm keepalived
[root@lvs-01 ~]# modprobe ip_vs	//加载ip_vs模块
[root@lvs-01 ~]# cat /proc/net/ip_vs	//查看ip_vs版本信息
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
  -> RemoteAddress:Port Forward Weight ActiveConn InActConn

2.配置VIP（虚拟IP）

[root@lvs-01 ~]# cd /etc/sysconfig/network-scripts/
[root@lvs-01 network-scripts]# cp -p ifcfg-ens33 ifcfg-ens33:0
[root@lvs-01 network-scripts]# vim ifcfg-ens33:0
DEVICE=ens33:0
ONBOOT=yes
IPADDR=192.168.233.100
NETMASK=255.255.255.255

[root@lvs-01 network-scripts]# ifup ifcfg-ens33:0	//启动VIP。lvs-02:systemctl start network

LVS负载均衡+DR模式+Keepalived

3.调整proc响应参数

由于LVS负载均衡器和各节点需要共用vip地址，应该关闭linux内核的重定向响应参数，不充当路由器（转发、重定向）

[root@lvs-01 network-scripts]# 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

[root@lvs-01 network-scripts]# sysctl -p	//刷新

4.配置负载分配策略

[root@lvs-01 network-scripts]# ipvsadm-save > /etc/sysconfig/ipvsadm
[root@lvs-01 network-scripts]# systemctl start ipvsadm

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5.创建ipvsadm规则

[root@lvs-01 network-scripts]# cd /opt
[root@lvs-01 opt]# vim dr.sh 

#!/bin/bash
ipvsadm -C
ipvsadm -A -t 192.168.233.100:80 -s rr
ipvsadm -a -t 192.168.233.100:80 -r 192.168.104:80 -g
ipvsadm -a -t 192.168.233.100:80 -r 192.168.105:80 -g
ipvsadm
[root@lvs-01 network-scripts]# chmod +x /opt/gz.sh

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二.web服务器配置

web1与web2同步

关闭防火墙并下载httpd

[root@web1 ~]# systemctl stop firewalld
[root@web1 ~]# setenforce 0
[root@web1 ~]# yum -y install httpd

1.配置虚拟IP地址（lo:0）

[root@web1 ~]# cd /etc/sysconfig/network-scripts/
[root@web1 network-scripts]# cp -p ifcfg-lo ifcfg-lo:0
[root@web1 network-scripts]# vim ifcfg-lo:0
DEVICE=lo:0
IPADDR=192.168.233.100
NETMASK=255.255.255.255
ONBOOT=yes
[root@web1 network-scripts]# ifup ifcfg-lo:0	//启动网卡

LVS负载均衡+DR模式+Keepalived

2.禁锢路由

[root@web1 network-scripts]# route add -host 192.168.233.100 dev lo:0
[root@web1 network-scripts]# route -n

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配置启动管理执行路由禁锢（永久生效）
[root@web1 network-scripts]# vim /etc/rc.local
/sbin/route add -host 192.168.233.100 dev lo:0

3.调整内核的ARP响应参数

调整内核的ARP响应参数以阻止更新VIP的MAC地址，避免冲突

[root@web1 network-scripts]# vim /etc/sysctl.conf
net.ipv4.conf.lo.arp_ignore = 1
net.ipv4.conf.lo.arp_announce = 2
net.ipv4.conf.all.arp_ignore = 1
net.ipv4.conf.all.arp_announce = 2
[root@web1 network-scripts]# sysctl -p

4.配置网页

[root@web1 network-scripts]# vim /var/www/html/index.html
this is web1

[root@web1 network-scripts]# systemctl start httpd	//启动httpd

三.客户端访问VIP

LVS负载均衡+DR模式+Keepalived

LVS负载均衡+DR模式+Keepalived

LVS+DR+keepalived部署

部署keepalived（主-备）

[root@lvs-02 ~]# yum -y install keepalived
[root@lvs-02 ~]# cd /etc/keepalived/

global_defs {            			 #定义全局参数
      router_id lvs_01  		   	 #热备组内的设备名称不能一致
}
vrrp_instance vi_1 {       			 #定义VRRP热备实例参数
      state MASTER         			 #指定热备状态，主为master，备为backup
      interface ens33      			 #指定承载vip地址的物理接口
      virtual_router_id 51 			 #指定虚拟路由器的ID号，每个热备组保持一致
      priority 110		   			 #指定优先级，数值越大越优先
      advert_int 1
      authentication {
           auth_type PASS
           auth_pass 6666
 }
virtual_ipaddress {        			 #指定集群VIP地址
      192.168.233.100
}
}
#指定虚拟服务器地址vip，端口，定义虚拟服务器和web服务器池参数
virtual_server 192.168.233.100 80 { 
      lb_algo rr               		 #指定调度算法，轮询（rr）
      lb_kind DR			  	 	 #指定集群工作模式，直接路由DR
      persistence_timeout 6			 #健康检查的间隔时间
      protocol TCP					 #应用服务采用的是TCP协议
#指定第一个web节点的地址，端口
real_server 192.168.233.104 80 {
      weight 1						 #节点权重
      TCP_CHECK {
          connect_port 80			 #添加检查的目标端口
          connect_timeout 3			 #添加连接超时
          nb_get_retry 3			 #添加重试次数
          delay_before_retry 3		 #添加重试间隔
   }
}
#指定第二个web节点的地址，端口
real_server 192.168.233.105 80 {
      weight 1
      TCP_CHECK {
          connect_port 80
          connect_timeout 3
          nb_get_retry 3
          delay_before_retry 3
   }
}
}

[root@lvs-01 keepalived]# systemctl restart keepalived.service

LVS负载均衡+DR模式+Keepalived

查看VIP

LVS负载均衡+DR模式+Keepalived
此时在LVS-02上用“ip a”看不到VIP地址，假设LVS-01发生故障（关闭keepalived），再查看LVS-02的IP地址详细信息
LVS负载均衡+DR模式+Keepalived

访问VIP

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此时lvs-02是不显示的
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断开lvs-01

[root@lvs-01 keepalived]# systemctl stop keepalived.service

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此时VIP跑到了lvs-02上了
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访问VIP

LVS-02
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LVS-01
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