LVS-DR集群部署

LVS-DR集群部署

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 作为群集的访问入口，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。
​ 为了响应对整个群集的访问，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，去访问真实服务器（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）去反回报文信息。

​ Director Server作为群集的访问入口，但不作为网关使用，后端服务器池中的Real Server与Director Server在同一个物理网络中，发送给客户机的数据包不需要经过Director Server。为了响应对整个群集的访问，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，只是用来做请求回复的源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根据负载算法选择一台rs sever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 serve处理，后端再通过自己的路由网关回复给客户端。

LVS-DR数据流向

数据包流向分析：

用户发送请求到Director Server,请求的数据报文（源IP是CIP,目标IP是VIP）到达内核空间。
由于DS和RS在同一个网络中，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DIP的MAC地址，目标MAC地址为RIP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lo接口传送给ens33网卡然后向外发出。
RS直接将响应报文传送到客户端。
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DR模式特点及优缺点

DR模式特点

Director Server 和 Real Server 必须在同一个物理网络中。
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。
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。
Real Server 上的 lo 接口配置 VIP 的 IP 地址。
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LVS-DR的优缺点

优点：

负载均衡器只负责将请求包分发给物理服务器，而物理服务器将应答包直接发给用户。所以，负载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台的物理服务器服务，负载均衡器不再是系统的瓶颈。使用VS-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的吞吐量。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。

ARP解析问题

IP地址冲突

在LVS-DR负载均衡集群中，负载均衡器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

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

路由器发送ARP请求（广播）
ARP---->广播去找ip地址解析成mac地址
默认使用调度服务器上的外网地址（vip地址）响应，
需要在真实服务器上修改内核参数
使真实服务器只对自己服务器上的真实IP地址响应ARP解析。
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第二次再有访问请求

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，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

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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部署LVS-DR群集

实验准备

DR 服务器：20.0.0.55
web 服务器1：20.0.0.56
web 服务器2：20.0.0.57
vip（虚拟回环）：20.0.0.100
NFS服务器：20.0.0.58
客户端：20.0.0.10
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配置负载调度器（20.0.0.55）

关闭防火墙

systemctl stop firewalld.service
systemctl disable firewalld.service
setenforce 0
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安装ipvsadm工具

yum install -y ipvsadm
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配置虚拟IP地址（VIP：20.0.0.100）

cd /etc/sysconfig/network-scripts/
cp ifcfg-ens33 ifcfg-ens33:0
vim ifcfg-ens33:0
NAME=ens33:0
DEVICE=ens33:0
ONBOOT=yes
IPADDR=20.0.0.100
NETMASK=255.255.255.255

ifup ens33:0
ifconfig ens33:0
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调整/proc响应参数

对于 DR 群集模式来说，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服务器不是一台路由器，那么它不会发送重定向，所以可以关闭该功能。

vim /etc/sysctl.conf           #关闭内核重定向
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
----》 :wq
sysctl -p
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配置负载分配

ipvsadm-save > /etc/sysconfig/ipvsadm
systemctl start ipvsadm
ipvsadm -C
ipvsadm -A -t 20.0.0.100:80 -s rr
ipvsadm -a -t 20.0.0.100:80 -r 20.0.0.56:80 -g      #若隧道模式，-g替换为-i
ipvsadm -a -t 20.0.0.100:80 -r 20.0.0.57:80 -g
ipvsadm
ipvsadm -ln         #查看节点状态，Route代表 DR模式
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部署共享存储（NFS服务器：20.0.0.58）

关闭防护墙

systemctl stop firewalld.service
systemctl disable firewalld.service
setenforce 0
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安装nfs和rpcbind

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

mkdir /opt/abc /opt/123             #创建共享目录
chmod 777 /opt/abc /opt/123         #设置权限
1
2

输入网页内容

echo "this is abc" > /opt/abc/index.html       #写入网页内容
echo "this is 123" > /opt/123/index.html
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设置共享目录

vim /etc/exports     #把/opt/abc和/opt/123共享给20.0.0.0/24网段使用，允许读写
/opt/abc 20.0.0.0/24(rw,sync)
/opt/123 20.0.0.0/24(rw,sync)
----》 :wq
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发布共享

exportfs -rv            #发布共享
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NFS服务器

关闭防火墙

systemctl stop firewalld.service
systemctl disable firewalld.service
setenforce 0
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安装nfs和rpcbind

yum install nfs-utils rpcbind -y     #安装nfs和rpcbind
systemctl start nfs.service
systemctl start rpcbind.service
systemctl enable nfs.service
systemctl enable rpcbind.service
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创建共享目录，并设置权限

mkdir /opt/abc /opt/123             #创建共享目录
chmod 777 /opt/abc /opt/123         #设置权限
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输入网页内容

echo "this is abc" > /opt/abc/index.html       #写入网页内容
echo "this is 123" > /opt/123/index.html
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设置共享目录

vim /etc/exports     #把/opt/abc和/opt/123共享给20.0.0.0/24网段使用，允许读写
/opt/abc 20.0.0.0/24(rw,sync)
/opt/123 20.0.0.0/24(rw,sync)
----》 :wq
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发布共享

exportfs -rv            #发布共享
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配置节点服务器Web server1 （20.0.0.56）

关闭防护墙

systemctl stop firewalld.service
systemctl disable firewalld.service
setenforce 0
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安装nfs、rpcbind和httpd服务

yum install -y nfs-utils rpcbind 
systemctl start nfs.service
systemctl start rpcbind.service
systemctl enable nfs.service
systemctl enable rpcbind.service

yum install -y httpd
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查看共享目录

[root@localhost var]# showmount -e 20.0.0.58
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挂载分享端内容

mount.nfs 20.0.0.58:/opt/123 /usr/local/nginx/html  
#将NFS的/opt/123文件挂载到本机的/usr/local/nginx/html
df -hT

或永久挂载：
vim /etc/fstab
20.0.0.58:/opt/123    /usr/local/nginx/html nfs defaults,_netdev 0 0
mount -a

systemctl restart nginx
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配置虚拟IP地址（VIP：20.0.0.100）

#此地址仅用作发送 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由记录，将访问 VIP 的数据限制在本地，以避免通信紊乱。

cd /etc/sysconfig/network-scripts/
cp ifcfg-lo ifcfg-lo:0   #添加回环网卡
vim ifcfg-lo:0
DEVICE=lo:0
ONBOOT=yes
IPADDR=20.0.0.100
NETMASK=255.255.255.255           #注意：子网掩码必须全为 1
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重启并查看，添加VIP本地访问路由

ifup lo:0
ifconfig lo:0
route add -host 20.0.0.100 dev lo:0
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设置系统自动识别，并设置权限

vim /etc/rc.local
/sbin/route add -host 20.0.0.100 dev lo:0
chmod +x /etc/rc.d/rc.local

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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.all.arp_ignore = 1    
net.ipv4.conf.all.arp_announce = 2
net.ipv4.conf.lo.arp_ignore = 1     #系统只响应目的IP为本地的APP请求
net.ipv4.conf.lo.arp_announce = 2   #系统不适用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
sysctl -p
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配置节点服务器Web server2 （20.0.0.57）

关闭防火墙

systemctl stop firewalld.service
systemctl disable firewalld.service
setenforce 0
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安装nfs、rpcbind和httpd服务

yum install nfs-utils rpcbind –y
systemctl start nfs.service
systemctl start rpcbind.service
systemctl enable nfs.service
systemctl enable rpcbind.service

yum install -y httpd
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查看共享目录

showmount -e 20.0.0.58   #查看共享目录
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挂载分享端内容

mount.nfs 20.0.0.58:/opt/abc /var/www/html   
#将NFS的/opt/abc文件挂载到本机的/var/www/html
df -hT

或永久挂载：
vim /etc/fstab
20.0.0.58:/opt/abc    /var/www/html nfs defaults,_netdev 0 0
mount -a

[root@localhost html]# systemctl start httpd
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配置虚拟IP地址（VIP：20.0.0.100）

#此地址仅用作发送 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由记录，将访问 VIP 的数据限制在本地，以避免通信紊乱。

cd /etc/sysconfig/network-scripts/
cp ifcfg-lo ifcfg-lo:0   #添加回环网卡
vim ifcfg-lo:0
DEVICE=lo:0
ONBOOT=yes
IPADDR=20.0.0.100
NETMASK=255.255.255.255           #注意：子网掩码必须全为 1
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重启并查看，添加VIP本地访问路由

ifup lo:0
ifconfig lo:0
route add -host 20.0.0.100 dev lo:0
route
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设置系统自动识别，并设置权限

vim /etc/rc.local
/sbin/route add -host 20.0.0.100 dev lo:0
chmod +x /etc/rc.d/rc.local
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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.all.arp_ignore = 1    
net.ipv4.conf.all.arp_announce = 2
net.ipv4.conf.lo.arp_ignore = 1     #系统只响应目的IP为本地的APP请求
net.ipv4.conf.lo.arp_announce = 2   #系统不适用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
sysctl -p
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客户端测试（20.0.0.10）

LVS-DR问题总结

LVS/DR如何处理请求报文的，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 –> client。

RealServer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。

RealServer为什么要抑制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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。