目录
一.LVS负载均衡集群
1.群集的含义
2.群集解决的问题
3.群集的类型
4.负载均衡群集架构
5.负载均衡群集工作模式分析
6.LVS的负载调度算法
二.LVS负载均衡群集部署-NAT模式
1.ipvsadm 工具选项说明:
2.配置LVS负载均衡群集部署-NAT模式
三.LVS负载均衡群集-DR模式
1.数据包流向分析
2.DR 模式的特点
3.LVS-DR中的ARP问题
4.部署LVS负载均衡群集部署-DR模式
由多台主机构成,但对外只表现为一个整体,只提供一个访问入口(域名或IP地址),相当于一台大型计算机
互联网应用中,随着站点对硬件性能,响应速度、服务稳定性、数据可靠性等要求越来越高,单台服务器已经无法满足负载均衡及高可用的要求
解决方法:• 使用价格昂贵的小型机、大型机
• 使用多台相对廉价的普通服务器构建服务群集
在企业中常用的一种群集技术–LVS(Linux virtual server,linux虚拟服务器)
注:通过整合多台服务器,使用LVS来达到服务器的高可用和负载均衡,并以同一个IP地址对外提供相同的服务
• 负载均衡群集
提高应用系统的响应能力,尽可能处理更多的访问请求、减少延迟为目标,获得高并发、高负载(LB)的整体性能
LB的负载分担依赖于主节点的分流算法,将来自客户机的访问请求分担给多个服务器节点,从而缓解整个系统的负载压力。例如 "反向代理 "
• 高可用群集
提高应用系统的可靠性、尽可能的减少中断时间为目标,确保服务的连续性,达到高可用(HA)的容错效果
HA的工作方式包括双工和主从两种模式,双工即所有节点同时在线;主从则只有主节点在线,但当出现故障时从节点能自动切换为主节点。
例如 “故障切换” “双机热备” 等
高性能运算群集
以提高应用系统的CPU运算速度、扩展硬件资源和分析能力为目标,获得相当于大型、超级计算机的高性能运算(HPC)能力
高性能依赖于“分布式运算”、“并行计算”,通过专用硬件和软件将多个服务器的cpu、内存等资源整合在一起,实现只有大型、超级计算机才具备的计算能力,例如 “云计算” “网路计算”等
第一层,负载调度器(Load Balancer或Director)
访问整个群集系统的唯一入口,对外使用所有服务器共有的vip地址,也称为
群集IP地址,通常会配置主、备两台调度器实现热备份,当主调度器失效以后能够平滑替换至备用调度器,确保高可用性
第二层,服务器池(Server Pool)
群集所提供的应用服务,由服务器池承担,其中每个节点具有独立的RIP地址(真实IP),只处理调度器分发过来的客户机请求。当某个节点暂时失效时,负载调度器的容错机制会将其隔离,等待错误排除以后再重新纳入服务器池
第三层,共享存储(Share Storage)
为服务器池中的所有节点提供稳定,一致的文件存取服务,确保整个群集的统一性,共享存储可以使用NAS设备,或者提供NFS共享服务的专用服务器
负载均衡群集是目前企业用的最多的群集类型
群集的负载调度技术有三种工作模式
地址转换 、IP隧道 、直接路由
NAT模式:地址转换(Network Address Translation,简称NAT模式)
•类似于防火墙的私有网络结构,负载调度器作为所有服务器节点的网关结构,负载调度器作为所有服务器节点的网关,即作为客户机的访问入口,也是各节点回应客户机的访问出口
•服务器节点使用私有IP地址,与负载调度器位于同一个物理网路,安全性要优于其他两种方式
原理:首先负载均衡器接收到客户的请求数据包时,根据调度算法决定将请求发送给哪个后端的真实服务器(RS)。然后负载均衡器就把客户端发送的请求数据包的目标IP地址及端口改成后端真实服务器的IP地址(RIP)。真实服务器响应完请求后,查看默认路由,把响应后的数据包发送给负载均衡器,负载均衡器在接收到响应包后,把包的源地址改成虚拟地址(VIP)然后发送回给客户端
优点:集群中的服务器可以使用任何支持TCP/IP的操作系统,只要负载均衡器有一个合法的IP地址
缺点:扩展性有限,当服务器节点增长过多时,由于所有的请求和应答都需要经过负载均衡器,因此负载均衡器将成为整个系统的瓶颈
TUN模式:(IP隧道 、IP Tunnel ,简称TUN模式)
•采用开放式的网络结构,负载调度器仅作为客户机的访问入口,各节点通过各自的lnternet连接直接回应客户机,而不再经过负载调度器
•服务器节点分散在互联网中的不同位置,具有独立的公网IP地址,通过专用IP隧道与负载调度器相互通信
•原理:首先负载均衡器接收到客户的请求数据包时,根据调度算法决定将请求发送给哪个后端的真实服务器(RS)。然后负载均衡器就把客户端发送的请求报文封装一层IP隧道(T-IP)转发到真实服务器(RS)。真实服务器响应完请求后,查看默认路由,把响应后的数据包直接发送给客户端,不需要经过负载均衡器
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,也能处理很巨大的请求量
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”
DR 模式 (直接路由、Direct Routing ,简称DR模式)
•采用半开放式的网络结构,与TUN模式的结构类似,但各节点并不是分散在各地,而是与调度器位于同一个物理网络
• 负载各节点服务器通过本地网络连接,不需要建立专用的IP隧道
•原理:首先负载均衡器接收到客户的请求数据包时,根据调度算法决定将请求发送给哪个后端的真实服务器(RS)。然后负载均衡器就把客户端发送的请求数据包的目标MAC地址改成后端真实服务器的MAC地址(R-MAC)。真实服务器响应完请求后,查看默认路由,把响应后的数据包直接发送给客户端,不需要经过负载均衡器
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,也能处理很巨大的请求量
缺点:需要负载均衡器与真实服务器RS都有一块网卡连接到同一物理网段上,必须在同一个局域网环境
• 轮询 (Round Robin)
将收到的访问请求按照顺序轮流分配给群集中的各节点(真实服务器),均等地对待每一台服务器,而不是服务器实际的连接数和系统负载
• 加权轮询(Weighted Round Robin)
根据调度设置的权重值来分发请求,权重值高的节点优先获得任务,分配的请求数越多
保证性能强的服务器承担更多的访问流量
• 最少连接 (Least Connections)
根据真实服务器已建立的连接进行分配,将收到的访问请求优先分配给连接数最少的节点
• 加权最少连接(Weighted Least Connections)
在服务器节点的性能差异较大时,可以为真实服务器自动调整权重
性能较高的节点承担更大比例的活动连接负载
-A | 添加虚拟服务器 |
-D | 删除整个虚拟服务器 |
-s | 指定负载调度算法(轮询:rr、加权轮询:wrr、最少连接:lc、加权最少连接:wlc) |
-a | 表示添加真实服务器(节点服务器) |
-d | 删除某一个节点 |
-t | 指定 VIP地址及 TCP端口 |
-r | 指定 RIP地址及 TCP端口 |
-m | 表示使用 NAT群集模式 |
-g | 表示使用 DR模式 |
-i | 表示使用 TUN模式 |
-w | 设置权重(权重为 0 时表示暂停节点) |
-p 60 | 表示保持长连接60秒 |
-l | 列表查看 LVS 虚拟服务器(默认为查看所有) |
-n | 以数字形式显示地址、端口等信息,常与“-l”选项组合使用。ipvsadm -ln |
环境准备
负载调度器:内网关 ens33:192.168.116.100,外网关 ens37:12.0.0.1
Web节点服务器1:192.168.116.80
Web节点服务器2:192.168.116.90
NFS服务器:192.168.80.60
客户端:12.0.0.12
部署共享存储(NFS服务器:192.168.116.60)
systemctl stop firewalld.service
systemctl disable firewalld.service
setenforce 0yum install nfs-utils rpcbind -y
systemctl start nfs.service
systemctl start rpcbind.service
systemctl enable nfs.service
systemctl enable rpcbind.servicemkdir /opt/accp /opt/benet
chmod 777 /opt/accp /opt/benet
echo 'this is accp web!' > /opt/accp/index.html
echo 'this is benet web!' > /opt/benet/index.htmlvim /etc/exports
/usr/share * (ro,sync)
/opt/kaccp 192.168.111.0/24(rw,sync)
/opt/benet 192.168.111.0/24(rw,sync)shownmount -e 192.168.111.0/24
或
exportfs -rv
配置两台节点服务器(192.168.116.80、192.168.116.90)
systemctl stop firewalld.service
systemctl disable firewalld.service
setenforce 0cdyum install httpd -y
systemctl start httpd.service
systemctl enable httpd.serviceyum install nfs-utils rpcbind -y
showmount -e 192.168.111.178systemctl start rpcbind
systemctl enable rpcbindmount 192.168.111.178:/opt/accp /var/www/html
echo 'this is accp web!' > /var/www/html/index.htmlvim /etc/fstab
192.168.116.60:/opt/accp /myshare nfs defaults,_netdev 0 0
配置负载调度器(内网关 ens33:192.168.116.100,外网关 ens37:12.0.0.1)
systemctl stop firewalld.service
systemctl disable firewalld.service
setenforce 0
配置SNAT转发规则
vim /etc/sysctl.conf
net.ipv4.ip_forward = 1或 echo '1' > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward
sysctl -piptables -t nat -F
iptables -F
iptables -t nat -A POSTROUTING -s 192.168.111.0/24 -o ens36 -j SNAT --to-source 12.0.0.1
加载LVS内核模块
modprobe ip_vs #加载 ip_vs模块
cat /proc/net/ip_vs #查看 ip_vs版本信息
安装ipvsadm 管理工具
yum -y install ipvsadm
启动服务前须保存负载分配策略
ipvsadm-save > /etc/sysconfig/ipvsadm
或者 ipvsadm --save > /etc/sysconfig/ipvsadmsystemctl start ipvsadm.service
配置负载分配策略(NAT模式只要在服务器上配置,节点服务器不需要特殊配置)
ipvsadm -C #清除原有策略
ipvsadm -A -t 12.0.0.1:80 -s rr
ipvsadm -a -t 12.0.0.1:80 -r 192.168.111.176:80 -m
ipvsadm -a -t 12.0.0.1:80 -r 192.168.111.177:80 -m
ipvsadm #启用策略ipvsadm -ln #查看节点状态,Masq代表 NAT模式
ipvsadm-save > /etc/sysconfig/ipvsadm #保存策略
测试效果 在一台IP为12.0.0.12的客户机使用浏览器访问 http://12.0.0.1/ ,不断刷新浏览器测试负载均衡效果,刷新间隔需长点 (2)Director Server 和 Real Server 在同一个网络中,数据通过二层数据链路层来传输 (3)内核空间判断数据包的目标IP是本机VIP,此时IPVS(IP虚拟服务器)比对数据包请求的服务是否是集群服务,是集群服务就重新封装数据包。修改源 MAC 地址为 Director Server 的 MAC地址,修改目标 MAC 地址为 Real Server 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 (4)到达 Real Server 的请求报文的 MAC 地址是自身的 MAC 地址,就接收此报文。数据包重新封装报文(源 IP 地址为 VIP,目标 IP 为 CIP),将响应报文通过 lo 接口传送给物理网卡然后向外发出 (5)Real Server 直接将响应报文传送到客户端 (1)Director Server 和 Real Server 必须在同一个物理网络中 (2)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 (3)Director Server作为群集的访问入口,但不作为网关使用 (4)所有的请求报文经由 Director Server,但回复响应报文不能经过 Director Server (5)Real Server 的网关不允许指向 Director ServeIP,即RealServer发送的数据包不允许经过 Director Server。 (6)Real Server 上的 lo 接口配置 VIP 的 IP 地址 (1)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 解决方法: (2)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请求包的源IP地址,而不使用发送接口的IP地址 解决方法: 环境准备 DR 服务器:192.168.111.175 配置负载调度器(192.168.111.175) (1)配置虚拟 IP 地址(VIP:192.168.116.200) (2)调整 proc 响应参数 (3)配置负载分配策略 部署共享存储(NFS服务器:192.168.111.178) 配置节点服务器(192.168.111.176、192.168.111.177) (1)配置虚拟 IP 地址(VIP:192.168.111.100) (2)调整 proc 响应参数 测试 LVS 群集 在客户端使用浏览器访问 http://192.168.116.200/,默认网关指向192.168.116.200ipvsadm -d -t 12.0.0.1:80 -r 192.168.80.11:80 -m [-w 1] #删除群集中某一节点服务器
ipvsadm -D -t 12.0.0.1:80 #删除整个虚拟服务器
systemctl stop ipvsadm #停止服务(清除策略)
systemctl start ipvsadm #启动服务(重建规则)、
ipvsadm-restore 三.LVS负载均衡群集-DR模式
1.数据包流向分析
(1)客户端发送请求到 Director Server,请求的数据报文(源 IP 是 CIP,目标 IP 是 VIP)到达内核空间
注意: 如果跨网段,则报文通过路由器经由Internet返回给用户2.DR 模式的特点
3.LVS-DR中的ARP问题
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
对节点服务器进行处理,使其不响应针对VIP的ARP请求
使用虚接口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
所以,路由表根据ARP表项,会将新来的请求报文转发给RealServer,导致Director的VIP失效
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4.部署LVS负载均衡群集部署-DR模式
Web 服务器1:192.168.111.176
Web 服务器2:192.168.111.177
nfs 服务器: 192.168.111.178
客户端:192.168.116.123
vip:192.168.111.100systemctl stop firewalld.service
setenforce 0modprobe ip_vs
cat /proc/net/ip_vs
yum -y install ipvsadm
cd /etc/sysconfig/network-scripts/
cp ifcfg-ens33 ifcfg-ens33:0 #若隧道模式,复制为ifcfg-tunl0
vim ifcfg-ens33:0
DEVICE=ens33:0
OnBOOT=yes
IPADDR=192.168.116.200
NETMASK=255.255.255.255ifup ens33:0
ifconfig ens33:0
route add -host 192.168.111.100 dev ens33:0
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。vim /etc/sysctl.conf
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 = 0sysctl -p
ipvsadm-save > /etc/sysconfig/ipvsadm
systemctl start ipvsadmipvsadm -C
ipvsadm -A -t 192.168.111.100:80 -s rr
ipvsadm -a -t 192.168.111.100:80 -r 192.168.111.176:80 -g #若隧道模式,-g替换为-i
ipvsadm -a -t 192.168.111.100:80 -r 192.168.111.177:80 -g
ipvsadmipvsadm -ln #查看节点状态,Route代表 DR模式systemctl stop firewalld.service
systemctl disable firewalld.service
setenforce 0yum install nfs-utils rpcbind -y
systemctl start nfs.service
systemctl start rpcbind.service
systemctl enable nfs.service
systemctl enable rpcbind.servicemkdir /opt/accp /opt/benet
chmod 777 /opt/accp /opt/benetvim /etc/exports
/usr/share *(ro,sync)
/opt/accp 192.168.111.0/24(rw,sync)
/opt/benet 192.168.111.0/24(rw,sync)--发布共享---
exportfs -rvsystemctl stop firewalld.service
setenforce 0cd /etc/sysconfig/network-scripts/
cp ifcfg-ens33 ifcfg-lo:0
vim ifcfg-lo:0
DEVICE=lo:0
OnBOOT=yes
IPADDR=192.168.111.100
NETMASK=255.255.255.255 #注意:子网掩码必须全为 1ifup lo:0
ifconfig lo:0
route add -host 192.168.111.100 dev lo:0 #添加VIP本地访问路由,将访问VIP的数据限制在本地,以避免通信紊乱vim /etc/rc.local
/sbin/route add -host 192.168.111.100 dev lo:0chmod +x /etc/rc.d/rc.localvim /etc/sysctl.conf
......
net.ipv4.conf.lo.arp_ignore = 1 #系统只响应目的IP为本地IP的ARP请求
net.ipv4.conf.lo.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
net.ipv4.conf.all.arp_ignore = 1
net.ipv4.conf.all.arp_announce = 2arp_ingore=1防止网关路由器发送ARP广播时调度器和节点服务器都进行响应导致ARP缓存表紊乱,不对非本地物理网卡IP的ARP请求经行相应,因为VIP时承载在lo:0arp_announce=2系统不使用响应数据包的源IP地址(VIP)来作为本机进行ARP请求报文的源IP地址而使用发送报文的物理网卡IP地址作为ARP请求报文的源IP地址,这样可以防止网关路由器接收到源IP地址为VIP的ARP请求报文后又更新ARP缓存表导致外网再发送请求时,数据包到达不了调度器。sysctl -p或者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_announcesysctl -pyum -y install nfs-utils rpcbind httpd
systemctl start rpcbind
systemctl start httpd--192.168.111.176---
mount.nfs 192.168.111.176:/opt/accp /var/www/html--192.168.111.177---
mount.nfs 192.168.111.177:/opt/benet /var/www/html