LVS+Keepalived群集

目录

LVS负载均衡三种模式

1.NAT模式（地址转换）

优点：

缺点：

2.TUN模式（IP隧道）

优点：

缺点：

3.DR模式（直接路由）

优点：

缺点：

LVS 总结

Lvs是干什么? 在项目架构中是第几层？

L4和L7 区别

LVS有几种模式 如何提供负载均衡功能(提供负载均衡功能主要技术是什么) 使用什么来管理的

LVS-nat 模式的特性

LVS-TUN模式(隧道模式)

LVS-TUN的特性:

LVS-DR模式(直接路由)

小结:

Keepalived的概述

1.1 keepalived 服务重要功能

1.1.1 管理LVS负载均衡器软件

1.1.2 支持故障自动切换 （failover )

1.1.3 实现LVS集中节点的健康检查 (health checking）

1.1.4 实现LVS负载调度器 节点服务器的高可用性 (HA)

1.2 keepalived 高可用故障切换转移原理

1.3 VRRP 通信原理

1.4 keepalived体系主要模块及作用

1.5 keepalived 服务的工作原理

Keepalived工具介绍

VRRP (虚拟路由余协议)

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LVS负载均衡三种模式

1.NAT模式（地址转换）

letwork Address Translation 简称NAT模式

原理：首先负载均衡器接收到客户的请求数据包时，根据调度算法决定将请求发送给哪个后端的真实服务器（RS）。然后负载均衡器就把客户端发送的请求数据包的目标IP地址及端口改成后端真实服务器的IP地址（RIP）。真实服务器响应完请求后，查看默认路由，把响应后的数据包发送给负载均衡器，负载均衡器在接收到响应包后，把包的源地址改成虚拟地址（VIP）然后发送回给客户端。

优点：

集群中的服务器可以使用任何支持TCP/IP的操作系统，只要负载均衡器有一个合法的IP地址。

缺点：

扩展性有限，当服务器节点增长过多时，由于所有的请求和应答都需要经过负载均衡器，因此负载均衡器将成为整个系统的瓶颈。

调度作为网关，是访问请求的入口。也是响应访问的出口，在高并发场景当中负载压力很高，NAT地址转换可以提高安全性

类似于防火墙的私有网络结构负载调度器作为所有服务器节点的网关，即作为客户机的访问入口，也是各节点回应客户机的访问出口

服务器节点使用私有IP地址，与负载调度器位于同一个物理网络，安全性要优于其他两种方式

2.TUN模式（IP隧道）

IP Tunnel，简称TUN模式

原理：首先负载均衡器接收到客户的请求数据包时，根据调度算法决定将请求发送给哪个后端的真实服务器（RS）。然后负载均衡器就把客户端发送的请求报文封装一层IP隧道（T-IP）转发到真实服务器（RS）。真实服务器响应完请求后，查看默认路由，把响应后的数据包直接发送给客户端，不需要经过负载均衡器。

优点：

负载均衡器只负责将请求包分发给后端节点服务器，而RS将应答包直接发给用户。所以，减少了负载均衡器的大量数据流动，负载均衡器不再是系统的瓶颈，也能处理很巨大的请求量。

缺点：

隧道模式的RS节点需要合法IP，这种方式需要所有的服务器支持“IP Tunneling”。

采用开放式的网络结构，负载调度器仅作为客户机的访问入口，各节点通过各自的Internet连接直接回应客户机，而不再经过负载调度器

仅是访问请求的入口，响应数据不经过调度器。但是需要大量公网IP，还需要专用的IP隧道(成本太高)，数据转发受IP隧道的影响

服务器节点分散在互联网中的不同位置具有独立的公网IP地址，通过专用IP隧道与负载调度器相互通信

3.DR模式（直接路由）

Direct Routing，简称DR模式

原理：首先负载均衡器接收到客户的请求数据包时，根据调度算法决定将请求发送给哪个后端的真实服务器（RS）。然后负载均衡器就把客户端发送的请求数据包的目标MAC地址改成后端真实服务器的MAC地址（R-MAC）。真实服务器响应完请求后，查看默认路由，把响应后的数据包直接发送给客户端，不需要经过负载均衡器。

优点：

负载均衡器只负责将请求包分发给后端节点服务器，而RS将应答包直接发给用户。所以，减少了负载均衡器的大量数据流动，负载均衡器不再是系统的瓶颈，也能处理很巨大的请求量。

缺点：

需要负载均衡器与真实服务器RS都有一块网卡连接到同一物理网段上，必须在同一个局域网环境。

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

仅是访问请求的入口，响应数据不经过调度器。节点服务器和调度器在同一个物理网络中数据转发不受额外影响

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

LVS 总结

Lvs是干什么? 在项目架构中是第几层？

1、LVs是具有负载均衡功能的服务之一

2、 LVS为后端真实服务器，提供负载均衡和跳转的功能

3、单台LVS是做为 4层负载均衡的服务TCP协议的负载均衡

负载均衡Lvs +keepalived 组成的HA高可用集群 可以做为L7层的负载均衡

PS: L4层和L7层的负载均衡有什么区别?

L4层是通过TCP协议简历连接之后的IP:port接受请求和基于IP:port端口的转发

L7层通过TCP协议建立三次握手，通过HTTP协议传输数据，7层负载均衡器，需要根据HTTP协议传输过来的请求进行对应的跳转， 这个跳转是先基于TCP协议的传输(IP:port) +HTTP数据的传输

L4和L7 区别

如果是L4层: 协议只有TCP就是IP:port的转发

如果是L7层:TCP 三次握手 长连接+http规范的传输数据

四层代理和七层代理是两种不同类型的网络代理，它们在网络中的不同层级上操作和提供服务，并具有以下区别：

1. 作用层级不同：

• 四层代理：工作在传输层（第四层），基于源IP地址和目标IP地址进行数据转发，主要关注端口号和网络连接的建立。

• 七层代理：工作在应用层（第七层），能够理解和处理应用层协议（如HTTP、FTP等），可以检测和修改数据包的内容。

1. 功能不同：

• 四层代理：主要实现负载均衡、网络地址转换（NAT）等功能，可以根据端口号将请求或响应转发到目标服务器。

• 七层代理：除了实现负载均衡和NAT等功能外，还可以更精细地控制和处理应用层数据，例如缓存、内容过滤、反向代理、安全策略等。

1. 决策依据不同：

• 四层代理：基于源IP地址和目标IP地址、端口号等信息进行操作和转发。

• 七层代理：基于应用层协议的特征，如URL、Cookie、HTTP头等来做出决策和处理。

1. 复杂性不同：

• 四层代理相对较简单，仅处理传输层的连接和数据转发。

• 七层代理更复杂，能够对应用层数据进行深入处理，需要对多种应用层协议有更深入的理解和操作。

简单理解

LVS单台一---》L4层 LVS -keepalived 可以基于HTTP请求进行转发、负载均衡--》7层

LVS有几种模式 如何提供负载均衡功能(提供负载均衡功能主要技术是什么) 使用什么来管理的

LVS-NAT模式(地址映射 )

主要通过防火墙规则，来完成内外网的NAT映射 + ipvsadm工具的管理

实现方式:基于虚拟主机 (VIP: 192,168,10.180) 来作为访问入口 pvsadm -A -t 192.168,10,180 -rr

通过IVS的功能 ，来定义后端地址池 ipvsadm -a -t 192,168.10.180 - 192.168.10.16 -m -w 1

以L4层的方式直接基于TCP协议的IP: port端口进行转发LVS-nat 模式的特性

LVS-nat 模式的特性

1、负载均衡器和真实服务器 ，均在同一物理网络

2 、接受请求、响应请求 均通过负载均衡器

3、内外网的映射 通过LVS 服务器上的iptables的映射规则来完成

LVS-TUN模式(隧道模式)

LVS-TUN的特性:

1、贵!因为负载调度器和真实服务器不在同一个网络，真实服务器需要公网IP的支持(公网IP要钱)

2、接受请求 + 转发请求 是由LVS负载均衡器来完成的，但是响应请求是有真实服务器直接通过隧道的方式，响应给客户端

LVS-DR模式(直接路由)

1、关闭Lvs负载均衡器上的路由和重定向功

2、定义ens33一个虚拟接口ens33:0来承载虚拟IP

3、清空防火墙规则/关闭防火墙

4、使用ipvsadm 配置后端真实服务器的地址池+(-g DR 模式) 和 rr轮询模式，来进行转发

小结:

就是使用ipvsadm来控制LVS服务使用DR模式进行转发(主要L4层ip:port形式实现) realserver真实服务器 RS

Keepalived的概述

1.1 keepalived 服务重要功能

Keepalived服务具有以下重要功能：

1. 实现高可用性：Keepalived通过使用VRRP协议和节点间的心跳检测机制，实现了虚拟IP地址和虚拟路由器的冗余和故障转移。当Master节点不可用时，自动将备用节点切换为新的Master，从而确保服务的连续性和可用性。

2. 负载均衡：除了提供高可用性，Keepalived还可以配合负载均衡工具（如LVS）一起使用。通过在多个节点上运行Keepalived实例并配置相同的虚拟IP地址，可以将客户端请求分发到不同的后端服务器，实现负载均衡，提高系统的性能和吞吐量。

3. 健康检查和故障监测：Keepalived定期发送心跳检测消息来监测节点的健康状态。如果节点长时间无响应或不可达，则其他节点可以将其标记为故障节点，并启动故障转移过程。这种健康检查和故障监测功能可以帮助及时发现和处理节点故障，提高系统的稳定性和可靠性。

4. 简化客户端配置：使用Keepalived可以为客户端提供一个固定的虚拟IP地址，客户端只需访问该虚拟IP地址，无需关心实际的物理节点。这样可以将客户端配置中的具体节点信息抽象为一个虚拟路由器，简化了客户端的配置和管理，提升了系统的可用性和易用性。

总的来说，Keepalived服务的重要功能包括实现高可用性、负载均衡、健康检查和故障监测，并简化了客户端的配置。它在构建高可靠性网络架构和提供稳定的服务方面起到了关键作用。

1.1.1 管理LVS负载均衡器软件

keepalived可以通过读取自身的配置文件，实现通过更底层的接口直接管理Lvs配置以及服务的启动 停止功能 这会使 LVS应用跟更加简便

1.1.2 支持故障自动切换 （failover )

1、两台知己同时安装好keepalived并且启动服务当启动的时候master主机获得所有资源并且对用户提供服务(请求) 当角色backuo的主机做为master热备;当master主机挂了出现故障时，backup主机讲自动接管master主机所有工作，包括接管VIP资源及相应资源服务。

2、当master主机故障修复后，优惠自动接管回它的原来处理的工作，backup主机则同时释放masgter主机失效时接管的工作此时此刻两台主机将恢复到最初的启动时各自的原始角色及工作状态抢占模式: master 从故障恢复后，回将VIP从BACKUP节点中抢占过来，非抢占: master从故障恢复后不抢占BACKUP,BACKUP升级为MASTER后的VIP

1.1.3 实现LVS集中节点的健康检查 (health checking）

keepalived.conf文件配置LVS的节点IP和相关参数来实现对IVS直接管理如果几个节点服务器同时发生故障无法提供服务，keepalived服务会自动就爱那个失效节点服务器从LVS正常转发列中清除出去，并将请求调度到别的正常节点服务器上，从而保证最终用户的访问不受要影响;当故障的节点服务器修复以后，keepalived服务又会自动把他们加入到正常转发列中，对外面客户提供服务

1.1.4 实现LVS负载调度器 节点服务器的高可用性 (HA)

企业集群需要满足三个特点: 负载均衡 完全可以买需求 健康检查 故障切换 IVS+ keepalived

1.2 keepalived 高可用故障切换转移原理

keepalived 高可用服务集群之间的故障切换转移，是通过VRRP (虚拟路由器元余协议) 来实现的在keepalived服务正常工作时，主 (master) 节点会不断地像备 (Batkup) 节点发送(多播的方式) 心跳消息，用意告诉备节点自已还活着，当主节点发生故障事，就无法发送心跳消息，备节点也就因此无法检测到来自主节点的心跳，于是调用自身的接管程序，接管主节点的IP资源及服务。而当主节点恢复时，北街店又会释放主节点故障时自身接管的IP资源及服务，恢复到原来的备用角色

1.3 VRRP 通信原理

VRRP（Virtual Router Redundancy Protocol）是一种网络协议，用于在多个路由器之间提供冗余和故障转移。它的通信原理如下：

1. VRRP组：在一个VRRP组中，有一个虚拟路由器（Virtual Router，VR）和多个物理路由器（Physical Router，PR）。其中，VR是一个逻辑实体，用于提供冗余和故障转移功能，而PR则是真正执行路由功能的实际路由器。

2. VR的选举：在一个VRRP组中，首先需要选择一个路由器作为Master路由器，其他路由器则作为Backup路由器。这个选举过程是通过VRRP组中各个路由器发送VRRP Advertisement消息来完成的。Master路由器的优先级最高，当Master路由器不可用时，Backup路由器中的一台将会自动升级为Master。

3. 虚拟IP地址（Virtual IP，VIP）：VRRP组中的每个VR都有一个虚拟IP地址，用于代表整个VRRP组。客户端设备通过访问该虚拟IP地址来与VRRP组进行通信，而不需要关心具体的物理路由器。

4. 心跳检测：Master路由器持续发送VRRP Advertisement消息，以表明自己仍然处于激活状态。Backup路由器通过接收到Master的Advertisement消息来检测Master的健康状态，如果一段时间内未能收到Master的消息，则认为Master出现故障。

5. 故障转移：当Backup路由器检测到Master故障后，会启动选举过程选择一个新的Master，并将虚拟IP地址切换到新的Master上。这个切换过程对客户端是透明的，客户端可以继续通过访问虚拟IP地址与VRRP组通信。

1.4 keepalived体系主要模块及作用

三个模块分别是core check vrrp

core模块:为keepalived的核心 ，负责主进程启动 维护全局配置文件 加载和解析

VRRP 模块:来实现VRRP协议

check 模块:负责健康检查常见的检查方式 比如 端口 URL

1.5 keepalived 服务的工作原理

Keepalived服务的工作原理如下：

1. 配置和启动：首先，管理员需要在每个节点上配置Keepalived的相关参数，包括VRRP实例的配置信息、虚拟路由器的优先级等。然后，在每个节点上启动Keepalived服务。

2. VRRP实例：每个节点运行的Keepalived服务中可以包含一个或多个独立的VRRP实例。每个VRRP实例都代表一个虚拟路由器，并具有唯一的虚拟路由器ID（VRID）。每个VRRP实例负责监测本节点的状态，并与其他节点进行通信。

3. VRRP通信：各个节点上的Keepalived服务通过VRRP协议进行通信。它们周期性地发送VRRP Advertisement消息来交换状态信息，包括节点的优先级、状态和健康状况等。

4. Master选举：每个VRRP实例中，节点的优先级用于决定Master节点。优先级高的节点将被选举为Master，优先级相同的情况下，节点的IP地址较大的成为Master。Master节点负责处理来自客户端的请求，并维护虚拟IP地址的指向。

5. 健康检查：每个节点都会周期性地发送心跳检测消息给其他节点，以确保节点的可用性。如果其他节点在一定的超时时间内未收到心跳消息，则将该节点视为故障节点。

6. 故障转移：当一个节点检测到Master节点不可用时，它将会发起一次选举过程，选择一个新的Master节点。选举过程包括根据节点优先级和IP地址的规则来选择新的Master，并将虚拟IP地址切换到新的Master节点上，从而实现故障转移。

7. 客户端访问：客户端设备通过访问虚拟IP地址与虚拟路由器进行通信，而不需要直接访问具体的物理节点。无论是在初始启动阶段还是在故障转移后，客户端都可以继续通过访问虚拟IP地址与虚拟路由器进行通信，无需进行配置更改。

总结起来，Keepalived通过在多个节点运行保持实例，使用VRRP协议进行节点间的通信和状态交换，通过Master选举和健康检查实现虚拟IP地址的管理和故障转移。这样可以提供高可用性和故障恢复能力，确保网络服务的连续性和可靠性。

Keepalived工具介绍

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: Keepalived for Linux

Keepalived实现原理剖析

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执备组内同时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