群集之LVS负载均衡群集之DR模式

一、LVS-DR工作原理

1、数据包流向分析

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。

数据报文

• 源 IP ------客户端的 IP
• 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。）

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。

数据报文

• 源 IP ------ VIP
• 目标 IP ------ 客户端的 IP
• 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。

2.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。
• Director Server 作为群集的访问入口，但不作为网关使用。
• 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 Real Server 发送的数据包不允许经过 Director Server。
• Real Server 上的 lo 接口配置 VIP 的 IP 地址。

二、LVS-DR中的ARP问题

1.在LVS-DR负载均衡集群中，负载均衡与节点服务器都要配置相同的VIP地址。

2.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。
3.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
4.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。

5.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

如：ens33
6.路由器收到ARP请求后，将更新ARP表项

7.原有的VIP对应Director的MAC地址会被更新为VIP对应RealServer的MAC地址

8.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。
9.解决ARP的两个问题的设置方法
修改 /etc/sysctl.conf 文件

net.ipv4.conf.lo.arp_ignore=1
net.ipv4.conf.lo.arp_announce=2
net.ipv4.conf.all.arp_ignore=1
net.ipv4.conf.all.arp_announce=2

三、LVS负载均衡DR模式集群部署步骤

主机	操作系统	IP地址	所需工具/服务
DR 服务器（负载调度器）	CentOS7	ens33:192.168.109.7 ens33:0(VIP)：192.168.109.100	ipvsadm
NFS服务器	CentOS7	ens33：192.168.109.3	rpcbind、nfs-utils
Web节点服务器1	CentOS7	192.168.109.12 lo:0(VIP)：192.168.109.100	rpcbind、nfs-utils、httpd
Web节点服务器2	CentOS7	192.168.109.22 lo:0(VIP)：192.168.109.100	rpcbind、nfs-utils、httpd
客户端	Windows10	192.168.109.132

注：同一局域网内，不需要网关和DNS。

1.部署共享存储

NFS服务器 ens33：192.168.109.3

systemctl stop firewalld.service
systemctl disable firewalld.service
setenforce 0

yum -y install nfs-utils rpcbind

systemctl start rpcbind.service
systemctl start nfs.service
systemctl enable nfs.service
systemctl enable rpcbind.service

mkdir /opt/test1
mkdir /opt/test2

chmod 777 /opt/test1
chmod 777 /opt/test2

vim /etc/exports
/opt/test1 192.168.109.0/24(rw,sync)
/opt/test2 192.168.109.0/24(rw,sync)

exportfs -rv

2.配置节点服务器

systemctl stop firewalld.service
systemctl disable firewalld.service
setenforce 0

Web节点服务器1：ens33：192.168.109.12 lo:0 (VIP)：192.168.109.100
Web节点服务器2：ens33：192.168.109.22 lo:0 (VIP)：192.168.109.100

配置虚拟 IP 地址（VIP：192.168.109.100）两服务器这个步骤一样

#此地址仅用做发送 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有记录，将访问 VIP 的数据限制在本地，以避免通信紊乱。

vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-lo:0
DEVICE=lo:0
IPADDR=192.168.109.100
NETMASK=255.255.255.255
ONBOOT=yes

ifup lo:0
ifconfig lo:0

#设置临时的路由，重启失效；禁锢路由
route add -host 192.168.109.100 dev lo:0
#查看路由
route -n

#开机自动添加路由，生产环境应该用这个
vim /etc/rc.local
/sbin/route add -host 192.168.109.100 dev lo:0
chmod +x /etc/rc.d/rc.local

调整内核的ARP 响应参数，（两服务器这个步骤一样）

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

yum install -y nfs-utils rpcbind httpd
systemctl start rpcbind
systemctl enable rpcbind
systemctl start httpd.service
systemctl enable httpd.service

两个web服务器这里注意区别

Web1服务器：ens33：192.168.109.12 lo:0 (VIP)：192.168.109.100

showmount -e 192.168.109.3

mount.nfs 192.168.109.3:/opt/test1 /var/www/html
df -h
echo 'this is test1 web!' > /var/www/html/index.html

Web2服务器：ens33：192.168.109.22 lo:0 (VIP)：192.168.109.100

showmount -e 192.168.109.3

mount.nfs 192.168.109.3:/opt/test2 /var/www/html
df -h
echo 'this is test2 web!' > /var/www/html/index.html

3、配置负载调度器

负载调度器：192.168.109.7 lo:0 (VIP)：192.168.109.100

关防火墙，加载ip_vs模块

systemctl stop firewalld.service 
systemctl disable firewalld.service 
setenforce 0

#加载ip_vs模块，并安装ipvsadm工具
modprobe ip_vs
cat /proc/net/ip_vs
yum install -y ipvsadm

配置虚拟 IP 地址（VIP：192.168.109.100）

vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens33:0
DEVICE=ens33:0
ONBOOT=yes
IPADDR=192.168.109.100
NETMASK=255.255.255.255

ifup ens33:0
ifconfig ens33:0

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，不充当路由器，
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

配置负载分配策略

ipvsadm-save > /etc/sysconfig/ipvsadm
或者
ipvsadm --save > /etc/sysconfig/ipvsadm

systemctl start ipvsadm.service

#清除原有策略
ipvsadm -C
ipvsadm -A -t 192.168.109.100:80 -s rr
ipvsadm -a -t 192.168.109.100:80 -r 192.168.109.12:80 -g #如果这里是隧道模式，直接将-g替换成-i即可
ipvsadm -a -t 192.168.109.100:80 -r 192.168.109.22:80 -g

#查看节点状态，Route代表 DR模式
ipvsadm -ln

4、测试

在客户端访问 http://192.168.109.100/，刷新测试负载均衡是否成功