基于LVS的互联网应用
在前面的文章里，我做了一个“
可扩展、高可用服务网络设计方案”，现在我们来说明怎样实现它的技术细节。
网络环境
1、
硬件：服务器、网络附属存储（
NAS
）和交换机。
3
个服务器用来做
web,2
个服务器
来做流媒体，
1
个服务器做
LVS-DR,2
个
mysql
服务器，一个邮件服务器，
2
个交换机，一个
NETAPP NAS
。
2、
运行环境：流媒体
windows,
其他的都是
linux
。
逻辑结构：除数据库服务器和
NETAPP
存储外，其他的服务器都使用
2
个网络地址，一个公网地址和一个私有网络地址。设置为公网
ip
的网络接口连接在一个交换机，设置为私有网络
ip
的网络接另外一个交换机，处于安全和网络带宽考虑，网络存储设备和数据库只使用私有网络地址。网络拓扑图如下所示：
基本原理：
传统模式下，用户的访问请求通过
DNS
服务器解析后，把服务请求转发给
web
服务器，取得数据后返回给用户。这种模式有
2
个麻烦：同时访问的用户增加到某个程度后，服务器不能提供所需的正常访问；遇到故障，所有的访问请求都将失败。要解决这样一个难题
,LVS
是上上之选。当我们采用
lvs
方案之后，更改
dns
服务器的记录，这样用户的访问将首先到达
LVS
控制器所在的服务器，
LVS
把请求按照某种算法转发给后面真正的服务器。那么数据的返还是怎样的一个过程呢？在采用
DR
方式的集群形式下，真实服务器直接把数据返还给用户而不再经过
LVS
控制器。访问数据的流向在上图中用带箭头的虚线标识出来了，这样设计使得结构更简单一些，
lvs
控制器的压力也小很多。
根据应用的实际情况考虑，本项目采用
LVS/DR
方式。
技术实现
：
先列出个相关服务器的
ip
地址：
|
名称
|
Ip
地址
|
|
|
真实ip
地址(RIP)
|
||
|
LVS/DR(
控制器
)
|
61.135.55.100/24
|
|
|
RealServer1
（
Web1
）
|
61.135.55.150/24
|
192.168.55.150/24
|
|
RealServer2
（
Web2
）
|
61.135.55.151/24
|
192.168.55.151/24
|
|
RealServer3
（
Web3
）
|
61.135.55.152/24
|
192.168.55.152/24
|
|
RealServer4
（流媒体
1
）
|
61.135.55.153/24
|
192.168.55.153/24
|
|
RealServer5 (
流媒体
2 )
|
61.135.55.154/24
|
192.168.55.154/24
|
|
MysqlServer1
|
|
192.168.55.90/24
|
|
MysqlServer2
|
|
192.168.55.91/24
|
|
Netapp(
网络共享存储
)
|
|
192.168.55.92/24
|
|
虚拟ip
地址（VIP
）
|
||
|
Web
虚拟地址（
VIP1
）
|
61.135.55.160
|
|
|
流媒体虚拟地址（
VIP2
）
|
61.135.55.161
|
|
一、
修改
DNS
记录。
|
www IN A 61.135.55.160
media IN A 61.135.55.161
|
修改
bind
完成后测试一下，看是否被正确的解析。注意：主机记录应该解析到虚拟地址。
二、
配置
LVS/DR
。
LVS/DR
主要由控制器和真实服务器
2
部分构成，需要在控制器和真实服务器上做好配置才能提供正常的服务，下面分步来说明。
安装控制器部分：安装好系统（我用的是
centos 5
）
,
指定
ip
地址
61.135.55.100/24
，关闭不必要的系统
/
网络服务（执行
ntsysv
用上下键和空白键来完成）。实现
LVS/DR
最重要的两个东西是
ipvs
内核模块和
ipvsadm
工具包，幸运的是，当前的发行版已经包含
ipvs
内核模块，不必再像旧的内核版本需要打这个补丁，
ipvsadm
需要从网上下载安装，下面总结一下这个过程：
1、
检查内核模块，看
ipvs
模块是否被加载
上图实现，ipvs模块没有被加载，可以手动加载，当然这不是必需的（当安装好ipvsadm包后，执行ipvsadm命令就会把ip_vs加载到系统内核）。执行命令 modprobe ip_vs 就可以把ip_vs模块加载到内核。现在再执行 lsmod –l | grep ip_vs 应该看见ip_vs模块被列出。
2、安装ipvsadm。Ipvsadm的官方下载地址为 http://www.linuxvirtualserver.org/software/kernel-2.6/ipvsadm-1.24.tar.gz ，解压后先做一个链接文件,把目录/usr/src/kernels/2.6.18-8.el5-i686/ 链接为/usr/src/linux,不这样做的话，执行./configure脚本将报错。运行命令 ln –s /usr/src/kernels/2.6.18-8.el5-i686 /usr/src/linux做好链接，再运行不带参数的脚本 ./configure，然后执行”make;make install”完成安装
（二）
控制器配置：既可以使用脚本也可以更改系统的配置文件
/etc/sysconfig/ipvsadm
。在实际应用中，我建议用脚本，这样的话，维护和移植
lvs
会很方便。下面给出本案使用的
lvs/dr
脚本：
[root@mysql2 ~]# more /usr/local/bin/lvsdr
#!/bin/bash
RIP1=61.135.55.150
RIP2=61.135.55.151
RIP3=61.135.55.152
VIP1=61.135.55.160
VIP2=61.135.55.161
/etc/rc.d/init.d/functions
case "$1" in
start
)
echo " start LVS of DirectorServer"
# set the Virtual IP Address and sysctl parameter
/sbin/ifconfig eth0:0 $VIP1 broadcast $VIP1 netmask 255.255.255.255 up
/sbin/ifconfig eth0:1 $VIP2 broadcast $VIP2 netmask 255.255.255.255 up
/sbin/route add -host $VIP1 dev eth0:0
/sbin/route add -host $VIP2 dev eth0:1
echo "1" >/proc/sys/net/ipv4/ip_forward
#Clear IPVS table
/sbin/ipvsadm -C
#set LVS
#Web Apache
/sbin/ipvsadm -A -t $VIP1:80 -s wlc -p 120
/sbin/ipvsadm -a -t $VIP1:80 -r $RIP1:80 -g
/sbin/ipvsadm -a -t $VIP1:80 -r $RIP2:80 -g
/sbin/ipvsadm -a -t $VIP1:80 -r $RIP3:80 -g
#Media (mms)
/sbin/ipvsadm -A -t $VIP2:1755 -s rr -p 3600
/sbin/ipvsadm -a -t $VIP2:1755 -r $RIP3:1755 -g
/sbin/ipvsadm -a -t $VIP2:1755 -r $RIP4:1755 -g
/sbin/ipvsadm -A -t $VIP2:554 -s rr -p 3600
/sbin/ipvsadm -a -t $VIP2:554 -r $RIP3:554 –g
/sbin/ipvsadm -a -t $VIP2:554 -r $RIP4:554 –g
#Run LVS
/sbin/ipvsadm
;;
stop
)
echo "close LVS Directorserver"
echo "0" >/proc/sys/net/ipv4/ip_forward
/sbin/ipvsadm -C
/sbin/ifconfig eth0:0 down
/sbin/ifconfig eth0:1 down
;;
*
)
echo "Usage: $0 {start|stop}"
exit 1
esac
.RIP1=61.135.55.150
到RIP3=61.135.55.152
定义
3
个真实服务器的
ip
地址。
.VIP1=61.135.55.160
，VIP2=61.135.55.161
定义
2
个虚拟
ip
地址，一个作
web
服务的虚拟地址，一个做流媒体服务的虚拟地址。
.
/etc/rc.d/init.d/functions
,
执行这个系统脚本，以取得运行其他脚本所需的环境和参数。
.case
语句是一个多路选择，本脚本给出
3
个：
start,stop
及
*,3
选
1
。
$1
表示脚本带一个参数。
.
/sbin/ifconfig eth0:0 $VIP1 broadcast $VIP1 netmask 255.255.255.255 up
把
web
服务所需的
ip
地址（虚拟地址）绑定在辅助接口
eth0:0
。在
LVS
方案中，虚拟
ip
地址与普通网络接口大大不同，这点需要特别注意。虚拟
ip
地址的广播地址是它本身，子网掩码是
255.255.255.255
。为什么要这样呢？因为有若干机器要使用同一个
ip
地址，用本身做广播地址和把子网掩码设成
4
个
255
就不会造成
ip
地址冲突了，否则
lvs
将不能正常转发访问请求。
. /sbin/route add -host $VIP1 dev eth0:0
添加主机路由，这
2
条可有可无，较新的
linux
发行版能正确路由这个主机地址。
.
echo "1" >/proc/sys/net/ipv4/ip_forward
启用
ip
转发功能。
.
/sbin/ipvsadm –C
清空
ipvs
转发表。
./sbin/ipvsadm -A -t $VIP1:80 -s wlc -p 120
添加一个虚拟服务，服务协议是
tcp(-t)
；服务类型是
web
（
$VIP1:80
）；
-s
表示采用
wlc
这种调度算法转发数据包（调度算法包括：
rr|wrr|lc|wlc|lblc|lblcr|dh|sh|sed|nq
）；
-p
表示连接的持续时间为
120
秒，这个会话时间是根据实际情况调整的，如果这个值设置得不合理，用户将得到非常糟糕的访问效果。下面举例简单说明一下
从上图我们可以看出，随着时间的变化，用户的请求将可能被
lvs
转发到不同的服务器，而那些需要保持会话的请求将被丢失，导致访问不能进行。
.
/sbin/ipvsadm -a -t $VIP1:80 -r $RIP1:80 –g
以直接路由的方式把请求转发到
LVS
后面的真实服务器。我曾企图把
web
（
80
端口）请求转发到真实服务器的其他端口（如
8000
），但不能如愿。
余下的行参照上面的解释，理解起来应该不是问题，因此不再一一说明。脚本写好后，把它放在目录
/usr/local/bin,
然后授与执行权限（
chmod 700 /usr/local/bin/lvsdr
），运行这个脚本，
LVS/DR
控制器部分就算配置好了。如果脚本不能正常运行，多半情况是脚本书写错误所致，如在
windows
用写字板写脚本再拷贝到
linux,
或者写丢了某个“
;
”等等。不管真实服务器端是否正确设置
lvs,LVS/DR
控制器都能独个运行。有
2
个方法检验
LVS/DR
是否正常运行了：（
1
）查看内核是否列出
ip_vs
模块；（
2
）直接运行
ipvsadm –l
看输出是否有转发规则。
（三）
真实服务器配置虚拟
ip
地址。
LVS
可以把服务请求转发到各种各样的操作系统，在本案中有
2
种操作系统：
centos
和
windows 2003 server
。其他
unix
的处理跟
centos(
一种
linux
发行版
)
相似。
（1）
centos
服务器设置虚拟服务器：与
LVS/DR
控制类似，既可以修改配置文件也可以用脚本，相对来讲，还是脚本方便，下面是某个服务器设置虚拟
ip
地址的脚本：
[root@WEB2 ~]# more /usr/local/bin/lvs
#!/bin/bash
#description:start realserver
#chkconfig 235 26 26
VIP1=220.194.55.160
/etc/rc.d/init.d/functions
case "$1" in
start)
echo " start LVS of REALServer"
/sbin/ifconfig lo:0 $VIP1 broadcast $VIP1 netmask 255.255.255.255 up
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
;;
stop)
/sbin/ifconfig lo:0 down
echo "close LVS Directorserver"
echo "0" >/proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_ignore
echo "0" >/proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_announce
echo "0" >/proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_ignore
echo "0" >/proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_announce
;;
*)
echo "Usage: $0 {start|stop}"
exit 1
esac
. /sbin/ifconfig lo:0 $VIP1 broadcast $VIP1 netmask 255.255.255.255 up
跟
LVS/DR
控制器一样，广播地址设置为虚拟地址本身，子网掩码
4
个
255
，不同的是，虚拟
ip
地址被绑定在环回（
loopback
）子接口，而不是物理接口的子接口。
.
echo "1" >/proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_ignore
一共四行，其目的是关闭
arp
响应。
（
2
）
windows
服务器设置虚拟地址。
windows
下设置子网掩码为
255.255.255.255
比
linux
设置要麻烦些。要想在网上邻居本地连接的
tcp/ip
属性设置
4
个
255
掩码是不能得逞的，唯一的办法是修改注册表。默认状况下，
windows
并没有环回接口存在，配置之前得先安装这个“设备”。接下来介绍一下环回接口设置步骤：
①
控制面板点击添加新硬件
选“网络适配器”，按“下一步”，选“
Microsoft
”及“
Microsoft Loopback Adapter
”
点击下一步安装好
loopback adapter.
。
②
设置
loopback
的
tcp/ip
参数值。
先设置
ip
，把子网掩码设置成
255.255.255.0
。
设置
ip
地址的目的是方便在注册表中搜索
loopback
设置子网掩码的位置，我们用设置的虚拟
ip
地址做搜索关键字，很快就找到位置了。
搜索“
61.135.55.160”
找到
ip
地址“
61.135.55.160”所在的位置，在这个项的下方，有个
项“SubnetMask
”，它的值为
255.255.255.0.
把其修改为
255.255.255.255,
但不幸的是，
windows 2003 server
的注册表修改编辑方式是
2
进制，修改时需要技巧。在
windows xp
的注册表编辑器上修改好，然后转换到
2
进制方式，
windows 2003 server
对照这个值更改即可。
换成
2
进制方式
修改好一个项（
SubnetMask
）后，按
F3
修改余下的几个项的
SubnetMask
值为
255.255.255.255
，然后重启
windows
就可以生效了。
一、
运行
LVS/DR
在
LVS/DR
运行
lvs
脚本，在真实服务器上启用虚拟地址，就可以把整个
LVS/DR
运行起来了。
几个需要关注的问题
一、控制器高可靠性。一个普遍的做法是使用
HA,
用
2
个服务器做双机。在条件有限的情况下，又考虑不增加网络结构的复杂性，可以把
LVS/DR
控制器脚本放在不同的服务器上，一旦当前使用的
LVS/DR
控制器出故障，立即启用其它服务器的控制器脚本，可以把停机时间控制在可以接受的范围。
二、安全。出来在真实服务器上启用安全机制外，
LVS/DR
控制器也需要做防火墙策略的。下面是某个
LVS/DR
控制器的防火墙脚本，请大家参考：
[root@mysql2 ~]# more /usr/local/bin/firewall
#!/bin/bash
#this is a common firewall created by 2007-7-29
#define some variable
IPT=/sbin/iptables
CONNECTION_TRACKING="1"
INTERNET="eth0"
CLASS_A="10.0.0.0/8"
CLASS_B="172.16.0.0/12"
CLASS_C="192.168.0.0/16"
CLASS_D_MULTICAST="224.0.0.0/4"
CLASS_E_RESERVED_NET="240.0.0.0/5"
BROADCAST_SRC="0.0.0.0"
BROADCAST_DEST="255.255.255.255"
IPADDR=61.135.55.100
LOOPBACK_INTER
#Remove any existing rules
$IPT -F
$IPT -X
#setting default firewall policy
$IPT --policy OUTPUT ACCEPT
$IPT --policy FORWARD DROP
$IPT -P INPUT DROP
#stop firewall
if [ "$1" = "stop" ]
then
echo "Filewall completely stopped!no firewall running!"
exit 0
fi
#setting for loopback interface
$IPT -A INPUT -i lo -j ACCEPT
$IPT -A OUTPUT -o lo -j ACCEPT
# Stealth Scans and TCP State Flags
# All of the bits are cleared
$IPT -A INPUT -p tcp --tcp-flags ALL NONE -j DROP
# SYN and FIN are both set
$IPT -A INPUT -p tcp --tcp-flags SYN,FIN SYN,FIN -j DROP
# SYN and RST are both set
$IPT -A INPUT -p tcp --tcp-flags SYN,RST SYN,RST -j DROP
# FIN and RST are both set
$IPT -A INPUT -p tcp --tcp-flags FIN,RST FIN,RST -j DROP
# FIN is the only bit set, without the expected accompanying ACK
$IPT -A INPUT -p tcp --tcp-flags ACK,FIN FIN -j DROP
# PSH is the only bit set, without the expected accompanying ACK
$IPT -A INPUT -p tcp --tcp-flags ACK,PSH PSH -j DROP
# URG is the only bit set, without the expected accompanying ACK
$IPT -A INPUT -p tcp --tcp-flags ACK,URG URG -j DROP
# Using Connection State to By-pass Rule Checking
if [ "$CONNECTION_TRACKING" = "1" ]; then
$IPT -A INPUT -m state --state ESTABLISHED,RELATED -j ACCEPT
$IPT -A OUTPUT -m state --state ESTABLISHED,RELATED -j ACCEPT
$IPT -A INPUT -m state --state INVALID -j DROP
$IPT -A OUTPUT -m state --state INVALID -j DROP
fi
##################################################################
# Source Address Spoofing and Other Bad Addresses
# Refuse spoofed packets pretending to be from
# the external interface.s IP address
$IPT -A INPUT -i $INTERNET -s $IPADDR -j DROP
# Refuse packets claiming to be from a Class A private network
$IPT -A INPUT -i $INTERNET -s $CLASS_A -j DROP
# Refuse packets claiming to be from a Class B private network
$IPT -A INPUT -i $INTERNET -s $CLASS_B -j DROP
# Refuse packets claiming to be from a Class C private network
$IPT -A INPUT -i $INTERNET -s $CLASS_C -j DROP
$IPT -A INPUT -i $INTERNET -s 0.0.0.0/8 -j DROP
$IPT -A INPUT -i $INTERNET -s 169.254.0.0/16 -j DROP
$IPT -A INPUT -i $INTERNET -s 192.0.2.0/24 -j DROP
###################################################################
#setting access rules
#enable ssh connect
$IPT -A INPUT -i $INTERNET -p tcp --dport 22 -j ACCEPT
$IPT -A INPUT -i $INTERNET -p tcp --dport 80 -j ACCEPT
$IPT -A INPUT -i $INTERNET -p tcp --dport 1755 -j ACCEPT
$IPT -A INPUT -i $INTERNET -p tcp --dport 554 -j ACCEPT
$IPT -A INPUT -i $INTERNET -p udp --dport 554 -j ACCEPT
$IPT -A INPUT -i $INTERNET -p tcp --dport 8080 -j ACCEPT
$IPT -A INPUT -i $INTERNET -p udp --dport 1024:5000 -j ACCEPT
在这个防火墙脚本中，
--dport 1024:5000 udp
端口是用于
mms
协议的，在项目实施过程中，没有注意这个端口，结果导致流媒体服务请求不能被转发到真实服务器。
三、数据同步。所有相同服务的服务器挂接共享服务器的同一个目录，写入数据实际上是写同一个文件或目录，因此不再需要
rsycn
这样占资源的同步工具。
四、
LVS/DR
维护和监控。系统在运行过程中，某个真实服务器多运行的服务很可能出故障，但
ipvsadm
本身不探测这个事件，它仍然按照某种算法将一些用户的请求转发给出故障的服务器，导致一些用户不能正常访问。
Ldirectord
可以动态的处理这个麻烦，也可以自己写个小工具，定期到真实服务器获取访问返还状态码，根据返还状态码执行相关的
ipvsadm
维护操作。监控报警方面，
Nagios(www.nagios.org)
是非常好的选择，当然，监控系统最好放在
LVS/DR
环境之外，关于
Nagios
的细节，请参照我的文章
” Nagios
远程监控软件的安装与配置详解
(http://netsecurity.51cto.com/art/200706/48728.htm).