centos LB负载均衡集群 三种模式区别 LVS/NAT 配置 LVS/DR 配置 LVS/DR + keepalived配置 nginx ip_hash 实现长连接 LVS是四层LB...

centos   LB负载均衡集群 三种模式区别 LVS/NAT 配置  LVS/DR 配置  LVS/DR + keepalived配置  nginx ip_hash 实现长连接  LVS是四层LB  注意down掉网卡的方法  nginx效率没有LVS高  ipvsadm命令集  测试LVS方法 第三十三节课

 

LVS核心模块就是IPVS,安装在Director上，Director就是一个路由器，他包含有完成lvs功能的路由表，通过这些路由表把用户请求分发到real server。
同时，在Director上还要安装对realserver的监控模块LDirectord（LDirectord是heartbeat里面的一个插件，还需要perl-MailTools这个rpm包），这个模块用于监测各个real server服务的健康状况， 在real server不可用时把其从lvs路由表中剔除，在恢复时再重新加入

 

LVS即使其中一台web服务器挂掉，LVS依然会把请求分发到挂掉的服务器，这是LVS的缺点

LVS权重最大100 最小0

用户的登录态的保持
1、服务器间用共享存储
2、用长连接，不允许会话切换web服务器，让会话保持在一台服务器

服务器：session
客户端：cookies

 

 

 

三种模式区别

$IPVSADM -a -t 192.168.31.166:80 -r 192.168.21.100:80 -m -w 1  //-a增加一个real server  -m NAT模式 -g dr模式 -t tun模式  -w权重

NAT模式：director负责接受请求和返回请求，realserver可以是任意操作系统，dr的vip和dip只需要不同网段就可以

DR模式/TUN模式：返回请求不需要经过director，director只负责分发接受的请求，realserver只能是Unix like操作系统

DR模式和TUN模式区别：TUN模式realserver和dr通信使用隧道（修改了ip包头），DR模式不使用隧道（修改MAC地址）

三种模式都不需要公网IP，客户端，dr，realserver都在同一个内网里面都可以

如果dr用公网ip，那么realserver的rip也要用公网ip

 

 

dip：director ip

rip：real server ip

 

上半节课

三种模式区别
LVS/NAT 配置
LVS/DR 配置

 

 

下半节课

LVS/DR + keepalived配置
nginx ip_hash 实现长连接
LVS是四层LB
注意down掉网卡的方法
nginx效率没有LVS高
ipvsadm命令集

 

 

 

 

NAT模式（Virtual server via NAT（VS-NAT））

DR模式（Virtual Server via Direct Routing（VS-DR））

TUN模式（Virtual server via IP tunneling（VS-TUN））

 

 

 

常用的负载均衡开源软件有： nginx、lvs、keepalived
商业的硬件负载设备： F5、Netscale

1. LB、LVS介绍LB集群是load balance 集群的简写，翻译成中文就是负载均衡集群

LVS是一个实现负载均衡集群的开源软件项目
LVS架构从逻辑上可分为调度层(Director)、server集群层(Real server)和共享存储层

LVS可分为三种工作模式: ( dr模式参考这篇文章 http://os.51cto.com/art/201105/264303.htm 这篇介绍的还是挺详细的： http://www.it165.net/admin/html/201401/2248.html )
1、NAT NAT (调度器将请求的目标ip即vip地址改为Real server的ip, 返回的数据包也经过调度器，调度器再把源地址修改为vip)
2、TUN   IP tunneling(调度器将请求来的数据包封装加密通过ip隧道转发到后端的real server上，而real server会直接把数据返回给客户端，而不再经过调度器)
3、DR  Direct Routing(调度器将请求来的数据包的目标mac地址改为real server的mac地址，返回的时候也不经过调度器，直接返回给客户端)

LVS最最常用的4种调度算法：
1、轮询调度(Round Robin)(简称rr)
2、加权轮询(Weighted Round Robin)(简称wrr)
3、最少链接(least connection)(LC)  分配给现在最少链接那台机 
4、加权最少链接(Weighted Least Connections)(WLC)
等等 (其他算法，参考 http://www.aminglinux.com/bbs/thread-7407-1-1.html)

 

 

2. LVS/NAT 配置
三台服务器一台作为director, 两台作为real server
Director 有一个ip (192.168.31.166) 和一个ip(192.168.21.166),

两个real server上只有ip(192.168.21.100)和(192.168.21.101) 并且需要把两个real server的内网网关（eth0的gateway）设置为director的内网ip(192.168.21.166)

检查一下网关是否成功设置  route -n  
两个real server 上都安装httpd: yum install -y httpd
Director上安装ipvsadm，  yum install -y ipvsadm
Direcotr 上 vim /usr/local/sbin/lvs_nat.sh //增加:

#! /bin/bash
# director 服务器上开启路由转发功能: 
echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward 
# 关闭icmp的重定向
echo 0 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/send_redirects
echo 0 > /proc/sys/net/ipv4/conf/default/send_redirects
echo 0 > /proc/sys/net/ipv4/conf/eth0/send_redirects
echo 0 > /proc/sys/net/ipv4/conf/eth1/send_redirects

# director 设置nat防火墙
iptables -t nat -F
iptables -t nat -X
iptables -t nat -A POSTROUTING -s 192.168.21.0/24 -j MASQUERADE
# director设置ipvsadm
IPVSADM='/sbin/ipvsadm'
$IPVSADM -C    //相当于iptables -F 清空规则
$IPVSADM -A -t 192.168.31.166:80 -s lc -p 30   //-A增加dr  -s算法 默认rr轮询 lc最少链接 -p长链接 30秒 30秒内不停发送keepalive包给realserver 30秒后断开链接
$IPVSADM -a -t 192.168.31.166:80 -r 192.168.21.100:80 -m -w 1  //-a增加一个real server  -m 使用NAT模式 -g dr模式 -t tun模式  -w权重
$IPVSADM -a -t 192.168.31.166:80 -r 192.168.21.101:80 -m -w 1

192.168.31.166  VIP

192.168.21.166 DIP

192.168.21.100 RIP

192.168.21.101 RIP

192.168.31.x 

192.168.21.x 

直接运行这个脚本就可以完成lvs/nat的配置了:
/bin/bash /usr/local/sbin/lvs_nat.sh
通过浏览器测试两台机器上的httpd内容

查看一下规则

iptables -nvL  -t nat

查看一下ipvsadm规则

ipvsadm -l

ipvsadm -ln

 

在客户端进行测试

Linux客户端

for i in `seq 1 100`; do curl 192.168.31.166;sleep 1;done

 

Windows客户端

 在浏览器输入  192.168.31.166

 

修改了规则需要重新执行一下

vi /usr/local/sbin/lvs_nat.sh   //修改规则
sh /usr/local/sbin/lvs_nat.sh  //重新执行脚本，使生效

 

 

 

3. LVS/DR 配置

每个realserver返回请求不需要经过director，director只负责分发接受的请求

DR需要安装ipvsadm

RS不需要安装ipvsadm

三台机器:

director(eth0:192.168.31.166, vip eth0:0: 192.168.31.110) vip不需要配置i，只需要写在脚本里就可以
real server1(eth0 rip: 192.168. 31.100, vip lo:0: 192.168.31.110)
real server2(eth0 rip: 192.168.31.101, vip lo:0: 192.168.31.110)
Director 上 vim /usr/local/sbin/lvs_dr.sh //增加

#! /bin/bash
echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward
ipv=/sbin/ipvsadm
vip=192.168.31.110
rs1=192.168.31.100 
rs2=192.168.31.101
ifdown eth0:0  //先down掉eth0:0 ，不然重新执行/usr/local/sbin/lvs_dr.sh 脚本会报网卡已启动
ifconfig eth0:0 $vip broadcast $vip netmask 255.255.255.255 up //绑定vip netmask 表示无网段 注意机器上是否有eth0
route add -host $vip dev eth0:0 //加个路由
$ipv -C
$ipv -A -t $vip:80 -s wrr
$ipv -a -t $vip:80 -r $rs1:80 -g -w 1 //-g表示DR模式
$ipv -a -t $vip:80 -r $rs2:80 -g -w 1

两台rs上：vim /usr/local/sbin/lvs_dr_rs.sh
#! /bin/bash
vip=192.168.31.110
ifconfig lo:0 $vip broadcast $vip netmask 255.255.255.255 up   //注意这里绑定的是lo 回环地址
route add -host $vip lo:0
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

关于arp_ignore和 arp_announce 参考：http://www.cnblogs.com/lgfeng/archive/2012/10/16/2726308.html

然后director上执行: bash /usr/local/sbin/lvs_dr.sh
两台rs上执行: bash /usr/local/sbin/lvs_dr_rs.sh
Windows下浏览器测试访问

 

测试

测试LVS 
机器1
echo "rs1rs1rs1rs1" >/usr/share/nginx/html/index.html
机器2
echo "rs2rs2rs2rs2" >/usr/share/nginx/html/index.html

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下半节课 

 

4. LVS/DR + keepalived配置

keepalived可以帮助LVS检测后端服务器的存活，将请求只转发到存活的机器

keepalived的诞生本来是为LVS而设计的，后来加入了VRRP协议

注意：前面虽然我们已经配置过一些操作，但是下面我们使用keepaliave操作和之前的操作是有些冲突的，所以若是之前配置过DR，请首先做如下操作

dr上执行：

$ipv -C   //清空规则
$ifdown eth0:0

 

前面的lvs虽然已经配置成功也实现了负载均衡，但是我们测试的时候发现，当某台real server把httpd进程停掉，那么director照样会把请求转发过去，这样就造成了某些请求不正常。所以需要有一种机制用来检测real server的状态，这就是keepalived。它的作用除了可以检测rs状态外，还可以检测备用director的状态，也就是说keepalived可以实现ha集群的功能，当然了也需要一台备用director.
主备director都需要安装一下keepalived软件和ipvsadm，需要先安装epel扩展源

yum install -y keepalived
yum install -y ipvsadm

安装好后，编辑配置文件
vim /etc/keepalived/keepalived.conf //加入如下：

vrrp_instance VI_1 {
state MASTER #备用服务器上为 BACKUP
interface eth0
virtual_router_id 51
priority 100 #备用服务器上为90
advert_int 1
authentication {
auth_type PASS  #跟heartbeat一样要指定加密方式和密码
auth_pass 1111
}
virtual_ipaddress {
192.168.31.110   #直接取192.168.31.110这个LVS的vip作为keepalived的vip而不是另取一个新的vip
}
}
virtual_server 192.168.31.110 80 { #直接取192.168.31.110这个LVS的vip作为keepalived的vip而不是另取一个新的vip
delay_loop 6 #(每隔6秒查询realserver状态)
lb_algo wlc #(lvs 算法)
lb_kind DR #(Direct Route)
persistence_timeout 30 #(同一IP的连接30秒内被分配到同一台realserver)
protocol TCP #(用TCP协议检查realserver状态)

real_server 192.168.31.100 80 {
weight 100 #(权重)
TCP_CHECK {
connect_timeout 10 #(10秒无响应超时)
nb_get_retry 3
delay_before_retry 3
connect_port 80
}
}
real_server 192.168.31.101 80 {
weight 100
TCP_CHECK {
connect_timeout 10
nb_get_retry 3
delay_before_retry 3
connect_port 80
}
}
}

以上为主director的配置文件，从director的配置文件只需要修改

state MASTER -> state BACKUP
priority 100 -> priority 90

使用ip addr 查看vip是否已经启动

ip addr

 

配置完keepalived后，需要开启端口转发（主从都要做）：
echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward
然后，两个rs上执行 /usr/local/sbin/lvs_dr_rs.sh 脚本
最后，两个director上启动keepalived服务（先主后从）：
/etc/init.d/keepalived start
另外，需要注意的是，主从dr上启动keepalived服务会自动生成vip和ipvsadm规则，不需要再去执行dr里面的/usr/local/sbin/lvs_dr.sh 脚本。

由于keepalived没有单独日志，如果有问题，需要看 /var/log/message 里面的错误

 

两台rs上：vim /usr/local/sbin/lvs_dr_rs.sh
#! /bin/bash
vip=192.168.31.110
ifconfig lo:0 $vip broadcast $vip netmask 255.255.255.255 up   //注意这里绑定的是lo 回环地址
route add -host $vip lo:0
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

sh  /usr/local/sbin/lvs_dr_rs.sh

 

停止rs2上的nginx，dr不会将请求发到rs2

/etc/init.d/nginx stop

Removing service [192.168.31.101]:80 from VS virtual server [192.168.31.110]:80

重新启动rs2上的nginx，dr会马上自动把请求发到rs2

/etc/init.d/nginx start

 

从上安装配置keepalived和ipvsadm

scp -P 2200 /etc/keepalived/keepalived.conf   192.168.31.112:/etc/keepalived/keepalived.conf
vi /etc/keepalived/keepalived.conf 
state MASTER #备用服务器上为 BACKUP
priority 100 #备用服务器上为90
/etc/init.d/keepalived start

tail /var/log/message
ipvsadm -ln
ip addr  //从上是没有vip的

 

主从切换模式

主

/etc/init.d/keepalived stop

或者

iptables -I OUTPUT  -d 224.0.0.18  -j DROP

 

 

5.nginx ip_hash 实现长连接

upstream test {
ip_hash;
server 192.168.31.100;
server 192.168.31.101;
}

server {
listen 80;
server_name bbs.aaa.cn;

location / {
proxy_pass http://test/;
proxy_set_header Host $host;
proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
}
}

支持下面负载均衡算法
轮询
加权轮询
ip_hash
URL_hash

ip_hash的坏处，服务器宕机，nginx依然会把请求发到宕机那台机，除非用轮询才会转发到别的机器或者用down标记那个宕机机器
# 正常情况下是由 tomcat3 来应答的，当 tomcat3 死掉后

    upstream bbs_server_pool {
       ip_hash;
       server 192.168.1.80:8080;
       server 192.168.1.80:8081;
       server 192.168.1.80:8082 down;
    }

 

 

ip_hash的两个问题
1、是否支持权重  ，不支持权重
2、保持链接多长时间 ，不支持保持链接，只是根据来源ip总是发送到某一台机

 

测试

测试NGINX
机器1 
echo "rs1rs1rs1rs1" >/usr/share/nginx/html/index.html 
机器2 
echo "rs2rs2rs2rs2" >/usr/share/nginx/html/index.html

 

扩展学习：
haproxy+keepalived http://blog.csdn.net/xrt95050/article/details/40926255
nginx、lvs、haproxy比较 http://www.csdn.net/article/2014-07-24/2820837
keepalived中自定义脚本 vrrp_script http://www.linuxidc.com/Linux/2012-08/69383.htm

http://my.oschina.net/hncscwc/blog/158746
nginx代理 http://www.apelearn.com/bbs/thread-64-1-1.html
nginx长连接 http://www.apelearn.com/bbs/thread-6545-1-1.html

 

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LVS是四层LB

NAT模式

基于tcp/ip ，端口转发

所以端口，后边的服务都可以随便改，LVS只负责转发端口

httpd 可以改为nginx
$IPVSADM -a -t 192.168.31.166:80 -r 192.168.21.100:80 -m -w 1 可以改为$IPVSADM -a -t 192.168.31.166:80 -r 192.168.21.100:8080 -m -w 1

 

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NAT模式

权重设置

# director设置ipvsadm
IPVSADM='/sbin/ipvsadm'
$IPVSADM -C
$IPVSADM -A -t 192.168.31.166:80 -s wlc
$IPVSADM -a -t 192.168.31.166:80 -r 192.168.21.100:80 -m -w 2
$IPVSADM -a -t 192.168.31.166:80 -r 192.168.21.101:80 -m -w 10

或者

# director设置ipvsadm
IPVSADM='/sbin/ipvsadm'
$IPVSADM -C
$IPVSADM -A -t 192.168.31.166:80 -s wrr
$IPVSADM -a -t 192.168.31.166:80 -r 192.168.21.100:80 -m -w 2
$IPVSADM -a -t 192.168.31.166:80 -r 192.168.21.101:80 -m -w 10

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注意down掉网卡的方法

测试环境：centos6.6

不要用ifconfig eth0 up/down 的方法

ifconfig eth1:0 up/down 
SIOCSIFFLAGS: 无法指定被请求的地址

 

要用ifup/ifdown

ifup eth1:0
Determining if ip address 192.168.1.115 is already in use for device eth1...
[root@steven network-scripts]# ifconfig

 

另外，一个网卡多个ip，down掉一个ip并不会导致整个网卡down掉

eth1 Link encap:Ethernet HWaddr 00:0C:29:01:D5:CB
inet addr:192.168.1.106 Bcast:192.168.1.255 Mask:255.255.255.0
UP BROADCAST RUNNING MULTICAST MTU:1500 Metric:1
RX packets:33032 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0
TX packets:4882 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
collisions:0 txqueuelen:1000
RX bytes:8892933 (8.4 MiB) TX bytes:421479 (411.6 KiB)

eth1:0 Link encap:Ethernet HWaddr 00:0C:29:01:D5:CB
inet addr:192.168.1.115 Bcast:192.168.1.255 Mask:255.255.255.0
UP BROADCAST RUNNING MULTICAST MTU:1500 Metric:1

 

---------------------------

# ifdown eth1:0
[root@steven network-scripts]# ifconfig
eth1 Link encap:Ethernet HWaddr 00:0C:29:01:D5:CB
inet addr:192.168.1.106 Bcast:192.168.1.255 Mask:255.255.255.0
UP BROADCAST RUNNING MULTICAST MTU:1500 Metric:1
RX packets:33548 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0
TX packets:4938 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
collisions:0 txqueuelen:1000
RX bytes:8925293 (8.5 MiB) TX bytes:427603 (417.5 KiB)

lo Link encap:Local Loopback
inet addr:127.0.0.1 Mask:255.0.0.0
UP LOOPBACK RUNNING MTU:65536 Metric:1
RX packets:15 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0
TX packets:15 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
collisions:0 txqueuelen:0
RX bytes:2508 (2.4 KiB) TX bytes:2508 (2.4 KiB)

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nginx效率没有LVS高

nginx： 匹配域名 匹配目录 匹配URL，工作在七层

LVS：只能转发IP包，工作在四层

各有优势 

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ipvsadm命令集

ipvsadm -ln
l：列出来
n：数字显示

$IPVSADM -C //相当于iptables -F 清空规则
$IPVSADM -A //-A增加dr
$IPVSADM -a //-a增加一个real server
ipvsadm -ln //查看规则

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两个后端apache的动静分离、负载均衡

http://www.apelearn.com/bbs/thread-64-1-1.html

跟lnmp/lamp阶段复习差不多

针对apache和nginx共同协作的网站架构，也可以根据动态内容和静态内容的请求来做负载均衡
如：
        upstream apache.com{
            server  1.2.3.1:80;
            server  1.2.3.4:80;
        }
location   ~*   .*\.(php|phps|jsp)$ 
        {
                proxy_pass  http://apache.com;
        }

 

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keepalived和VRRP协议
http://blog.csdn.net/xrt95050/article/details/40926255
VRRP通过竞选协议来实现虚拟路由器的功能，所有的协议报文都是通过IP多播(multicast)包(多播地址224.0.0.18)形式发送的。


xiaohuazi： VRRP协议简介 在现实的网络环境中，两台需要通信的主机大多数情况下并没有直接的物理连接。对于这样的情况，它们之间路由怎样选择？主机如何选定到达目的主机的下一跳路由，这个问题通常的解决方法有二种：
1、在主机上使用动态路由协议(RIP、OSPF等)
2、在主机上配置静态路由


VIP的飘动可以为我们解决很多问题，以前我试过使用ifup/ifdown的方式控制网卡的up/down来实现，这种方式有个小问题，就是每次VIP 飘动之后都要等上几十秒才能生效，感觉时间比较长，而且还要配合一些逻辑脚本才能很好地工作，有没有更好的方法呢？当然有，这就是本文的主角—— keepalived。

 

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负载均衡的发展历程
http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzI4NTA1MDEwNg==&mid=403078442&idx=2&sn=bd31fddfccafde520a2fb0060e9b6522&scene=0#wechat_redirect
1996 F5成立
1998 LVS项目成立
2000 HAProxy项目成立
2004 NGINX推出公共版本
2004 F5推出TMOS平台
2007 F5开始提供应用交付（ADC）产品
负载平衡､SSL卸载、压缩优化、TCP连接优化

（一）LVS的痛点
LVS最常用的有NAT、DR以及新的FULL NAT模式。上图比较了几种常见转发模式的优缺点。

我们认为LVS的每种模式都有其优点和缺点，但最大的问题是其复杂性。相信很多朋友看到这三种方式的优缺点、还有F5的单臂模式、双臂模式都会有云里雾里的感觉。

（二）LVS集群的痛点

雪上加霜的是咱们还需要考虑LVS的性能扩展和容灾方法，这使得整个方案更加的复杂。常见的有基于Keepalived的主备方式和ECMP两种。
Keepalived主备模式设备利用率低；不能横向扩展；VRRP协议，有脑裂的风险。而ECMP的方式需要了解动态路由协议，LVS和交换机均需要较复杂配置；交换机的HASH算法一般比较简单，增加删除节点会造成HASH重分布，可能导致当前TCP连接全部中断；部分交换机的ECMP在处理分片包时会有BUG。


基于DR转发方式
LVS支持四种转发模式：NAT、DR、TUNNEL和FULLNAT(FULLNAT最近新加入的模式 还为合并到内核主线)，其实各有利弊。Vortex在设计之初就对四种模式做了评估，最后发现在虚拟化的环境下DR方式在各方面比较平衡，并且符合我们追求极致性能的理念。
DR方式最大的优点是绝佳的性能，只有request需要负载均衡器处理，response可以直接从后端服务器返回客户机，不论是吞吐还是延时都是最好的分发方式。
其次，DR方式不像NAT模式需要复杂的路由设置，而且不像NAT模式当client和后端服务器处于同一个子网就无法正常工作。DR的这个特性使他特别合适作为内网负载均衡。
此外，不像FULLNAT一样需要先修改源IP再使用 TOA 传递源地址，还得在负载均衡器DR和后端服务器上RS都编译非主线main line的Kernel Module，DR可以KISS（Keep It Simple, Stupid）地将源地址传递给后端服务器。

最后，虚拟化环境中已经采用Overlay虚拟网络了，所以TUNNEL的方式变得完全多余。而DR方式最大的缺点：需要LB和后端服务器在同一个二层网络，而这在UCloud的虚拟化网络中完全不是问题。主流的SDN方案追求的正是大二层带来的无缝迁移体验，且早已采用各种优化手段（例如ARP代理）来优化大二层虚拟网络。

 

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