lvs实现四层负载DR模式

1、什么是lvs

LVS是Linux Virtual Server的简写，意即Linux虚拟服务器，是一个虚拟的服务器集群系统。本项目在1998年5月由章文嵩博士成立，是中国国内最早出现的自由软件项目之一。

2、lvs实现负载的三种方式

运行 IPVS软件的服务器，在整个负载均衡集群中承担一调度角色软件的服务器，（即向真实服务器分配从客户端过来的请求。LVS中的调度方法有三种：NAT（Network Address Translation网络地址转换）、TUN（tunnel 隧道）、DR（direct route 直接路由）

2.1、LVS-DR 模式

这里写图片描述

请求由LVS接受，由真实提供服务的服务器(RealServer, RS)直接返回给用户，返回的时候不经过LVS。
DR模式下需要LVS服务器和RS绑定同一个VIP，一个请求过来时，LVS只需要将网络帧的MAC地址修改为某一台RS的MAC，该包就会被转发到相应的RS处理，注意此时的源IP和目标IP都没变，RS收到LVS转发来的包，发现MAC是自己的，发现IP也是自己的，于是这个包被合法地接受，而当RS返回响应时，只要直接向源IP(即用户的IP)返回即可，不再经过LVS。
DR模式下，lvs接收请求输入，将请求转发给RS，由RS输出响应给用户，性能非常高。
它的不足之处是要求负载均衡器与RS在一个物理段上。

2.2、LVS-NAT模式

这里写图片描述

NAT(Network Address Translation)是一种外网和内网地址映射的技术。NAT模式下，LVS需要作为RS的网关，当网络包到达LVS时，LVS做目标地址转换(DNAT)，将目标IP改为RS的IP。RS接收到包以后，处理完，返回响应时，源IP是RS IP，目标IP是客户端的IP，这时RS的包通过网关(LVS)中转，LVS会做源地址转换(SNAT)，将包的源地址改为VIP，对于客户端只知道是LVS直接返回给它的。
NAT模式请求和响应都需要经过lvs，性能没有DR模式好。

2.3、LVS-TUN模式

这里写图片描述

TUN模式是通过ip隧道技术减轻lvs调度服务器的压力，许多Internet服务（例如WEB服务器）的请求包很短小，而应答包通常很大，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。相比NAT性能要高的多，比DR模式的优点是不限制负载均衡器与RS在一个物理段上。但是它的不足需要所有的服务器（lvs、RS）支持”IP Tunneling”(IP Encapsulation)协议。

3、lvs-DR环境

vip：192.168.101.100
lvs-director：192.168.101.8

nginx1：192.168.101.3
nginx2：192.168.101.4

4、lvs调度服务器Director安装

4.1、安装lvs

在192.168.101.8上安装lvs
centos6.5自带lvs，检查linux内核是否集成lvs模块：

modprobe -l | grep ipvs

这里写图片描述

4.2、安装lvs的管理工具ipvsadm

安装依赖

yum install -y gcc gcc-c++ makepcre pcre-devel kernel-devel openssl-devel libnl-devel popt*

安装ipvsadm
将ipvsadm-1.26.tar.gz拷贝至/usr/local/下

cd /usr/local
tar -zxvf ipvsadm-1.26.tar.gz
cd ipvsadm-1.26
make
make install

校验是否安装成功：

这里写图片描述

5、真实服务器Real Server安装

在192.168.101.3和192.168.101.4上安装nginx。

5.1、nginx配置文件

创建nginx-lvs.conf，http内容如下：

http {
    include       mime.types;
    default_type  application/octet-stream;
    sendfile        on;

    server {
        listen       80;
        server_name  localhost;
        location / {
            root   html;
            index  index.html index.htm;
        }


    }

6、Director Server配置

6.1、在eth0上绑定虚拟ip

ifconfig eth0:0 192.168.101.100 broadcast 192.168.101.100 netmask 255.255.255.255 up

此处在eth0设备上绑定了一个虚拟设备eth0:0，同时设置了一个虚拟IP是192.168.101.100，然后指定广播地址也为192.168.101.100，需要特别注意的是，虚拟ip地址的广播地址是它本身，子网掩码是255.255.255.255。

这里写图片描述

6.2、添加路由规则

route add -host 192.168.101.100 dev eth0:0

6.3、启动系统的包转发功能

echo "1" >/proc/sys/net/ipv4/ip_forward

参数值为1时启用ip转发，为0时禁止ip转发。

6.4、清除原有转发规则

ipvsadm --clear

6.5、添加虚拟IP规则

ipvsadm -A -t 192.168.101.100:80 -s rr
-s rr表示采用轮询策略。
:80表示负载转发的端口是80

6.6、在虚拟IP中添加服务规则

ipvsadm -a -t 192.168.101.100:80 -r 192.168.101.3:80 -g
ipvsadm -a -t 192.168.101.100:80 -r 192.168.101.4:80 -g

在新加虚拟IP记录中添加两条新的Real Server记录，-g表示指定LVS 的工作模式为直接路由模式。
lvs进行负载转发需要保证lvs负载的端口要和nginx服务的端口的一致，这里都为80。

6.7、重启lvs

ipvsadm

这里写图片描述

7、Real Server配置

在lvs的DR和TUn模式下，用户的访问请求到达真实服务器后，是直接返回给用户的，而不再经过前端的Director Server，因此，就需要在每个Real server节点上增加虚拟的VIP地址，这样数据才能直接返回给用户。

7.1、在回环设备上绑定了一个虚拟IP地址

ifconfig lo:0 192.168.101.100 broadcast 192.168.101.100 netmask 255.255.255.255 up
/sbin/route add -host 192.168.101.100 dev lo:0

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7.2、关闭arp解析

arp_announce ：定义不同级别：当ARP请求通过某个端口进来是否利用这个接口来回应。
         0 -利用本地的任何地址，不管配置在哪个接口上去响应ARP请求；
         1 - 避免使用另外一个接口上的mac地址去响应ARP请求；
         2 - 尽可能使用能够匹配到ARP请求的最佳地址。

arp_ignore：当ARP请求发过来后发现自己正是请求的地址是否响应；
        0 - 利用本地的任何地址，不管配置在哪个接口上去响应ARP请求；
        1 - 哪个接口上接受ARP请求，就从哪个端口上回应。


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  
sysctl -p #使用修改生效

这里写图片描述

8、测试

8.1、预期目标

由于lvs设置为rr轮询策略，当访问虚IP http://192.168.101.100，每次刷新请求通过lvs负载到不同的服务器。

8.2、注意事项

1、测试时需要在nginx的http中设置keepalive_timeout 0; 取消使用http持久连接模式，保证每次客户端发起请求都需要向服务端建立连接，这样做是为了每次刷新页面都要经过lvs负载转发。
2、lvs进行负载转发需要保证lvs负载的端口要和nginx服务的端口的一致，这里都为80。

keepalive_timeout说明：
在nginx中keepalive_timeout的默认值是75秒，默认使用http持久连接模式，可使客户端到服务器端的连接持续有效，当出现对服务器的后继请求时，可避免建立或重新建立连接。生产环境建议keepalive_timeout不要设置为0。

8.3、测试过程

修改192.168.101.3和192.168.101.4下html目录中index.html的内容使之个性化。

第一次请求：http://192.168.101.100

这里写图片描述

刷新，相当于第二次请求：

这里写图片描述

依次交替测试，发现每次请求被负载到不同的nginx上。

任意停止掉一个nginx，请求http://192.168.101.100继续可以浏览，同于lvs采用轮询策略如果其中一个nginx请求不可到达则去请求另外的nginx。

9、脚本封装

为了方便配置启动lvs将上边Director Server和Real Server的配置过程封装在shell脚本中。

9.1、Director Server配置

在/etc/init.d下创建lvsdr，内容如下：

#!/bin/sh
# 定义虚拟ip
VIP=192.168.101.100 #虚拟 ip根据需求修改
# 定义realserver,并已空格分开，根据需求修改
RIPS="192.168.101.3 192.168.101.4"

# 定义提供服务的端口
SERVICE=80

# 调用init.d脚本的标准库
. /etc/rc.d/init.d/functions
case $1 in
        start)
        echo "Start LVS of DR Mode"
        # 开启ip转发
        echo "1" > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward
        # 绑定虚拟ip
        ifconfig eth0:0 $VIP broadcast $VIP netmask 255.255.255.255 up
        route add -host $VIP dev eth0:0
        # 清除lvs规则
        ipvsadm -C
        # 添加一条虚拟服务器记录
    # -p指定一定的时间内将相同的客户端分配到同一台后端服务器
    # 用于解决session的问题,测试时或有别的解决方案时建议去掉
        ipvsadm -A -t $VIP:$SERVICE -s rr

        # 添加真实服务器记录
        for RIP in $RIPS
    do
        echo $RIP:$SERVICE;
                ipvsadm -a -t $VIP:$SERVICE -r $RIP:$SERVICE -g
        done
        # 设置tcp tcpfin  udp的超时连接值
        ipvsadm --set 30 120 300
        ipvsadm
        ;;

        stop)
        echo "Stop LVS DR"
        ifconfig eth0:0 down
        ipvsadm -C
        ;;
        *)
        echo "Usage:$0 {start ¦ stop}"
        exit 1
esac

修改脚本权限：chmod +x /etc/init.d/lvsdr

启动Director server：service lvsdr start
停止Director server：service lvsdr stop

9.2、Real Server配置

在/etc/init.d下创建lvsdr，内容如下：

#!/bin/sh
VIP=192.168.101.100 #虚拟ip，根据需求修改
. /etc/rc.d/init.d/functions
case $1 in
        start)
        echo "lo:0 port starting"
        # 为了相应lvs调度器转发过来的包,需在本地lo接口上绑定vip
        ifconfig lo:0 $VIP broadcast $VIP netmask 255.255.255.255 up
        # 限制arp请求
        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
        ;;
        stop)
        echo "lo:0 port closing"
        ifconfig lo:0 down
        echo "0" > /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_ignore
    echo "0" > /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_announce
    echo "0" > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_ignore
    echo "0" > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_announce
        ;;
        *)
        echo "Usage: $0 {start ¦ stop}"
        exit 1
esac

修改脚本权限：chmod +x /etc/init.d/lvsdr

启动real server：service lvsdr start
停止real server：service lvsdr stop

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