LVS负载均衡集群——DR模式

标签：ARP 负载 LVS IP MAC 192.168 Server VIP DR

一、LVS-DR集群介绍

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。

1.1LVS-DR 工作原理

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。

1.2数据包流向分析

为方便进行原理分析，将Client与群集机器放在同一网络中，数据包流经的路线为 1-2-3-4 四步

第一步：客户端发送请求到 Director Server (负载均衡器），请求的数据报文到达内核空间。

此时请求的数据报文
源 IP —— 客户端的 IP（CIP）
目标 IP —— VIP
源 MAC —— 客户端的 MAC
目的 MAC —— Director Server 的 MAC

第二步：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。然后将数据包发送给根据负载均衡算法选择的 Real Server。（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。）

此时请求的数据报文
源 IP —— 客户端的 IP
目标 IP —— VIP
源 MAC —— Director Server 的 MAC
目的 MAC —— Real Server 的 MAC

第三步：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，将响应报文通过 lo 接口传送给物理网卡然后向外发出。

此时请求的数据报文
源 IP —— VIP
目标 IP —— 客户端的 IP（CIP）
源 MAC —— Real Server 的 MAC
目的 MAC —— 客户端的 MAC

第四步：通过交换机和路由器将响应报文传送到客户端。客户端收到回复报文，得到想要的服务，但是不会知道是哪台服务器处理的。

1.3LVS-DR 模式的特点

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。
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，即不允许数据包经过 Director S erver。
Real Server 上的 lo 接口配置 VIP 的 IP 地址。

1.4LVS-DR中的ARP问题

（1）问题一

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

解决方法：
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

（2）问题二

问题说明：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给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

二、构建LVS-DR集群的步骤

实验环境准备：

DR 服务器：192.168.10.10
Web 服务器1：192.168.10.20
Web 服务器2：192.168.10.30
NFS共享服务器：192.168.10.40
lvs_vip：192.168.10.50

2.1配置负载调度器（192.168.10.10）

systemctl stop firewalld.service
setenforce 0
modprobe ip_vs
cat /proc/net/ip_vs
yum -y install ipvsadm

（1）配置虚拟 IP 地址（VIP：192.168.10.50）

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=192.168.10.50
NETMASK=255.255.255.255
 
ifup ens33:0
ifconfig ens33:0
route add -host 192.168.10.50 dev ens33:0 ###添加静态路由

（2）调整 proc 响应参数

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 = 0
 
sysctl -p

（3）配置负载分配策略

ipvsadm-save > /etc/sysconfig/ipvsadm
systemctl start ipvsadm
 
ipvsadm -C
ipvsadm -A -t 192.168.10.50:80 -s rr
ipvsadm -a -t 192.168.10.50:80 -r 192.168.10.20:80 -g            #若隧道模式，-g替换为-i
ipvsadm -a -t 192.168.10.50:80 -r 192.168.10.30:80 -g
ipvsadm
 
ipvsadm -ln

2.2部署共享存储（NFS服务器：192.168.10.40）

systemctl stop firewalld.service
systemctl disable firewalld.service
setenforce 0
 
yum install nfs-utils rpcbind -y
systemctl start nfs.service
systemctl start rpcbind.service
systemctl enable nfs.service
systemctl enable rpcbind.service
 
mkdir /opt/ly /opt/weq
chmod 777 /opt/ly /opt/weq
 
echo 'this is fzr web!' > /opt/fzr/index.html
echo 'this is zzj web!' > /opt/zzj/index.html
 
vim /etc/exports
/opt/fzr 192.168.10.0/24(rw,sync)
/opt/zzj 192.168.10.0/24(rw,sync)
 
--发布共享---[root@nfs ~]#exportfs -rv

2.3配置节点服务器（192.168.2.20、192.168.10.30）

systemctl stop firewalld.service
setenforce 0

（1）配置虚拟 IP 地址（VIP：192.168.10.50）

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。

yum install nfs-utils rpcbind httpd -y

cd /etc/sysconfig/network-scripts/
cp ifcfg-ens33 ifcfg-lo:0      
vim ifcfg-lo:0
DEVICE=lo:0
ONBOOT=yes
IPADDR=192.168.10.50                    #和VIP保持一致
NETMASK=255.255.255.255                     #注意：子网掩码必须全为 1
ifup lo:0
ifconfig lo:0
route add -host 192.168.10.50 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 192.168.10.50 dev lo:0
chmod +x /etc/rc.local

（2）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.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 = 2
 
sysctl -p
 
或者临时添加
 
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
 
yum -y install nfs-utils rpcbind httpd
systemctl start rpcbind
systemctl start httpd

（3）共享挂载目录

yum -y install nfs-utils rpcbind httpd
systemctl start rpcbind
systemctl start httpd
 
--192.168.10.20---
mount.nfs 192.168.10.40:/opt/fzr /var/www/html
 
--192.168.10.30---
mount.nfs 192.168.10.40:/opt/zzj /var/www/html