群集架构--LVS-DR & Keepalived 部署理论

群集负载均衡搭建–LVS-DR && Keepalived

前言

一：LVS-DR工作原理

1.1：DR模式概述

• 负载均衡群集工作模式–直接路由（Direct Routing）

  • 简称DR模式，采用半开放式的网络结构，与TUN模式的结构类似，但各节点并不是分散在各地，而是与调度器位于同一个物理网络

  • 负载调度器与各节点服务器通过本地网络连接，不需要建立专用的IP隧道

    

1.2：分析LVS-DR数据包流向

• 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

• 1.Client向目标VIP发出请求， Director（负载均衡器）接收。此时IP包头及数据帧头信息为：

• 2 .Director根据负载均衡算法选择 Realserver_1，不修改也不封装IP报文，而是将数据帧的MAC地址改为RealServer_1的MAC地址，然后在局域网上发送。IP包头及数据帧头信息如下：

• 3.RealServer_1收到这个帧，解封装后发现目标IP与本机匹配（ RealServer事先绑定了VIP），于是处理这个报文。随后重新封装报文，发送到局域网。此时IP包头及数据帧头信息为：.

• 4.Client将收到回复报文。 Client认为得到正常的服务，而不会知道是哪一台服务器处理的

  注意：如果跨网段，那么报文通过路由器经由 terne返回给用户

1.3：LVS-DR中存在的ARP问题

• 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

  当一个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的，它们都会接收到ARP广播

  此时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

• 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

• RealServe返回报文（源IP是VIP）经路由器转发，在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（例如ens33）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

• 此时新来的请求报文，路由器根据ARP表项，会将该报文转发给RealServer，从而导致 Director的VIP失效

• 解决办法

  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

1.4：解决上述两个ARP问题的方法

• 修改/etc/sysctl.conf文件
  • 对节点服务器进行处理，使其不响应针对VIP的ARP请求
  • net.ipv4.conf.lo.arp_ignore = 1
  • 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

二：keepalived实现原理

2.1：keepalived工具概述

• 专为LVS和HA设计的一款健康检查工具
  • 支持故障自动切换（ Failover）
  • 支持节点健康状态检查（ Health Checking）
  • 官方网站http://www.keepalived.org

2.2：原理解析

• Keepalived采用VRRP热备份协议实现Linux服务器的多机热备功能
• VRRP，虚拟路由冗余协议，是针对路由器的一种备份解决方案

• 由多台路由器组成一个热备组，通过共用的虚拟IP地址对外提供服务
• 每个热备组内同一时刻只有一台主路由器提供服务，其他路由器处于冗余状态
• 若当前在线的路由器失效，则其他路由器会根据设置的优先级自动接替虚拟IP地址，继续提供服务

2.3：Keepalievd安装与启动

• 在LVS群集环境中应用时，也需用到 lipvsadm管理工具
• YUM安装 Keepalived
• 启用 Keepalived服务

2.4：配置Keepalievd master服务器

• Keepalievd配置目录位于/etc/keepalievd/

• keepalievd.conf是主配置文件

  • global_defs{…}区段指定全局参数
  • vrrp_instance实例名称{…}区段指定VRRP热备参数
  • 注释文字以“！”符号开头
  • 目录samples/,提供了许多配置样例作为参考

• 常用配置选项

• [root@localhost ~]# vim /etc/keepalived/keepalived.conf 
  ! Configuration File for keepalived
   
  global_defs {
         
     ...
     notification_email_from Alexandre.Cassen@firewall.loc
     smtp_server 127.0.0.1     //主调度的IP地址
     smtp_connect_timeout 30
     router_id LVS_DEVEL          //主调度器的名称，唯一性
     vrrp_skip_check_adv_addr    //vrrp协议
     vrrp_strict
     vrrp_garp_interval 0
     vrrp_gna_interval 0
  }
   
  vrrp_instance VI_1 {
         
      state MASTER          //主调度器的热备状态
      interface ens33        //主调度器的网卡名称
      virtual_router_id 51    //组名，主备必须相同
      priority 100            //主调度器的优先级，从调度器的优先级必须比主调度器低
      advert_int 1
      authentication {
                 //主、备热备份认证信息，必须相同
          auth_type PASS
          auth_pass 1111
      }
      virtual_ipaddress {
             //指定群集的VIP地址
          192.168.100.10
      }
  }
   
  virtual_server 192.168.100.10 80 {
             //虚拟服务器地址、端口
      delay_loop 6    //健康检查的间隔时间
      lb_algo rr        //调度算法，rr轮询
      lb_kind DR       //DR的群集工作模式
      persistence_timeout 50    
      protocol TCP    //应用服务采用的是TCP协议
   
     real_server 192.168.100.100 80 {
           //匹配后面的节点服务器，有多少个服务节点增加多少个函数体
          weight 1    //节点的权重
         # SSL_GET {
             //删除带#号
            #  url {
         
            #    path /
            #    digest ff20ad2481f97b1754ef3e12ecd3a9cc
            #  }
            #  url {
         
            #    path /mrtg/
            #   digest 9b3a0c85a887a256d6939da88aabd8cd
            #  }
            TCP_CHECK {
             //健康检查方式
              connect_port 80    //检查的目的端口
              connect_timeout 3    //连接超时（秒）
              nb_get_retry 3    //重试次数
              delay_before_retry 3    //重试间隔（秒）
          }
      }
  }
  ##删除后续的函数体
  

2.5：配置Keepalived slave服务器

• Keepalived备份服务器的配置与master的配置有三个选项不同
  • router_id:设为自由名称
  • state：设为BACKUP
  • priority：值低于主服务器
• 其他选项与master相同