负载均衡——LVS DR模式
背景
相比于nginx只能用于7层负载均衡，LVS就比较强大了，能在4层做负载均衡。而且性能和稳定性上LVS也比较占优，毕竟是合入内核模块，不稳定肯定不行。
关于LVS
LVS通过工作于内核的ipvs模块来实现功能，其主要工作于netfilter的INPUT链上。除此之外，还需要一个用户态工具，ipvsadm，用于用户负载集群定义和集群服务管理。
LVS DR模式工作原理
LVS DR模式的流程大概如下：
1、客户端发送请求至VIP，也就是访问服务，请求报文源地址是CIP，目标地址为VIP；
2、LVS调度器接收到请求，报文在PREROUTING链检查，确定目的IP是本机，于是将报文发送至INPUT链，ipvs内核模块确定请求的服务是我们配置的LVS集群服务，然后根据用户设定的均衡策略选择某台后端RS，并将目标MAC地址修改RIP的MAC地址。因为调度器和后端服务器RS在同个网段，因此直接二层互通，将请求发给选择的RS处理；
3、因为报文目的mac是本机，且RS上有配置VIP，因此RS能接收该报文。后端服务处理完请求后，将响应直接发往客户端，此时源IP地址为VIP，目标IP为CIP。
LVS DR模式配置
1、环境准备
如下，准备三台服务器，
| 机器 | 作用 |
|---|---|
| 192.168.0.100 | VIP，LVS调度器对外服务IP |
| 192.168.0.200 | RIP，后端web服务器之一 |
| 192.168.0.250 | RIP，后端web服务器之二 |
2、LVS调度器配置
上面我们说过lvs依赖于ipvs内核模块，和ipvsadm用户态工具。因为centos 7已经默认加载ipvs模块，因此这一步我们不需要配置。我们只需要安装ipvsadm工具即可，
yum install -y ipvsadm
然后在LVS调度器上配置VIP，这里我们采用虚拟网卡，当然也可以使用独立网卡配置，
ifconfig eth0:0 192.168.0.100/24 up
接着配置LVS集群服务，
[root@CentOS-7-2 ~]# ipvsadm -C
[root@CentOS-7-2 ~]# ipvsadm -A -t 192.168.0.100:80 -s rr
[root@CentOS-7-2 ~]# ipvsadm -a -t 192.168.0.100:80 -r 192.168.0.200:80 -g
[root@CentOS-7-2 ~]# ipvsadm -a -t 192.168.0.100:80 -r 192.168.0.250:80 -g
其中，
第一条命令是清空所有规则；
第二条命令是定义LVS服务，并指定负责均衡策略为rr，即轮询；
第三、四条命令各添加一台后端web服务器，作为负载均衡节点，并指定为DR模式。
ipvsadm基本命令参数如下：
-A 指定添加的LVS负载均衡虚拟服务
-t 指定虚拟服务器的IP地址和端口
-s 指定调度算法，ss为轮询，wrr为加权轮询，dh为目标地址散列，sh为源地址散列，lc为最少链接等
-a 在对应的VIP下添加RS节点
-g 指定LVS的工作模式为DR模式
-l 指定LVS的工作模式为tunnel模式
-m 指定LVS的工作模式为NAT模式
添加完后端RS，我们可以查看此LVS对应的均衡规则，
[root@CentOS-7-2 ~]# ipvsadm -Ln
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
-> RemoteAddress:Port Forward Weight ActiveConn InActConn
TCP 192.168.0.100:80 rr
-> 192.168.0.200:80 Route 1 0 0
-> 192.168.0.250:80 Route 1 0 0
3、后端RS配置
这里web服务器使用nginx搭建，因此在两台RS上安装nginx，
yum install -y nginx
同时为了后面测试，我们修改web服务器的index.html内容，
[root@192_168_0_200 ~]# cat /usr/share/nginx/html/index.html
This is 192.168.0.200
[root@192_168_0_250 ~]# cat /usr/share/nginx/html/index.html
This is 192.168.0.250
接着开始进行LVS相关配置，
首先将VIP配置在lo接口上，(注意掩码要配置成32位，不然RS通信会出问题)
ifconfig lo:0 192.168.0.100/32 up
接着配置对应路由，
route add -host 192.168.0.100 dev lo
然后设置相关系统参数，
echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/conf/eth0/arp_ignore
echo 2 > /proc/sys/net/ipv4/conf/eth0/arp_announce
echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_ignore
echo 2 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_announce
其实严格意义上只要配置出口网卡的对应参数就可以了，配置all也只是为了保险而已，文章最后面会有说明。
4、测试
使用curl命令对vip进行访问，
[root@CentOS-7-3 /home]# curl http://192.168.0.100:80
This is 192.168.0.200
[root@CentOS-7-3 /home]# curl http://192.168.0.100:80
This is 192.168.0.250
[root@CentOS-7-3 /home]# curl http://192.168.0.100:80
This is 192.168.0.200
[root@CentOS-7-3 /home]# curl http://192.168.0.100:80
This is 192.168.0.250
可见结果符合我们设置的轮询策略。
几点思考
1、为什么所有RS上都要配置VIP
因为当调度器把请求转发给对应RS时，并没有修改报文目的IP，因此请求报文目的IP仍为VIP，所以如果RS没有配置VIP，那么报文到达RS后就会被丢弃。
2、为什么所有RS要设置arp_ignore=1和arp_announce=2
arp_ignore=1:只响应目的IP地址为接收网卡上的本地地址的arp请求
因为我们在RS上都配置了VIP，因此此时是存在IP冲突的，当外部客户端向VIP发起请求时，会先发送arp请求，此时调度器和RS都会响应这个请求。如果某个RS响应了这个请求，则之后该客户端的请求就都发往该RS，并没有经过LVS，因此也就没有真正的负载均衡，LVS也就没有存在的意义。因此我们需要设置RS不响应对VIP的arp请求，这样外部客户端的所有对VIP的arp请求才会都解析到调度器上，然后经由LVS的调度器发往各个RS。
系统默认arp_ignore=0，表示响应任意网卡上接收到的对本机IP地址的arp请求(包括环回网卡上的地址)，而不管该目的IP是否在接收网卡上。也就是说，如果机器上有两个网卡设备A和B，即使在A网卡上收到对B IP的arp请求，也会回应。而arp_ignore设置成1，则不会对B IP的arp请求进行回应。由于lo肯定不会对外通信，所以如果只有一个对外网口，其实只要设置这个对外网口即可，不过为了保险，很多时候都对all也进行设置。
arp_announce=2:网卡在发送arp请求时使用出口网卡IP作为源IP
当RS处理完请求，想要将响应发回给客户端，此时想要获取目的IP对应的目的MAC地址，那么就要发送arp请求。arp请求的目的IP就是想要获取MAC地址的IP，那arp请求的源IP呢？自然而然想到的是响应报文的源IP地址，但也不是一定是这样，arp请求的源IP是可以选择的，而arp_announce的作用正是控制这个地址如何选择。系统默认arp_announce=0，也就是源ip可以随意选择。这就会导致一个问题，如果发送arp请求时使用的是其他网口的IP，达到网络后，其他机器接收到这个请求就会更新这个IP的mac地址，而实际上并不该更新，因此为了避免arp表的混乱，我们需要将arp请求的源ip限制为出口网卡ip，因此需要设置arp_announce=2。
3、为什么RS上的VIP要配置在lo上
由上可知，只要RS上的VIP不响应arp请求就可以了，因此不一定要配置在lo上，也可以配置在其他网口。由于lo设备不会直接接收外部请求，因此只要设置机器上的出口网卡不响应非本网卡上的arp请求接口。但是如果VIP配置在其他网口上，除了上面的配置，还需要配置该网口不响应任何arp请求，也就是arp_ignore要设置为8。
4、为什么RS上lo配置的VIP掩码为32位
这是由于lo设备的特殊性导致， 如果lo绑定192.168.0.200/24，则该设备会响应该网段所有IP(192.168.0.1~192.168.0.254) 的请求，而不是只响应192.168.0.200这一个地址。
5、为什么调度器与RS要在同一网段中
根据DR模式的原理，调度器只修改请求报文的目的mac，也就是转发是在二层进行，因此调度器和RS需要在同一个网段，从而ip_forward也不需要开启。