LVS负载均衡（三种工作模式、原理、实验）

一、LVS DR 模式

DR(Direct Routing)模式的网络结构：
工作原理：
DR和REAL SERVER都是用同一个IP对外服务。但只有DR对ARP请求进行响应，所有REAL SERVER对本身这个IP的ARP请求保持静默。也就是说，网关会把对这个服务IP的请求全部定向给DR，而DR收到数据包后根据调度算法，找出对应的REAL SERVER，把目的MAC地址改为REAL SERVER的MAC并发给这台REAL SERVER。这时REAL SERVER收到这个数据包，则等于直接从客户端收到这个数据包无异，处理后直接返回给客户端。由于DR要对二层包头进行改换，所以DR和REAL SERVER之间必须在一个广播域，也可以理解为在同一台交换机上。

白话文：客户端发起一个http请求，我要上网，那么这个请求发给DR（调度均衡服务器），DR看这个请求的MAC地址是那个然后发给对应的RS（真实服务器），RS直接把回应发给client。

搭建DR环境：

基础环境：
Centos7.7
DR：
DIP：11.11.11.10 VIP：11.11.11.13

RS1：
RIP：11.11.11.11 VIP：11.11.11.13

RS2：
RIP：11.11.11.12 VIP：11.11.11.13

1、关闭防火墙和SELINUX

[root@d ~]# systemctl stop firewalld
[root@rs1 ~]# systemctl stop firewalld
[root@rs2 ~]# systemctl stop firewalld
[root@d ~]# setenforce 0
[root@rs1 ~]# setenforce 0
[root@rs2 ~]# setenforce 0

2、DR操作

（1）配置VIP和路由转发
[root@d ~]# ifconfig ens32:0 11.11.11.13 broadcast 11.11.11.13 netmask 255.255.255.255 up
[root@d ~]# route add -host 11.11.11.13 dev ens32:0
[root@d ~]# vim /etc/sysctl.conf 
net.ipv4.ip_forward=1 #开启路由转发功能

 （2）安装集群管理工具并进行配置
[root@d ~]# yum install -y ipvsadm
[root@d ~]# ipvsadm -A -t 11.11.11.13:80 -s wrr
[root@d ~]# ipvsadm -a -t 11.11.11.13:80 -r 11.11.11.11 -g -w 1
[root@d ~]# ipvsadm -a -t 11.11.11.13:80 -r 11.11.11.12 -g -w 1
-A在服务器列表中新添加一条新的虚拟服务器记录

-t表示为tcp服务

-s使用的调度算法

-a在服务器表中添加一条新的真实主机记录

-r真实服务器地址

-m指定LVS工作模式为NAT模式

-g指定LVS工作模式为直接路由模式（LVS默认的模式）

-w真实服务器的权值

3.RS操作

[root@rs1 ~]# ifconfig lo:0 11.11.11.13 broadcast 11.11.11.13 netmask 255.255.255.255 up
#配置VIP到本地回环网卡lo上，并只广播自己
[root@rs1 ~]# route add -host 11.11.11.13 lo:0
#配置本地回环网卡路由
[root@rs1 ~]# echo "1" > /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_ignore
#1只回答目标IP地址是来访网络接口本地地址的ARP查询请求 
[root@rs1 ~]# echo "2" > /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_announce
#2对查询目标使用最适当的本地地址，在此模式下将忽略这个IP数据包的源地址并尝试选择与能与该地址通信的本地地址
[root@rs1 ~]# echo "1" > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_ignore
#1仅在请求的目标IP配置在本地主机的接收到请求报文的接口上，才给予回应
[root@rs1 ~]# echo "2" > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_announce
#2必须避免将接口信息向非本网络进行通告

[root@rs2 ~]# ifconfig lo:0 11.11.11.13 broadcast 11.11.11.13 netmask 255.255.255.255 up
[root@rs2 ~]# route add -host 11.11.11.13 lo:0
[root@rs2 ~]# echo "1" > /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_ignore
[root@rs2 ~]# echo "2" > /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_announce
[root@rs2 ~]# echo "1" > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_ignore
[root@rs2 ~]# echo "2" > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_announce

4.RS进行测试

[root@rs1 ~]# yum install -y httpd
[root@rs1 ~]# echo "test" > /var/www/html/index.html && systemctl restart httpd

[root@rs2 ~]# yum install -y httpd
[root@rs2 ~]# echo "test" > /var/www/html/index.html && systemctl restart httpd

DR模式负载均衡完成啦！

2、LVS NAT模式

实验原理：就是不端的转化dest地址，利用了nat原理(一目了然)

搭建LVS的NAT模式环境

基础环境： Centos7.7
4台虚拟机
client： CIP:192.168.1.17
lvs： 内网：11.11.11.10 外网：192.168.1.16
RS1：内网：11.11.11.11
RS2： 内网：11.11.11.12
192.168.1.0网段网络为我虚拟机桥接网络，11.11.11.0为仅主机网段

1.关闭防火墙和selinux

[root@d ~]# systemctl stop firewalld
[root@rs1 ~]# systemctl stop firewalld
[root@rs2 ~]# systemctl stop firewalld
[root@client ~]# systemctl stop firewalld

[root@d ~]# setenforce 0
[root@rs1 ~]# setenforce 0
[root@rs2 ~]# setenforce 0
[root@client ~]# setenforce 0

2.lvs服务器配置

[root@d ~]# yum install ipvsadm -y
#设置集群调度算法，（便于验证，此处使用轮询算法）：
[root@d ~]# ipvsadm -A -t 11.11.11.10:80 -s rr
设置后端服务器：
[root@d ~]# ipvsadm -a -t 11.11.11.10:80 -r 11.11.11.11  -w 
[root@d ~]# ipvsadm -a -t 11.11.11.10:80 -r 11.11.11.12  -w
查看ipvsadm规则（这些规则没有保存在配置文件，重启失效）：
[root@d ~]# ipvsadm -Ln
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
  -> RemoteAddress:Port           Forward Weight ActiveConn InActConn
TCP  192.168.1.16:80 rr
  -> 11.11.11.11:80               Masq    1      0          0         
  -> 11.11.11.12:80               Masq    1      0          0 


#sever1收到客户端请求后，得到一个公网的ip，跟目的主机server2和server3不在一个网段
所以如果想要将客户端来的数据包转发给后端服务器，那么必须对这个数据包进行ip转换，再进行数据包转发。
出于安全考虑，Linux系统默认是禁止数据包转发的。配置Linux系统的ip转发功能，首先保证硬件连通，然后打开系统的转发功能.
[root@d ~]# vi /etc/sysctl.conf 
...
net.ipv4.ip_forward = 1
[root@d ~]# systemctl restart network
       

3.web服务器配置

[root@rs1 ~]# yum install httpd -y
[root@rs1 ~]# echo web1 > /var/www/html/index.html
[root@rs1 ~]# systemctl start httpd
[root@rs1 ~]# route add default gw 11.11.11.10
[root@rs1 ~]# route -n
Kernel IP routing table
Destination     Gateway         Genmask         Flags Metric Ref    Use Iface
0.0.0.0         11.11.11.10     0.0.0.0         UG    0      0        0 ens32
11.11.11.0      0.0.0.0         255.255.255.0   U     100    0        0 ens32

[root@rs2 ~]# yum install httpd -y
[root@rs2 ~]# echo web2 > /var/www/html/index.html
[root@rs2 ~]# systemctl start httpd
[root@rs2 ~]# route add default gw 11.11.11.10
[root@rs2 ~]# route -n
Kernel IP routing table
Destination     Gateway         Genmask         Flags Metric Ref    Use Iface
0.0.0.0         11.11.11.10     0.0.0.0         UG    0      0        0 ens32
11.11.11.0      0.0.0.0         255.255.255.0   U     100    0        0 ens32

4.client端进行测试

[root@client ~]# curl 192.168.1.16
web1
[root@client ~]# curl 192.168.1.16
web2

LVS的nat模式实验成功啦！

三、VS/TUN模式

实验原理： ①.客户端将请求发往前端的负载均衡器，请求报文源地址是CIP，目标地址为VIP。

②.负载均衡器收到报文后，发现请求的是在规则里面存在的地址，那么它将在客户端请求报文的首部再封装一层IP报文,将源地址改为DIP，目标地址改为RIP,并将此包发送给RS。

③.RS收到请求报文后，会首先拆开第一层封装,然后发现里面还有一层IP首部的目标地址是自己lo接口上的VIP，所以会处理次请求报文，并将响应报文通过lo接口送给eth0网卡直接发送给客户端。

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，就能处理很巨大的请求量，这种方式，一台负载均衡器能够为很多RS进行分发。而且跑在公网上就能进行不同地域的分发。

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”(IP
Encapsulation)协议，服务器可能只局限在部分Linux系统上。

相比于其他两种模式，TUN 模式用的不多