lvs简介及实现负载均衡

 

一、什么是lvs？

LVS 是一个开源的软件，由毕业于国防科技大学的章文嵩博士于1998年5月创立，可以实现LINUX平台下的简单负载均衡。LVS是Linux Virtual Server的缩写，意思是Linux虚拟服务器。

如图：

二、技术简介

LVS 集群采用IP负载均衡技术和基于内容请求分发技术。调度器具有很好的吞吐率，将请求均衡地转移到不同的服务器上执行，且调度器自动屏蔽掉服务器的故障，从而将一组服务器构成一个高性能的、高可用的虚拟服务器。整个服务器集群的结构对客户是透明的，而且无需修改客户端和服务器端的程序。为此，在设计时需要考虑系统的透明性、可伸缩性、高可用性和易管理性。一般来说，LVS集群采用三层结构，其主要组成部分为：

1)  负载调度器（load balancer），它是整个集群对外面的前端机，负责将客户的请求发送到一组服务器上执行，而客户认为服务是来自一个IP地址（我们可称之为虚拟IP地址）上的。

2)  服务器池（server pool），是一组真正执行客户请求的服务器，执行的服务有WEB、MAIL、FTP和DNS等。

3)  共享存储（shared storage），它为服务器池提供一个共享的存储区，这样很容易使得服务器池拥有相同的内容，提供相同的服务。

  LVS 集群种类通常是通过LVS Director中继到集群节点的请求的方法来形容的，目前有三种可用的方法：

1)  网络地址转换（LVS-NAT）

Virtual Server via Network Address Translation （VS/NAT）
通过网络地址转换，调度器重写请求报文的目标地址，根据预设的调度算法，将请求分派给后端的真实服务器；真实服务器的响应报文通过调度器时，报文的源地址被重写，再返回给客户，完成整个负载调度过程。

如图：

2)  直接路由（LVS-DR）

Virtual Server via Direct Routing （VS/DR）

VS/DR 通过改写请求报文的MAC地址，将请求发送到真实服务器，而真实服务器将响应直接返回给客户。同VS/TUN技术一样，VS/DR技术可极大地提高集群系统的伸缩性。这种方法没有IP隧道的开销，对集群中的真实服务器也没有必须支持IP隧道协议的要求，但是要求调度器与真实服务器都有一块网卡连在同一物理网段上。

如图：

3)  IP 隧道（LVS-TUN)

Virtual Server via IP Tunneling （VS/TUN）
采用NAT技术时，由于请求和响应报文都必须经过调度器地址重写，当客户请求越来越多时，调度器的处理能力将成为瓶颈。为了解决这个问题，调度器把请求报文通过IP隧道转发至真实服务器，而真实服务器将响应直接返回给客户，所以调度器只处理请求报文。由于一般网络服务应答比请求报文大许多，采用 VS/TUN技术后，集群系统的最大吞吐量可以提高10倍。

如图：

LVS 调度方法

1)  固定（或非动态）调度方法

循环法（RR）

权重循环（WRR）

目标散列法

源散列法

2)  动态调度方法

最少连接（LC）

权重最少连接（WLC）

最短预期延迟（SED）

永不排队（NQ）

基于本地最少连接（LBLC）

基于本地最少连接重复调度（LBLCR）

三、案例 实现lvs负载均衡

案例一 使用lvs_nat模式

1） 调度方法为rr

实验拓扑图：

1.  Load balancer 配置

网络配置:

首先查看内核是否支持ipvs

[root@localhost ~]# uname -r

2.6.18-164.el5

[root@localhost ~]# grep -i ip_vs /boot/config-2.6.18-164.el5

打开路由转发功能，如下：

[root@localhost ~]# vim /etc/sysctl.conf

7 net.ipv4.ip_forward = 1

[root@localhost ~]# sysctl –p

## 立即生效

[root@localhost ~]# yum install ipvsadm –y

安装成功！

[root@localhost ~]# ipvsadm -A -t 192.168.101.15:80 -s rr

[root@localhost ~]# ipvsadm -a -t 192.168.101.15:80 -r 192.168.2.100 -m

[root@localhost ~]# ipvsadm -a -t 192.168.101.15:80 -r 192.168.2.101 -m

[root@localhost ~]# service ipvsadm save

Saving IPVS table to /etc/sysconfig/ipvsadm:               [ OK ]

[root@localhost ~]# service ipvsadm start

Clearing the current IPVS table:                           [ OK ]

Applying IPVS configuration:                               [ OK ]

[root@localhost ~]# ipvsadm -ln                                    

IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)

Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags

 -> RemoteAddress:Port           Forward Weight ActiveConn InActConn

TCP 192.168.101.15:80 rr

 -> 192.168.2.100:80              Masq   1      0          0        

 -> 192.168.2.101:80              Masq 1      0          0        

2 ．Realserver1配置

网络配置:

安装httpd服务

[root@localhost ~]# cd /mnt/cdrom/Server/

[root@localhost Server]# rpm -ivh httpd-2.2.3-31.el5.i386.rpm

新建一个网页

[root@localhost Server]# cd /var/www/html/

[root@localhost html]# echo "web1" >index.html

启动服务

[root@localhost ~]# service httpd start

3.Realserver2 配置

网络配置:

安装httpd服务

[root@localhost ~]# cd /mnt/cdrom/Server/

[root@localhost Server]# rpm -ivh httpd-2.2.3-31.el5.i386.rpm

新建一个网页

[root@localhost Server]# cd /var/www/html/

[root@localhost html]# echo "web2" >index.html

启动服务

[root@localhost ~]# service httpd start

测试:

2） 调度方法wrr

Load balancer 配置

设置web1的权重为web2的2倍

[root@localhost ~]# vim /etc/sysconfig/ipvsadm

[root@localhost ~]# ipvsadm -E -t 192.168.101.15:80 -s wrr

[root@localhost ~]# ipvsadm -e -t 192.168.101.15:80 -r 192.168.2.100 -m -w 10

[root@localhost ~]# ipvsadm -e -t 192.168.101.15:80 -r 192.168.2.101 -m -w 5

[root@localhost ~]# service ipvsadm save

Saving IPVS table to /etc/sysconfig/ipvsadm:               [ OK ]

[root@localhost ~]# service ipvsadm restart

Clearing the current IPVS table:                           [ OK ]

Applying IPVS configuration:                               [ OK ]

测试:

用user用户访问3次

 

案例二 使用lvs_dr模式

实验拓扑图:

Realserver1 的配置

[root@localhost ~]# echo "net.ipv4.conf.eth0.arp_announce = 2" >>/etc/sysctl.conf

[root@localhost ~]# echo "net.ipv4.conf.all.arp_announce = 2" >>/etc/sysctl.conf

[root@localhost ~]# echo "net.ipv4.conf.eth0.arp_ignore = 1" >>/etc/sysctl.conf

[root@localhost ~]# echo "net.ipv4.conf.all.arp_ignore = 1" >>/etc/sysctl.conf

[root@localhost ~]# sysctl –p

配置网络信息:

添加路由

[root@localhost ~]# route add -host 192.168.2.11 dev lo:0

安装httpd服务

[root@localhost ~]# cd /mnt/cdrom/Server/

[root@localhost Server]# rpm -ivh httpd-2.2.3-31.el5.i386.rpm

新建一个网页

[root@localhost Server]# cd /var/www/html/

[root@localhost html]# echo "web1" >index.html

启动服务

[root@localhost ~]# service httpd start

Realserver2 配置

将realserver1的配置copy过来

[root@localhost ~]# scp 192.168.2.100:/etc/sysctl.conf /etc/

配置网络信息:

添加路由信息

[root@localhost ~]# route add -host 192.168.2.11 dev lo:0

安装httpd服务

[root@localhost ~]# cd /mnt/cdrom/Server/

[root@localhost Server]# rpm -ivh httpd-2.2.3-31.el5.i386.rpm

新建一个网页

[root@localhost Server]# cd /var/www/html/

[root@localhost html]# echo "web1" >index.html

启动服务

[root@localhost ~]# service httpd start

LinuxDirector 配置

配置网络信息:

安装ipvsadm服务

[root@localhost ~]# cd /mnt/cdrom/

[root@localhost cdrom]# cd Cluster/                                

[root@localhost Cluster]# rpm -ivh ipvsadm-1.24-10.i386.rpm

启动服务

[root@localhost Cluster]# service ipvsadm save

Saving IPVS table to /etc/sysconfig/ipvsadm:               [ OK ]

[root@localhost Cluster]# service ipvsadm start

Clearing the current IPVS table:                           [ OK ]

Applying IPVS configuration:                               [ OK ]

[root@localhost Cluster]# chkconfig ipvsadm on

[root@localhost Cluster]# ipvsadm -A -t 192.168.2.11:80 -s rr

[root@localhost Cluster]# ipvsadm -a -t 192.168.2.11:80 -r 192.168.2.100 -g  

[root@localhost Cluster]# ipvsadm -a -t 192.168.2.11:80 -r 192.168.2.101 -g

[root@localhost Cluster]# ipvsadm -ln

IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)

Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags

 -> RemoteAddress:Port           Forward Weight ActiveConn InActConn

TCP 192.168.2.11:80 rr

 -> 192.168.2.101:80             Route   1      0          0        

 -> 192.168.2.100:80             Route   1      0          0        

测试:

持久连接

[root@localhost ~]# ipvsadm -A -t 192.168.2.11:0 -s rr -p 60

[root@localhost ~]# ipvsadm -a -t 192.168.2.11:0 -r 192.168.2.100 -g

[root@localhost ~]# ipvsadm -a -t 192.168.2.11:0 -r 192.168.2.101 -g

[root@localhost ~]# ipvsadm -ln

IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)

Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags

 -> RemoteAddress:Port           Forward Weight ActiveConn InActConn

TCP 192.168.2.11:0 rr persistent 60

 -> 192.168.2.101:0              Route   1      0          0        

 -> 192.168.2.100:0              Route   1      0          0        

[root@localhost ~]#

测试

在60s内访问都是web2