部署LVS-DR集群

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一、LVS-DR工作原理

LVS-DR（Linux Virtual Server Director Server）工作模式，是生产环境中最常用的一种工作模式

• LVS-DR模式，Director Server 作为集群的访问入口，不作为网关使用
• 节点Director Server与Real Server需要在同一个网络中，返回给客户端的数据不需要经过Director Server
• 为了响应整个集群的访问，Director Server与Real Server都需要配置VIP地址

客户机发起请求，经过调度服务器（LVS），经过算法调度，去访问真是服务器（RS）
由于不原路返回，客户机不知道，真实主机的IP地址，
所以只能通过调度服务器的外网IP(vip)去返回报文信息

Director Server作为集群的访问入口，但不作为网关使用，后端服务器池中的Real Server与 Director Server在同一物理网络中，发给客户机的数据包不需要经过Director Server。为了响应对整个集群的访问，DS（前端负载均衡节点服务器）与RS（后端真实服务器）都需要配置有VIP地址。

每个Real Server上都有两个IP：VIP（负载均衡对外提供访问的IP地址）和RIP（负载均衡后端的真实服务器IP地址），但是VIP是隐藏的，就是不能提供解析等功能，只是用来做请求恢复的源IP的，Director上只需要一个网卡，然后利用别名来配置两个IP：VIP和DIP（负载均衡与后端服务器通信的IP地址），在DIR接收到客户端的请求后，DIR根据负载均衡算法选择一台RS的网卡mac作为客户端请求包中的目标mac，通过arp转交给后端RS处理，后端再通过自己的路由网关回复给客户端

二、LVS-DR数据流向

数据流向分析

• 用户发送请求到Director Server，请求的数据报文（源IP是client客户端IP，目标IP是VIP）到达内核空间
• 由于DS和RS在用一个网络中，所以是通过二层数据链路层来传输
• 内核空间判断数据包的目标IP是本机IP，此时IPVS比对数据包请求的服务是否为集群服务，若是，重新封装数据包，修改源MAC地址为DS的MAC地址，目标MAC地址为RS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
• RS发现请求报文的MAC地址是自己的MAC地址，就接收此报文，重新封装报文（源IP地址为VIP，目标IP为CIP）将响应报文通过io传送给ens33网卡然后向外发出
• RS直接将响应报文传送到客户端

三、DR模式特点即优缺点

1.DR模式特点

• Director Server和Real Server必须在同一物理网络中
• 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
• Director Server作为集群的访问入口，但不能作为网关使用
• 所有的请求报文经由Director Server IP，即Real Server发送的数据包不允许经过Director Server
• Real Server上的io接口配置VIP的IP地址

2.LVS-DR的优缺点

优点：
负载均衡器只负责将数据包分发给物理服务器，而物理服务器将应答包直接分发给用户。所以，负责均衡器能处理很巨大的请求量，这种方式，一台负载均衡能为超过100台物理服务器服务，负载均衡器不再是系统的瓶颈。使用LVS-DR方式，如果你的负载均衡器拥有100M的全双工网卡的话，就能使得整个Virtual Server能达到1G的拓土良，甚至更高
缺点
这种方式需要所有的DIR和RIP都在同一广播域；不支持异地容灾

四、ARP解析问题

1.问题一：IP地址冲突

在LVS-DR负载均衡集群中，负载均衡与节点服务器要配置相同的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

• 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的网络上，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
  解决办法：
• 对节点服务器进行处理，使其不响应针对VIP的ARP请求
• 用虚拟接口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（真实网卡IP）的ARP请求

2.问题二：第二次再有访问请求

Real Server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（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，路由器收到ARP请求后，将更新ARP表项，原有的VIP对用Director的MAC地址会被更新为VIP对应的Real Server的MAC地址。路由器根据ARP表项，会将新来的请求报文转发给Real Server，导致Director的VIP失效
解决办法
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

路由器上绑定了真实服务器1的mac信息
请求到达真实服务器
在真实服务器上修改内核参数
只对所有服务器真实网卡上的地址进行反馈，解析
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五、部署LVS-DR集群

1.实验准备

LVS-DR服务器：192.168.100.11
web01：192.168.100.12
web02：192.168.100.13
vip（虚拟回环）：192.168.100.100
NFS服务器：192.168.100.14
客户端：192.168.100.110

2.环境准备

部署前关闭所有机器防火墙及核心防护

systemctl stop firewalld
systemctl disable firewalld
setenforce 0
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在内网的服务器无法直接通过yum下载，需要配置本地yum仓库,在机器中执行以下脚本

#!/bin/bash
mount /dev/cdrom /mnt
mkdir /etc/yum.repos.d/bak
mv /etc/yum.repos.d/*.repo  /etc/yum.repos.d/bak
touch /etc/yum.repos.d/local.repo
echo "
[local]
name=local
baseurl=file:///mnt
enabled=1
gpgcheck=0
" > /etc/yum.repos.d/local.repo
yum clean all
yum makecache
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3.配置负载调度器LVS（192.168.100.11）

3.1安装ipvsadm工具

yum -y install ipvsadm
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3.2配置虚拟IP地址（VIP:192.168.100.100）

cd /etc/sysconfig/network-scripts/
cp ifcfg-ens33 ifcfg-ens33:0
vim ifcfg-ens33:0
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ifup ens33:0     #启动虚拟IP
ifconfig
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启动成功

3.3调整内核（proc）响应参数

由于LVS负载均衡器和各个节点需要共用vip地址，应该关闭Linux内核的重定向响应参数，不充当路由器，这样当DS收到客户端发来的数据包时，就不会立马转发给后台RS服务器，而是转发给自己的虚拟子接口。

vim /etc/sysctl.conf     #编辑内核proc参数
修改以下内容
net.ipv4.ip_forward = 0  #关闭路由转发功能
net.ipv4.conf.all.send_redirects = 0        #关闭所有send重定向
net.ipv4.conf.default.send_redirects = 0    #关闭默认重定向
net.ipv4.conf.ens33.send_redirects = 0     #关闭网卡重定向
sysctl -p   #查看内核参数
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3.4配置负载分配策略

ipvsadm -C     #清空规则
ipvsadm -A -t 192.168.100.100:80 -s rr    #创建虚拟主机，指定ip地址，并指定分流模式为轮询
ipvsadm -a -t 192.168.100.100:80 -r 192.168.100.12:80 -g 
#添加真实服务器ip地址，并指定负载均衡模式为DR
ipvsadm -a -t 192.168.100.100:80 -r 192.168.100.13:80 -g
#添加真实服务器ip地址，并指定负载均衡模式为DR
ipvsadm   #启动策略
ipvsadm-save > /etc/sysconfig/ipvsadm    #保存策略
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4.部署共享存储NFS（192.168.100.14）

4.1安装nfs和rpcbind

yum -y install nfs-utils rpcbind
systemctl start nfs
systemctl start rpcbind
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4.2创建共享目录，并设置权限

mkdir /opt/web01 /opt/web02
chmod 777 /opt/web01 /opt/web02
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4.3输入网页内容

echo "this is web01" > /opt/web01/index.html
echo "this is web02" > /opt/web02/index.html
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4.4设置共享目录并发布共享

vim /etc/exports
添加以下内容
/opt/web01 192.168.100.0/24(rw,sync)
/opt/web02 192.168.100.0/24(rw,sync)
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4.5发布共享

exportfs -rv
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4.6查看共享

showmount -e localhost
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5.配置节点服务器（web01 和 web02）

以下步骤web01和web02都要配置

5.1配置虚拟IP地址（vip：192.168.100.100）

此地址仅作为发送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），因此使用虚拟接口lo:0来承载VIP，并为本机添加一条路由记录，并将访问的VIP的数据限制在本地，以免通信紊乱

cd /etc/sysconfig/network-scripts/
cp ifcfg-lo ifcfg-lo:0
vim ifcfg-lo:0
编写以下内容
DEVICE=lo:0
ONBOOT=yes
IPADDR=192.168.100.100
NETMASK=255.255.255.255

ifup lo:0    #启动环回网卡
ifconfig lo:0    #查看环回网卡
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5.2添加vip本地访问路由，设置系统自动识别，并设置执行权限

route add -host 192.168.100.100 dev lo:0
或者下面方式，都可实现路由禁锢，下面为永久添加
vim /etc/rc.local      #Linux在开机启动时，会加载的内容
/sbin/route add -host 192.168.100.100 dev lo:0
chmod +x /etc/rc.d/rc/local
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5.3调整内核的ARP响应参数以阻止更新vip的MAC地址，避免冲突

vim /etc/sysctl.conf
添加以下内容
net.ipv4.conf.all.arp_ignore = 1
net.ipv4.conf.all.arp_announce = 2
net.ipv4.conf.default.arp_ignore = 1
net.ipv4.conf.default.arp_announce = 2
net.ipv4.conf.lo.arp_ignore = 1
net.ipv4.conf.lo.arp_announce = 2
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sysctl -p     #立即生效
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5.4安装nfs、rpcbind和httpd服务

yum -y install nfs-utils rpcbind httpd
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以上步骤 web01 和 web02 一样

5.5开启相关服务，并挂载共享目录

web01

systemctl start nfs
systemctl start rpcbind
systemctl start httpd
mount.nfs 192.168.100.14:/opt/web01 /var/www/html
df -hT
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web02

systemctl start nfs
systemctl start rpcbind
systemctl start httpd
mount.nfs 192.168.100.14:/opt/web02 /var/www/html
df -hT
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6.客户端测试

用一台win10机器（vmnet1网卡）

访问192.168.100.100

测试成功

六、LVS-DR问题总结

1.LVS-DR如何处理请求报文，会修改IP包内容吗？

vs/dr本身不会关心IP层以上的信息，即使是端口号也是tcp/ip协议栈去判断是否正确，vs/dr本身主要做这么几个事：

接收client的请求，根据你设定的负载均衡算法选取一台realserver的ip；
以选取的这个ip对应的mac地址作为目标mac，然后重新将IP包封装成帧转发给这台RS；
在hash table中记录连接信息。
vs/dr做的事情很少，也很简单，所以它的效率很高，不比硬件负载均衡设备差多少，数据包、数据帧的大致流向是这样的：client –> VS –> RS –> clien

2.Real Server为什么要在lo接口上配置VIP？在出口网卡上配置VIP可以吗？

既然要让RS能够处理目标地址为vip的IP包，首先必须要让RS能接收到这个包。在lo上配置vip能够完成接收包并将结果返回client。不可以将VIP设置在出口网卡上,否则会响应客户端的arp request,造成client/gateway arp table紊乱，以至于整个load balance都不能正常工作

3.Real Server为什么要一直arp帧？

我们知道仰制arp帧需要在server上执行以下命令，如下：

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
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因为arp对逻辑口没有意义。实际上起作用的只有以下两条:

echo "1" >/proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_ignore
echo "2" >/proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_announce
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即对所有的物理网卡设置arp仰制。对仰制所有的物理网卡设置arp仰制是为了让CIP发送的请求顺利转交给DIR以及防止整个LVS环境arp表混乱，不然容易导致整个lvs不能工作

4.LVS/DR load balancer（director）与RS为什么要在同一网段中？

lvs/dr它是在数据链路层来实现的，即RIP必须能够接受到DIR的arp请求，如果不在同一网段则会隔离arp，这样arp请求就不能转发到指定的RIP上，所以director必须和RS在同一网段里面

5.为什么director上eth0接口除了VIP另外还要配一个ip（即DIP）？

如果是用了keepalived等工具做HA或者Load Balance,则在健康检查时需要用到DIP。 没有健康检查机制的HA或者Load Balance则没有存在的实际意义

6.director的vip的netmask一定要是255.255.255.255吗？

lvs/dr里，director的vip的netmask 没必要设置为255.255.255.255，director的vip本来就是要像正常的ip地址一样对外通告的,不要搞得这么特殊

7.RS设置lo:0而不设置ens33:0的原因

因为“负载调度机”转发时并不会改写数据包的目的IP，所以“节点服务器”收到的数据包的目的IP仍是“负载调度器”的虚拟服务IP。为了保证“节点服务器”能够正确处理该数据包，而不是丢弃，必须在“节点服务器”的环回网卡上绑定“负载调度器”的虚拟服务IP。这样“节点服务器”会认为这个虚拟服务IP是自己的IP，自己是能够处理这个数据包的。否则“节点服务器”会直接丢弃该数据包！

“节点服务器”上的业务进程必须监听在环回网卡的虚拟服务IP上，且端口必须和“负载调度机”上的虚拟服务端口一致。因为“负载调度机”不会改写数据包的目的端口，所以“节点服务器”服务的监听端口必须和虚拟服务端口一致，否则“节点服务器”会直接拒绝该数据包。

“节点服务器”处理完请求后，响应直接回给客户端，不再经过“负载调度机”。因为“节点服务器”收到的请求数据包的源IP是客户端的IP，所以理所当然“节点服务器”的响应会直接回给客户端，而不会再经过“负载调度机”。这时候要求“节点服务器”和客户端之间的网络是可达的。

“负载调度机”和“节点服务器”须位于同一个子网。因为“负载调度机”在转发过程中需要改写数据包的MAC为“节点服务器”的MAC地址，所以要能够查询到“节点服务器”的MAC。而要获取到“节点服务器”的MAC，则需要保证二者位于一个子网，否则“负载调度机”只能获取到“节点服务器”网关的MAC地址。

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