DR模式--- LVS负载均衡群集

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引言：因为NAT模式在高并发时表现不好、TUN模式需要大量公网IP地址且需要IP隧道，所以在实际生产中我们常使用DR模式的负载均衡

一、DR原理

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
调度器与服务器在同一网段；接受请求时，经路由器到达调度器，调度器进行调度分配到各服务器，服务器处理请求数据；返回数据时，出口为路由器，经服务器直接发送给路由器，进行返回给客户，不经过调度器，在高并发时，也不会造成调度器负载过高

二、相关数据流向

2.1 数据流向

数据包流向分析：
（1）客户端发送请求到 Director Server（负载均衡器），请求的数据报文（源 IP 是 CIP,目标 IP 是 VIP）到达内核空间。
（2）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。
（3）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。修改源 MAC 地址为 Director Server 的 MAC地址，修改目标 MAC 地址为 Real Server 的 MAC 地址，源 IP 地址与目标 IP 地址没有改变，然后将数据包发送给 Real Server。
（4）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(源 IP 地址为 VIP，目标 IP 为 CIP)，将响应报文通过 lo 接口传送给物理网卡然后向外发出。
（5）Real Server 直接将响应报文传送到客户端。

DR模式特点：
（1）Director Server 和 Real Server 必须在同一个物理网络中。
（2）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。
（3）Director Server作为群集的访问入口，但不作为网关使用。
（4）所有的请求报文经由 Director Server，但回复响应报文不能经过 Director Server。
（5）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。
（6）Real Server 上的 lo 接口配置 VIP 的 IP 地址。

2.2 ARP分析问题

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，势必会造成各服务器ARP通信紊乱。
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，它们都会接收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
解决方法
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
问题2
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
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
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，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

针对ARP两个问题进行的设置

vim /etc/sysctl.conf
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、DR模式LVS负载均衡群集部署

3.1 准备工作

3.1.1 环境简介

DR 服务器：192.168.161.21
web 服务器1：192.168.161.13
web 服务器2：192.168.161.14
vip（虚拟回环）：192.168.161.12
客户端：192.168.161.100

3.1.2 数据流向

3.2 配置负载调度器 （192.168.161.21 VIP:192.168.161.12）

3.2.1 关闭防火墙增强

[root@localhost ~]# systemctl stop firewalld
[root@localhost ~]# setenforce 0

3.2.2 安装ipvsadm工具

[root@localhost ~]# rpm -qa ipvsadm
[root@localhost ~]# yum install -y ipvsadm.x86_64

3.2.3配置虚拟IP地址（VIP:192.168.161.12）

[root@localhost ~]# cd /etc/sysconfig/network-scripts/
[root@localhost network-scripts]# cp ifcfg-ens33 ifcfg-ens33:0
[root@localhost network-scripts]# vim ifcfg-ens33:0

#删除UUID，dns与网关，注意子网

3.2.4 重启网络网络服务，启动网卡

[root@localhost network-scripts]# systemctl restart network
[root@localhost network-scripts]# ifup ifcfg-ens33:0

3.2.5 调整/proc响应参数

#对于 DR 群集模式来说，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服务器不是一台路由器，那么它不会发送重定向，所以可以关闭该功能
[root@localhost network-scripts]# 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

3.2.6刷新配置

[root@localhost network-scripts]# sysctl -p
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

3.2.7 加载模块

[root@localhost network-scripts]# modprobe ip_vs
[root@localhost network-scripts]# cat /proc/net/ip_vs
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
-> RemoteAddress:Port Forward Weight ActiveConn InActConn

3.2.8 配置负载分配策略，并启动服务

添加真实服务器-a 指定VIP地址及TCP端口-t 指定RIP地址及TCP端口 -r 指定DR模式-g
[root@localhost network-scripts]# ipvsadm-save >/etc/sysconfig/ipvsadm
[root@localhost network-scripts]# systemctl start ipvsadm.service
[root@localhost network-scripts]# ipvsadm -C
[root@localhost network-scripts]# ipvsadm -A -t 192.168.161.12:80 -s rr
[root@localhost network-scripts]# ipvsadm -a -t 192.168.161.12:80 -r 192.168.161.13:80 -g
[root@localhost network-scripts]# ipvsadm -a -t 192.168.161.12:80 -r 192.168.161.14:80 -g

3.2.9 保存设置

[root@localhost network-scripts]# ipvsadm
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
-> RemoteAddress:Port Forward Weight ActiveConn InActConn
TCP localhost.localdomain:http rr
-> 192.168.161.13:http Route 1 0 0
-> 192.168.161.14:http Route 1 0 0
[root@localhost network-scripts]# ipvsadm -ln
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
-> RemoteAddress:Port Forward Weight ActiveConn InActConn
TCP 192.168.161.12:80 rr
-> 192.168.161.13:80 Route 1 0 0
-> 192.168.161.14:80 Route 1 0 0
[root@localhost network-scripts]# ipvsadm-save >/etc/sysconfig/ipvsadm

3.3 配置第一台web节点服务器（192.168.161.13）

3.3.1 关闭防火墙增强

[root@localhost ~]# systemctl stop firewalld.service
[root@localhost ~]# setenforce 0

3.3.2 查看httpd服务并安装

[root@localhost ~]# systemctl status httpd
Unit httpd.service could not be found.
[root@localhost ~]# rpm -qa httpd
[root@localhost ~]# lsof -i:80
[root@localhost ~]# yum install -y httpd
[root@localhost ~]# systemctl start httpd
[root@localhost ~]# systemctl status httpd

3.3.3 创建一个站点文件

[root@localhost ~]# vim /var/www/html/index.html
[root@localhost ~]# cat /var/www/html/index.html
this is wo de 192.168.161.13

3.3.4 添加回环网卡，修改回环网卡名，IP地址，子网掩码

[root@localhost ~]# cd /etc/sysconfig/network-scripts/
[root@localhost network-scripts]# cp ifcfg-lo ifcfg-lo:0
[root@localhost network-scripts]# vim ifcfg-lo:0
DEVICE=lo:0
IPADDR=192.168.161.12
NETMASK=255.255.255.255
NETWORK=127.0.0.0

[root@localhost network-scripts]# systemctl restart network

3.3.5 设置路由

[root@localhost network-scripts]# route add -host 192.168.161.21 dev lo:0
[root@localhost network-scripts]# route -n
Kernel IP routing table
Destination Gateway Genmask Flags Metric Ref Use Iface
0.0.0.0 192.168.161.2 0.0.0.0 UG 100 0 0 ens33
192.168.161.12 0.0.0.0 255.255.255.255 UH 0 0 0 lo
192.168.122.0 0.0.0.0 255.255.255.0 U 0 0 0 virbr0
192.168.161.0 0.0.0.0 255.255.255.0 U 100 0 0 ens33

3.3.6 开机执行命令

[root@localhost network-scripts]# vim /etc/rc.d/rc.local
/usr/sbin/route add -host 192.168.161.12 dev lo:0
[root@localhost network-scripts]# chmod +x /etc/rc.d/rc.local

3.3.7 调整 proc 响应参数

添加系统只响应目的IP为本地IP的ARP请求
系统不使用原地址来设置ARP请求的源地址，而是物理mac地址上的IP

[root@localhost network-scripts]# vim /etc/sysctl.conf
[root@localhost network-scripts]# sysctl -p
net.ipv4.conf.all.arp_ignore = 1
net.ipv4.conf.all.arp_announce = 2
net.ipv4.conf.default.arp_ignore = 1
net.ipv4.conf.default.arp_announce = 2
net.ipv4.conf.lo.arp_ignore = 1
net.ipv4.conf.lo.arp_announce = 2

3.4 配置第二台web节点服务器（192.168.161.14）

3.4.1 关闭防火墙增强

[root@localhost ~]# systemctl stop firewalld
[root@localhost ~]# setenforce 0

3.4.2 安装并开启httpd 服务

[root@localhost ~]# systemctl status httpd
Unit httpd.service could not be found.
[root@localhost ~]# rpm -qa httpd
[root@localhost ~]# lsof -i:80
[root@localhost ~]# yum install -y httpd
[root@localhost ~]# systemctl start httpd
[root@localhost ~]# systemctl status httpd

3.4.3 创建一个站点文件

[root@localhost ~]# vim /var/www/html/index.html
[root@localhost ~]# cat /var/www/html/index.html
this is my 192.168.161.14

3.4.4 添加回环网卡，修改回环网卡名，IP地址，子网掩码

[root@localhost ~]# cd /etc/sysconfig/network-scripts/
[root@localhost network-scripts]# cp ifcfg-lo ifcfg-lo:0
[root@localhost network-scripts]# vim ifcfg-lo:0
[root@localhost network-scripts]# systemctl restart network

DEVICE=lo:0
IPADDR=192.168.161.12
NETMASK=255.255.255.255
NETWORK=127.0.0.0

3.4.5 设置路由

[root@localhost network-scripts]# route add -host 192.168.161.21 dev lo:0
[root@localhost network-scripts]# route -n
Kernel IP routing table
Destination Gateway Genmask Flags Metric Ref Use Iface
0.0.0.0 192.168.161.1 0.0.0.0 UG 100 0 0 ens33
192.168.122.0 0.0.0.0 255.255.255.0 U 0 0 0 virbr0
192.168.161.0 0.0.0.0 255.255.255.0 U 100 0 0 ens33
192.168.161.12 0.0.0.0 255.255.255.255 UH 0 0 0 lo

3.4.6 开机执行命令

[root@localhost network-scripts]# vim /etc/rc.d/rc.local
/usr/sbin/route add -host 192.168.161.12 dev lo:0
[root@localhost network-scripts]# chmod +x /etc/rc.d/rc.local

3.4.7 调整proc响应参数

#添加系统只响应目的IP为本地IP的ARP请求
#系统不使用原地址来设置ARP请求的源地址，而是物理mac地址上的IP
[root@localhost network-scripts]# vim /etc/sysctl.conf
[root@localhost network-scripts]# sysctl -p
net.ipv4.conf.all.arp_ignore = 1
net.ipv4.conf.all.arp_announce = 2
net.ipv4.conf.default.arp_ignore = 1
net.ipv4.conf.default.arp_announce = 2
net.ipv4.conf.lo.arp_ignore = 1
net.ipv4.conf.lo.arp_announce = 2

3.5 在客户机验证

客户机可达两个web服务器

进行页面访问测试

刷新过程中会有延迟，多次刷新即可

LVS-DR问题总结

1、LVS/DR如何处理请求报文的，会修改IP包内容吗？
vs/dr本身不会关心IP层以上的信息，即使是端口号也是tcp/ip协议栈去判断是否正确，vs/dr本身主要做这么几个事：

①接收client的请求，根据你设定的负载均衡算法选取一台realserver的ip；
②以选取的这个ip对应的mac地址作为目标mac，然后重新将IP包封装成帧转发给这台RS；
③在hash table中记录连接信息。

vs/dr做的事情很少，也很简单，所以它的效率很高，不比硬件负载均衡设备差多少，数据包、数据帧的大致流向是这样的：client –> VS –> RS –> client

2、RealServer为什么要在lo接口上配置VIP？在出口网卡上配置VIP可以吗？
既然要让RS能够处理目标地址为vip的IP包，首先必须要让RS能接收到这个包。在lo上配置vip能够完成接收包并将结果返回client。不可以将VIP设置在出口网卡上,否则会响应客户端的arp request,造成client/gateway arp table紊乱，以至于整个load balance都不能正常工作。

3、RealServer为什么要抑制arp帧？
我们知道仰制arp帧需要在server上执行以下命令，如下：

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

因为arp对逻辑口没有意义。实际上起作用的只有以下两条:

echo “1” >/proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_ignore
echo “2” >/proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_announce
即对所有的物理网卡设置arp仰制。对仰制所有的物理网卡设置arp仰制是为了让CIP发送的请求顺利转交给DIR以及防止整个LVS环境arp表混乱，不然容易导致整个lvs不能工作。

4、LVS/DR load balancer（director）与RS为什么要在同一网段中？
lvs/dr它是在数据链路层来实现的，即RIP必须能够接受到DIR的arp请求，如果不在同一网段则会隔离arp，这样arp请求就不能转发到指定的RIP上，所以director必须和RS在同一网段里面。

5、为什么director上eth0接口除了VIP另外还要配一个ip（即DIP）？
如果是用了keepalived等工具做HA或者Load Balance,则在健康检查时需要用到DIP。 没有健康检查机制的HA或者Load Balance则没有存在的实际意义。

6、LVS/DR ip_forward需要开启吗？
不需要。因为director跟realserver是同一个网段，无需开启转发。

7、director的vip的netmask一定要是255.255.255.255吗？
lvs/dr里，director的vip的netmask 没必要设置为255.255.255.255，director的vip本来就是要像正常的ip地址一样对外通告的,不要搞得这么特殊。