F5 GTM DNS 知识点和实验 6 -智能DNS算法

Posted 2022-02-18 cnxhsy

第六章：负载智能dns解析

6.1两层负载均衡（two-tiered load balancing）

当BIG-IP dns接收到一个dns请求，他会使用两层负载均衡的方法选择一个最好的解析结果。
1、第一次尝试，使用wide IP 的负载方法选择最好的pool池子。
2、第二次尝试，使用pool的负载方法选择最好的virtual server。

每个pool池的三个层级轮训方法

执行顺序如下：

• preferred：最优的负载方法。包含动态和静态方法。
• alternate：当preferred因为缺少度量值（metric）导致不能使用时候选择的方法，包含动态和静态，但不能基于path。通常这里选用静态。
• fallback：当alternate因为缺少服务器度量值（server metric）时候选用的方法。

最优解当然是通过preferred的负载方法计算得出，但是当度量值（metric）还没有收集完成，动态负载均衡算法无法使用，这时候就需要使用alternate的静态算法，但是也可能由于到vs的网络不通，导致无法检测vs是否可用，这时候，fallback作为兜底方法将会被启用。

全球负载均衡默认设置

注：仅翻译，并未测试。

• respect fallback dependency：如果开启，并且需要使用fallback进行负载均衡，则会基于virtual server的状态进行回复，如果关闭（默认），并且使用fallback负载方案，则可能回复一个不可用virtual server。
• ignore path ttl：如果开启，将忽略path ttl，这适用于基于path负载的方法，如果关闭（默认），一旦ttl超时，他就不能作为度量值进行解析。
• verify virtual server availability：如果开启（默认），在解析这个请求之前，dns系统先检查virtual server的可用性。

6.2静态负载方法

• round robin
• ratio
• global availability
• static persist
• drop packet
• topology
• falback ip
• return to dns
• none

round robin：

​ 轮询，就是顺序调用pool和pool member，如下图。

ratio：

权重，高权重的将会获得更多次选择。如下图。他的执行顺序是先逐个取值，进行一轮之后，再进行第二轮，对于3号，第一轮权重值被取完，则不进行第二轮取值。以此类推。

global availability：

这种算法下，big-ip总是会使用第一个pool和第一个vs进行回复，所以你配置的pool和pool member顺序尤为重要。只有第一个vs不能用，才会选择第二个vs。但是当第一个vs恢复，又会将第一个vs作为最优解进行回复。如下图。

总是使用第一个可用的pool和virtual server，你可以调整顺序。如果pool1先故障，之后又恢复，则会向用户发送pool2，然后又继续发送pool1。

static persist：

这个算法只能用于pool中，和global availability相似，static persist总是使用第一个可用的vs，但是不同的是他会对每一个ldns进行哈希，哈希过后，vs的顺序是不一样的，然后再取第一个可用vs作为最优解。

当1号不可用，则会使用序列中的第二个vs作为最优解。

drop packet：

如果vs都不可用，期望啥都不回复，则可以在alternate上使用drop packet。这种情况dns会尝试解析，但如果失败，就啥都不回复，ldns等待超时然后请求其他的dns。

fallback ip：

只回复fallback ip，这个ip在回复之前是不会做可用性检查的。如果你想在preferred和alternate不可用的时候使用fallbcak ip，你可以配置这个负载方法。

topology：

基于拓扑的响应，取决于配置。后边详细讲。

return to dns：

使用bind中对应域名的记录解析

6.3动态负载方法

• round trip time
• Completion rate
• hops
• least connnection
• kilobytes per second
• cpu
• packet rate
• virtual server capacity
• virtual server score
• quality of service

round trip time：

RTT使用数据中心到ldns最快的节点作为最优解，这些度量值都是由big3d同步到各个设备上。RTT是不能使用在alternate中的。如果RTT的计算结果相同，则会在相同的结果中轮询作为最优解。

Completion rate：

和RTT很像，Completion rate选择丢包和超时最少的vs作为最优解，同样他也不能作为alternate负载算法。

hops：

选择一个从datecenter到ldns条数最少的节点作为最优解，它使用traceroute工具去测量跳数。

least connnection：

使用vs连接数最少的节点，他是通过bigip从F5设备上获得的数据，通过snmp从非F5设备上获得的数据。

kilobytes per second ：

使用流量最小的节点。他是通过bigip从F5设备上获得的数据，通过snmp从非F5设备上获得的数据。

cpu：

使用cpu最小的节点。他是通过bigip从F5设备上获得的数据，通过snmp从非F5设备上获得的数据。

packet rate：

和least connnection相似，使用数据包速率最少的节点，他是通过bigip从F5设备上获得的数据，通过snmp从非F5设备上获得的数据。

virtual server capacity：

基于pool池中可用vs个数去配置权重，然后进行负载。

virtual server score：

只能用于ltm上配置了score的vs。

quality of service：

你可以使用以上多个度量值进行综合定义，去进行负载均衡，下图就是说你可以使用哪些度量值决定qos的算法。和其他的动态算法一样，如果其中一个度量值没有收集完数据，qos是无法进行计算的。

举个例子，比如，我们对virtual server capacity 和round trip time定义了权重，分别是20和10.

其中，vs_100.10.10.1的得分通过公式

(6*20+3*10）/(20+10)=5

算得为5，以此类推，分别是上图的结果，所以最优解是100.10.10.3。

6.4负载均衡算法列表（网上的）

忘记是网上找的还是官网的文档，写的不错

静态负载均衡算法

算法	描述	使用场景
drop packet	丢弃DNS请求	确保GTM不将DNS解析成不可用的IP
fallback IP	将DNS请求解析成指定的IP，即fallback IP ，GTM不监控这个IP可用性	当主用和备用都不可用时，GTM就会用fallback IP回应DNS请求，不管fallback IP 是否可用。相当于逃生通道
global availability	顺序分配，只有前面的IP不可用时，才会将DNS解析到后面的服务器	服务器之间性能或其他方面不同，有偏好承载业务的服务器
None	如果备用的负载分担方式是none,GTM直接跳过备用方式，使用fallback定义的方式进行负载分担；如果fallback方式是none,且配置了多个pool，直接使用下个pool；如果所有pool都不可用，返回一个pool的聚合地址;如果所有地址池的首选的负载均衡方式都已经配置，且备选和fallback方式为none,当首选负载分担方式无法选出IP时，使用下一个可用的pool	未想到使用该方式的场景
ratio	按权重将DNS请求分配到不同的服务器	用于服务器之间性能不同，或者对某些服务器有偏好的情况
return to DNS	使用本地DNS回应域名解析请求	用于临时将一个pool从服务中移除
round-robin	轮询
static persist	根据哈希算法，将相同的IP地址的请求解析到相同的VS上	用于特定源地址解析到相同的VS上场景
topology	根据DNS请求中的地理位置信息，返回和请求地理相近的域名解析，需要预先配置拓扑的记录	期望用户请求访问同区域或同数据中心的资源

动态负载均衡算法

动态负载算法根据big3d agent收集的当前性能的指标和指定的算法，返回指定IP。

算法	描述
completion rate	如果一个VS和客户LDNS在数据包交互过程中保持最小的丢包或最少的超时包，GTM将使用该VS回应DNS请求
CPU	GTM使用当前CPU利用率最小的VS作为DNS请求的回应
hops	GTM使用 和客户之间路由跳数最小的VS作为DNS请求的回应
kbyte/s	使用当前处理流量最少的VS作为DNS请求的回应
least connection	使用最小连接数的VS作为DNS请求的回应
packet rate	使用处理包数量最少的VS作为DNS请求的回应
Qos	GTM在配置了针对每个VS的测量后，使用Qos分数最高的VS作为DNS请求的回应
RTT	使用和客户LDNS RTT最短的 VS作为DNS请求的相应
VS score	配置了如果VS使用了LTM，可以使用VS score 最高的VS作为DNS请求的回应
VS capacity	如果配置了多个pool,根据每个pool可用的VS分配权重，权重最高的pool接收最多流量，同样pool中权重最高的server接收最流量，该算法所有的pool的server 都会接受到流量。

6.5 日志 LOG

你可以使用linux 的syslog，也可以使用高速日志存储系统，高速的日志服务器可以选择splunk，remote high-speed syslog等。高速日志系统各组件关系如下，高速日志系统搭建不做介绍。

日志输出内容

日志输出样式

实验

修改wide ip的日志选项

GUI

路径：DNS ›› GSLB : Wide IPs : Wide IP List ›› Properties : www.train10.com : A

配置：

• Load-Balancing Decision Log：全部勾选

TMSH

modify gtm wideip a www.train10.com load-balancing-decision-log-verbosity  pool-member-selection pool-member-traversal pool-selection pool-traversal 

修改log profile

GUI

路径：DNS ›› Delivery : Profiles : Other : DNS Logging ›› New...

配置：

• Name：local_dns_logging_profile
• Log Publisher：default-ipsec-log-publisher
• Log Responses：enable

TMSH

 create ltm profile dns-logging local_dns_logging_profile log-publisher default-ipsec-log-publisher enable-response-logging yes

更新dns profile

GUI

路径：DNS ›› Delivery : Profiles : DNS ›› Properties : dns

配置：

• Logging：enabled
• Logging Profile：local_dns_logging_profile

TMSH

modify ltm profile dns dns enable-logging yes log-profile local_dns_logging_profile 

测试

使用

for i in `seq 1000`;do sleep 1;dig @2.2.2.1 +short www.train10.com;done

发起访问，再通过System ›› Logs : Local Traffic查看日志，或者使用 tail -f /var/log/ltm进行查看。

6.6 手工恢复

在使用global availability的负载算法时候，会出现一个问题，假设最优解此时不可用了，则会使用第二个vs作为最优解，但如果第一个vs恢复，则dns解析结果又会变为第一个vs，这种情况，如果发生中断的应用无法从主站点和辅助站点之间复制数据，就可能出现数据错误问题，这时应该由管理员判断恢复时间，比如找一个流量最小的时候进行恢复，从而减小影响面。

示例

正常情况写解析的地址是A和X但是当两个vs失效，则会解析成B和Y，但是A和X的图标会变得不一样，A会变成黑色菱形，而X会变成红色菱形，此时如果A和X恢复，左侧的会继续解析成B，并且A的图标变成黑色圆形，但是右侧的会解析成X，并且X的图标会变成绿色圆形。

只有管理员手工恢复才能将A的图标变为绿色圆形。

配置位置

6.7 基于拓扑的负载

如果你的数据中心在多个国家或者大洲有建设，那么基于拓扑的负载均衡是最好的选择，你可以配置ip的地理位置，或者使用F5提供的地理信息数据，再或者你可以购买第三方的数据库，dns将会提供一个最近的vs作为最优解。

基于拓扑的负载均衡算法可以用于wide ip选择pool池，也可以应用在pool池选择vs的时候。

配置步骤：

• 创建一个区域（可选）
• 创建拓扑记录
• 将基于拓扑的负载均衡算法应用于wide IP或者pool

如果在wide IP选择一个pool池的时候，没有对应的拓扑记录，则会使用轮询的算法进行负载，如果在pool选一个vs的时候，没有找到对应的拓扑记录，则会使用alternate负载均衡算法。

big-ip 使用ip geolocation database存储ip地理信息，默认的数据库中提供ipv4的大洲、国家、市县、运营商和组织信息，提供ipv6的大洲和国家信息。

默认的数据库文件被存放在/usr/share/GeoIP/文件夹下，更新的话请参照http://downloads.f5.com，把下载的文件放置在/shared/GeoIP/文件夹中。

自定义记录

你还可以自定义，topology的记录存储在bigip_gtm.conf下。格式如下：

• an ldns request source statement
• a destination statement
• an operator
• a weight

其中source和destination可以是大洲、国家、运营商，子网等信息，operator可以填入is或者is not，weight作为权重，在多条记录同时被匹配上时weight值高的将会被选为最优解。

理解topology的匹配规则

拓扑记录的顺序取决于配置内容和是否打开了最长匹配。

最长匹配开启之后，为确保查询最快，会自动更改拓扑记录的顺序，将最最长匹配记录放在列表最顶端，而最短匹配放在底部。

选取过程

先根wide ip的配置去匹配拓扑数据destination信息，再通过operator（is OR is not）进行判断ldns ip是否满足source的配置，如果满足就得分，如果不满足就不得分，最后选择的跟高的条目作为最优解。

基于拓扑从wide ip中选pool

例子：

在这个例子中，wide ip 使用基于拓扑的负载均衡算法去选择最优解，当一个请求发来，会先根据wide ip的配置发现有两个pool池作为备选，分别是p1和p2，这时匹配到两个拓扑条目，再查找ldns ip是否是欧洲地址，在进行比较，如果是欧洲地址，则第一条得分高，返回vs1，如果不是欧洲地址，则第二条得分高，返回vs2。

上边这个配置是一个有问题的配置，我们来看一下，当一个请求发来，会先根据wide ip的配置发现有两个pool池作为备选，分别是p1和p2，这时匹配到两个拓扑条目，当ldns ip不是100.10.17.20的时候，第一条没有匹配上，所以不得分，第二条匹配上，所以得5分，所以第二条作为最优解。但是如果ldns ip 是100.10.17.20的时候，第一条匹配上，得4分，第二条因为是0.0.0.0/0，表示所有，所以第二条得5分，5分优于4分，所以依然会将第二条作为最优解，显然这不是我们想要的结果，我们只要调整第一条的score值到6，就可以避免这种情况出现。

再看下一个例子，这个例子的每一个score都是5，你通过上边相同的解析过程会发现ip为100.10.17.20的ldsn最优解会在p1、p2、p3中间轮询，而ip为100.10.17.0/24的ldsn最优解会在p2、p3中间轮询，其他的ldns最优解是p3。这样也是不符合预期的，我们应该将明细的score值调高，这样才能返回唯一的最优解。

基于拓扑从pool中选vs

选择过程和wide ip选择pool是一样的，如果ldns ip在150.0.0.0/8内，则选择seattle作为最优解，否则选择london作为最优解。

这个配置，由于它指定了，只有vs是10.10.18.0/24的，且ldns是美国的，才会得分，其他的都不能得分，所以美国的ldns解析的结果一定是在10.10.18.0/24这个范围内。其他地区的ldns解析的结果一定在10.10.19.0/24这个范围内。

实验

在实验之前需要在创建一个pool池，并且pool中包含至少两个vs，建议ttl配置成1，并将新建的train10_http2_pool关联到www.train10.com中。

create ltm pool gtm_a_80 members add 172.16.20.5:80 monitor gateway_icmp 

create ltm virtual gtm_a_80 destination 16.16.16.16:80 pool gtm_a_80 

create ltm virtual gtm_a_80_2 destination 17.17.17.17:80 pool gtm_a_80 

create gtm pool a train10_http2_pool ttl 1 members add  seattle_dns_server:/Common/gtm_a_80 seattle_dns_server:/Common/gtm_a_80_2  load-balancing-mode lowest-round-trip-time 

modify gtm wideip a www.train10.com pools add  train10_http2_pool 

创建一个topology记录

GUI

路径：DNS ›› GSLB : Topology : Records ›› New Topology...

配置：

TMSH

create gtm topology ldns: continent EU server: pool train10_http1_pool score 100

在创建一个非欧洲的解析到train10_http2_pool中。

create gtm topology ldns: not continent EU server: pool train10_http2_pool score 99

修改www.train10.com的负载均衡算法为Topology

modify gtm wideip a www.train10.com pool-lb-mode topology 

测试：

在centos2上使用

for i in `seq 1000`;do sleep 1;dig @2.2.2.1 +short www.train10.com;done

发现解析的地址在train10_http1_pool内，而在centos1上执行此命令，发现解析的地址在train10_http2_pool内。