Linux下LVS+Keepalived实现高可用负载均衡/(DR)实战

LVS+keepalived能很好的实现（系统高可用、系统可扩展性、负载均衡能力），LVS提 供负载均衡，keepalived提供健康检查，故障转移，提高系统的可用性。

Keepalived工作原理

Keepalived 是一个基于VRRP协议，虚拟路由冗余协议 (Virtual Router Redundancy Protocol，简称VRRP)来实现的LVS服务高可用方案，可以利用其来避免单点故障。

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。

LVS简介与工作原理

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。
目前有三种IP负载均衡技术：

DR  (Direct Routing)
NAT (Network Address Translation)
TUN

十种调度算法 ( rrr | wrr | lc | wlc | lblc | lblcr | dh | sh | sed | nq ）。

LVS主要用于服务器集群的负载均衡。它工作在网络层，可以实现高性能，高可用的服务器集群技术。它廉价，可把许多低性能的服务器组合在一起形成一个超级服务器。它易用，配置非常简单，且有多种负载均衡的方法。它稳定可靠，即使在集群的服务器中某台服务器无法正常工作，也不影响整体效果。另外可扩展性也非常好。

（1）LVS是四层负载均衡，也就是说建立在OSI模型的第四层——传输层之上，传输层上有我们熟悉的TCP/UDP，LVS支持TCP/UDP的负载均衡。因为LVS是四层负载均衡，因此它相对于其它高层负载均衡的解决办法，比如DNS域名轮流解析、应用层负载的调度、客户端的调度等，它的效率是非常高的。

（2）LVS的转发主要通过修改IP地址（NAT模式，分为源地址修改SNAT和目标地址修改DNAT）、修改目标MAC（DR模式）来实现。

NAT模式：网络地址转换
　　NAT（Network Address Translation）是一种外网和内网地址映射的技术。NAT模式下，网络数据报的进出都要经过LVS的处理。LVS需要作为RS（真实服务器）的网关。当包到达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，仿佛是客户端直接发给它的一样。RS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，这样，这个包对客户端看起来就仿佛是LVS直接返回给它的。客户端无法感知到后端RS的存在。
　　
DR模式：直接路由
　　DR模式下需要LVS和RS集群绑定同一个VIP（RS通过将VIP绑定在loopback实现），但与NAT的不同点在于：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。详细来看，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，LVS只是做了一下移花接木。RS收到LVS转发来的包时，链路层发现MAC是自己的，到上面的网络层，发现IP也是自己的，于是这个包被合法地接受，RS感知不到前面有LVS的存在。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。

（3）DR负载均衡模式数据分发过程中不修改IP地址，只修改mac地址，由于实际处理请求的真实物理IP地址和数据请求目的IP地址一致，所以不需要通过负载均衡服务器进行地址转换，可将响应数据包直接返回给用户浏览器，避免负载均衡服务器网卡带宽成为瓶颈。因此，DR模式具有较好的性能，也是目前大型网站使用最广泛的一种负载均衡手段。

实战：LVS+Keepalived-DR模式

准备环境：
Centos6 四台服务器（其中两台做LVS）
service iptables stop
setenforce 0

LVS主和备的操作，都要安装ipvsadmi和keepalived
#yum -y ipvsadm keepalived

LVS主上的操作

更改keepalive的配置文件

[root@ localhost ~]# vim /etc/keepalived/keepalived.conf
vrrp_instance VI_1 {
    state MASTER        \\初始状态
    interface eth0        \\VIP的网卡    
    virtual_router_id 51
    priority 100        \\优先级
    advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass 1111
    }
    virtual_ipaddress {
        192.168.189.181     \\VIP地址
    }
}

virtual_server 192.168.189.181 80 {    \\虚拟服务器
    delay_loop 6
    lb_algo rr        \\算法
    lb_kind DR        \\模式
    nat_mask 255.255.255.0    \\子网掩码
    protocol TCP        \\虚拟服务器协议

    real_server 192.168.189.163 80 {    \\真实服务器web1的ip地址和端口
        weight 1            \\权重
        TCP_CHECK {            \\健康检查模块    
            connect_timeout 3
            connect_port 80
            nb_get_retry 3
            delay_before_retry 3
        }
    }
    real_server 192.168.189.164 80 {    \\真实服务器web2的ip地址和端口
        weight 1            \\权重
        TCP_CHECK {            \\健康检查模块
            connect_timeout 3
            connect_port 80
            nb_get_retry 3
            delay_before_retry 3
        }
    }
}

配置完毕后关闭防火墙并启动keepalived
service keepalived start
查看VIP是否生成

ip a
eth0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast state UP qlen 1000
    link/ether 00:0c:29:fc:d6:23 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 192.168.189.161/24 brd 192.168.189.255 scope global eth0
    inet 192.168.189.181/32 scope global eth0

LVS备份主机的操作

备份主机keepalived的配置文件和主的基本相同，需要修改初始状态和优先级即可
vrrp_instance VI_1 {
    state BACKUP        \\初始状态BACKUP
    interface eth0        \\VIP的网卡    
    virtual_router_id 51
    priority 90        \\优先级
    advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass 1111
    }
    virtual_ipaddress {
        192.168.189.181     \\VIP地址
    }
}
其他配置和LVS主机一样
配置完毕后关闭防火墙并启动keepalived
service iptables stop
setenforce 0
service keepalived start

web服务配置
配置内容和之前一样
1.安装httpd并创建测试页面
2.增加lo:0，并并绑定VIP
3.修改arp级别
4.增加静态路由
5.关闭防火墙

全部配置完毕后，在LVS主上执行如下命令，查看LVS规则是否增加成功

ipvsadm -Ln

IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
  -> RemoteAddress:Port           Forward Weight ActiveConn InActConn
TCP  192.168.189.181:80 rr
  -> 192.168.189.163:80           Route   1      0          0         
  -> 192.168.189.164:80           Route   1      0          0
  
  若有规则输出说明成功

访问VIP测试效果

并且停止主的keepalived测试VIP是否飘逸之LVS的备份主机，若能成功飘逸，并且可以正常访问，说明我们实现了LVS+keepalvied集群的配置，
成功实现了LVS的高可用