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一、LVS介绍
LVS（Linux Virtual Server，即 Linux 虚拟服务器
） ，集成于Linux内核模块中，在Linux内核中实现了基于IP的数据请求负载均衡调度方案。
LVS相关术语：
DS：Director Server。指的是前端负载均衡器节点。
RS：Real Server。后端真实的工作服务器。
VIP：向外部直接面向用户请求，作为用户请求的目标的IP地址。
DIP：Director Server IP，主要用于和内部主机通讯的IP地址。
RIP：Real Server IP，后端服务器的IP地址。
CIP：Client IP，访问客户端的IP地址。
1、LVS的两个部件：
ipvs: 工作于内核空间，主要用于使用户定义的策略生效；基于linux内核的netfilter机制，工作在netfilter的input链。ipvs工作于内核空间的INPUT链上，当收到用户请求某集群服务时，经过PREROUTING链，经检查本机路由表，送往INPUT链；在进入netfilter的INPUT链时，ipvs强行将请求报文通过ipvsadm定义的集群服务策略的路径改为FORWORD链，将报文转发至后端真实提供服务的主机。
ipvsadm : 工作于用户空间，主要用于用户定义和管理集群服务的工具。
2、基本工作原理
（1）当用户向负载均衡调度器（Director Server）发起请求，调度器将请求发往至内核空间
（2）PREROUTING链首先会接收到用户请求，判断目标IP确定是本机IP，将数据包发往INPUT链
（3）IPVS是工作在INPUT链上的，当用户请求到达INPUT时，IPVS会将用户请求和自己已定义好的集群服务进行比对，如果用户请求的就是定义的集群服务，那么此时IPVS会强行修改数据包里的目标IP地址及端口，并将新的数据包发往POSTROUTING链
（4）POSTROUTING链接收数据包后发现目标IP地址刚好是自己的后端服务器，那么此时通过选路，将数据包最终发送给后端的服务器。
3、Lvs的工作模式：NAT模式，DR模式，TUN模式，FullNAT模式
（1）NAT模式：
nat模式，网络地址转换，本质是多目标IP的DNAT，通过将请求报文中的目标地址和目标端口修改为某挑出的RS的RIP和PORT实现转发。
工作过程：
1、client请求资源，当报文到达director时，源和目标IP是CIP-VIP，IPVS会强行修改目标地址为RIP，将报文从INPUT发向POSTROUTING，源和目标IP修改为CIP-RIP，RS验证目标地址是本地地址，则接受报文并处理请求。
2、RS响应请求，由于请求报文源IP是CIP，所以响应报文的目标IP是CIP；将响应报文发送给网关director后，director会通过SNAT将源IP修改为VIP，这样client才可以明确是响应它请求报文的数据包。
特点：
* director与RS必须在同一个局域网。
* RS的网关必须指向director的私网DIP。
* 请求和响应报文都需要director转发，会成为整个系统的瓶颈。
* 支持端口映射，client访问80端口，director可以映射到RS的8080端口上。
* rs可以是任意操作系统。
（2）DR模式：
Direct Routing，直接路由，LVS默认模式,应用最广泛,通过为请求报文重新封装一个MAC首部进行转发，源MAC是DIP所在的接口的MAC，目标MAC是某挑选出的RS的RIP所在接口的MAC地址；源IP/PORT，以及目标IP/PORT均保持不变。
工作过程：
1、client请求资源，请求报文经过路由到达交换机，然后交换机查看目标IP为VIP，则修改源和目标MAC后再封装报文发送给director，IPVS则将报文源MAC修改为DIP的MAC地址，目标MAC修改为RIP的MAC地址，然后经POSTROUTING链发送出去，通过交换机转送给RS。DR模式会lo接口上配置一个虚拟地址VIP，当RS收到报文拆封发现目标MAC地址是自己，目标IP地址也是自己的lo地址VIP，就会处理请求。
2、RS响应请求，由于请求报文的目标IP是VIP，所以响应报文就通过lo接口传送到eth0网卡发出。
特点：
* 保证前端路由将目标地址为VIP的报文全部发送给DS，而不是RS
* RS上的lo接口配置VIP的IP地址
* RS的RIP可以使用私有地址，但也可以使用公网地址
* RS和director必须在同一物理网络中
* 请求报文有director调度，响应报文则由real server直接发往客户端
* 不支持端口映射
* RS的网关不能指向DIP
特点1解决方案：
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arptables，在arp的层次上实现在ARP解析时做防火墙规则，过滤RS响应ARP请求，这是由iptables提供的；
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修改RS上内核参数（arp_ignore=1和arp_announce=2）将RS上的VIP配置在lo接口的别名上，并限制其不能响应对VIP地址解析请求。
限制响应级别：arp_ignore
0：默认值，表示可使用本地任意接口上配置的任意地址进行响应
1：只响应目的IP地址为接收网卡上的本地地址的arp请求。
限制通告级别：arp_announce,对网络接口上本地IP地址发出的ARP报文作出相应级别的限制。
0：默认值，本机所有IP地址都向任何一个接口通告ARP报文。
1：尽量仅向该网卡回应与该网段匹配的ARP报文。
2：只向该网卡回应与该网段匹配的ARP报文。
（3）TUN模式：
IP隧道技术又称IP封装，在源和目标IP地址的基础上，利用新的源和目标IP地址对数据报文进行第二次封装。
工作过程：
1、client请求资源，源和目标IP为CIP-VIP的报文到达director，IPVS会利用隧道技术将DIP-RIP封装在请求报文中，经POSTROUTING链发送至RS，RS本地需要配置tunl0地址为VIP，当RS接收到报文，二次封装的目标地址RIP为本地eth0地址，原始目标地址VIP为本地tunl0地址，所以RS就会认定是发送给自己的数据包，就会处理请求。
2、RS响应请求，由于请求报文源和目标IP是CIP-VIP，所以响应报文的源和目标地址应为VIP-CIP；此时报文会经由RS的网关路由一直送达client。
特点：
* VIP、DIP、RIP都是公网IP。
* RS网关不会也不能指向DIP。
* 请求报文经过director，响应报文直接由RS发送给client，director不再成为系统瓶颈。
* RS必须支持隧道技术。
* 不支持端口映射。
补充：
所有主机在同一物理网络的Tun模式下，会出现ARP问题，rs也需要配置arp抑制（内核参数arp_ignore=1和arp_announce=2）。
（4）FULLNAT模式
通过同时修改请求报文的源IP地址和目标IP地址进行转发。内核默认不支持。
特点：
1. VIP是公网地址，RIP和DIP是私网地址，且通常不在同一IP网络；因此，RIP的网关一般不会指向DIP
2. RS收到的请求报文源地址是DIP，因此，只需响应给DIP；但Director还要将其发往Client
3. 请求和响应报文都经由Director
4. 支持端口映射
4、Lvs的调度算法：
轮询（Round-Robin Scheduling）
加权轮询（Weighted Round-Robin Scheduling）
最少连接（Least-Connection Scheduling）
加权最少连接（Weighted Least-Connection Scheduling）
源地址散列（Source Hashing Scheduling）：简称'SH'，算法先根据请求的源IP地址，作为散列键（Hash Key）从静态分配的散列表找出对应的服务器，若该服务器是可用的且并未超载，将请求发送到该服务器，否则返回空。
目的地址散列（Destination Hashing Scheduling）：简称'DH'，算法先根据请求的目标IP地址，作为散列键（Hash Key）从静态分配的散列表找出对应的服务器，若该服务器是可用的且并未超载，将请求发送到该服务器，否则返回空。将发往同一个目标地址的请求始终转发至第一次挑中的RS，典型使用场景是正向代理缓存场景中的负载均衡。
永不排队（Never Queue Scheduling）
最短期望延迟（Shortest Expected Delay Scheduling）
基于局部性的最少连接（Locality-Based Least-Connection Scheduling）
带复制的基于局部性最少连接（Locality-Based Least-Connection with Replication Scheduling）
二、keepalived
keepalived是集群管理中保证集群高可用的一个服务软件，其功能类似于heartbeat，用来防止单点故障。
keepalived是以VRRP协议为实现基础的，VRRP全称Virtual Router Redundancy Protocol，即虚拟路由冗余协议。
虚拟路由冗余协议，可以认为是实现路由器高可用的协议，即将N台提供相同功能的路由器组成一个路由器组，这个组里面有一个master和多个backup，master上面有一个对外提供服务的vip（该路由器所在局域网内其他机器的默认路由为该vip），master会发组播，当backup收不到vrrp包时就认为master宕掉了，这时就需要根据VRRP的优先级来选举一个backup当master。这样的话就可以保证路由器的高可用了。
keepalived主要有三个模块，分别是core、check和vrrp。core模块为keepalived的核心，负责主进程的启动、维护以及全局配置文件的加载和解析。check负责健康检查，包括常见的各种检查方式。vrrp模块是来实现VRRP协议的。