LVS负载均衡群集再相遇之DR模式+Keepalived

Posted 2021-09-03 28线不知名云架构师

一、LVS-DR集群概述

LVS-DR（Linux Virtual Server Director Server）工作模式，是生产环境中最常用的一 种工作模式。

1.1、DR模式工作原理

LVS-DR 模式，Director Server 作为群集的访问入口，不作为网关使用，节点 Director Server 与 Real Server 需要在同一个网络中，返回给客户端的数据不需要经过 Director Server。为了响应对整个群集的访问，Director Server 与 Real Server 都需要配置 VIP 地址

1.2、LVS-DR数据包流量分析（同一局域网）

客户端向目标VIP发送请求，负载均衡器接收
负载均衡器根据负载均衡算法选择后端真实服务器，不修改也不封装IP报文，而是将数据帧的MAC地址改为后端真实服务器的MAC地址，然后在局域网上发送
后端真实服务器收到这个帧，解封装后发现目标IP与本机匹配（事先绑定了VIP），于是处理这个报文。随后重新封装报文，将响应报文通过lo接口传送给物理网卡然后向外发出
客户端将收到回复报文。客户端认为得到正常的服务，而不会知道是哪一台服务器处理的
如果跨网段，则报文通过路由器经由 internet 返回给用户

1.3 Keepalived概述

• 支持故障自动切换（Failover）
• 支持节点健康状态检查（Health Checking）
• 判断LVS负载调度器、节点服务器的可用性，当master主机出现故障及时切换到backup节点保证业务正常，当 master 故障主机恢复后将其重新加入群集并且业务重新切换回 master 节点。

1.4、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（虚拟路由冗余协议）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份组，通过共用的虚拟IP地址对外提供服务
• 每个热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，则其他路由器会根据设置的优先级自动接替虚拟IP地址，继续提供服务

二、DR模式+keepalived实操

2.1、DR模式配置

2.1.1、配置环境

lvs1：ens33:192.168.152.130
	      ens33:0：192.168.152.152
lvs2：ens33:192.168.152.129
	      ens33:0：192.168.152.152
web1：ens33:192.168.152.128
	      lo:0：192.168.152.152
web2：ens33:192.168.152.127
	      lo:0：192.168.152.152
client：192.168.152.12

#首先四台虚拟机都先统一一下时钟服务器
yum install ntp -y
yum -y install ntpdate ntp
ntpdate ntp.aliyun.com

2.1.2 配置lvs服务器：

第一台lvs服务器：
[root@lvs1 ~]# yum -y install ipvsadm keepalived
[root@lvs1 ~]# modprobe ip_vs 
[root@lvs1 ~]# 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

##配置VIP
[root@lvs1 ~]# cd /etc/sysconfig/network-scripts/
[root@lvs1 network-scripts]# cp -p ifcfg-ens33 ifcfg-ens33:0

[root@lvs1 network-scripts]# vim ifcfg-ens33:0
#删除原本内容，添加以下内容

DEVICE=ens33:0
ONBOOT=yes
IPADDR=192.168.152.152
NETMASK=255.255.255.255

[root@lvs1 network-scripts]# ifup ens33:0
#开启虚拟网卡
[root@lvs1 network-scripts]# ifconfig ens33:0
ens33:0: flags=4163<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST>  mtu 1500
        inet 192.168.152.152  netmask 255.255.255.255  broadcast 192.168.152.152
        ether 00:0c:29:16:8d:76  txqueuelen 1000  (Ethernet)
        
# 设置proc参数，关闭linux内核参数，关闭转发和重定向
[root@lvs1 network-scripts]# cd
[root@lvs1 ~]# vim /etc/sysctl.conf
#调整内核参数，在后面插入以下内容

net.ipv4.ip_forward = 0 #关闭路由转发
net.ipv4.conf.all.send_redirects = 0 # 关闭所有重定向
net.ipv4.conf.default.send_redirects = 0 #关闭默认重定向
net.ipv4.conf.ens33.send_redirects = 0 #关闭ens33网卡重定向

[root@lvs1 ~]# sysctl -p
#刷新内核文件
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

#开启ipvsadm
[root@lvs1 ~]# ipvsadm-save > /etc/sysconfig/ipvsadm
#启动负载均衡策略
[root@lvs1 ~]# systemctl start ipvsadm
#开启服务
[root@lvs1 ~]# systemctl status ipvsadm
● ipvsadm.service - Initialise the Linux Virtual Server
   Loaded: loaded (/usr/lib/systemd/system/ipvsadm.service; disabled; vendor preset: disabled)
   Active: active (exited) since 五 2021-07-30 23:52:24 CST; 10s ago

#用脚本创建ipvsadm规则
[root@lvs1 ~]# cd /opt
[root@lvs1 opt]# vim gz.sh
#配置负载均衡分配策略

#!/bin/bash
ipvsadm -C
ipvsadm -A -t 192.168.152.152:80 -s rr
ipvsadm -a -t 192.168.152.152:80 -r 192.168.152.128:80 -g
ipvsadm -a -t 192.168.152.152:80 -r 192.168.152.127:80 -g
ipvsadm

[root@lvs1 opt]# chmod +x gz.sh 
[root@lvs1 opt]# bash gz.sh 
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
  -> RemoteAddress:Port           Forward Weight ActiveConn InActConn
TCP  lvs1:http rr
  -> 192.168.152.127:http         Route   1      0          0         
  -> 192.168.152.128:http         Route   1      0          0        

第二台lvs服务器：
[root@lvs2 ~]# yum -y install ipvsadm keepalived
[root@lvs2 ~]# modprobe ip_vs
[root@lvs2 ~]# 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
[root@lvs2 ~]# cd /etc/sysconfig/network-scripts
[root@lvs2 network-scripts]# cp -p ifcfg-ens33 ifcfg-ens33:0
[root@lvs2 network-scripts]# vim ifcfg-ens33:0
DEVICE=ens33:0
ONBOOT=yes
IPADDR=192.168.152.152
NETMASK=255.255.255.255
[root@lvs2 network-scripts]# vim /etc/sysctl.conf
net.ipv4.ip_forward = 0 #关闭路由转发
net.ipv4.conf.all.send_redirects = 0 # 关闭所有重定向
net.ipv4.conf.default.send_redirects = 0 #关闭默认重定向
net.ipv4.conf.ens33.send_redirects = 0 #关闭ens33网卡重定向

[root@lvs2 network-scripts]# ipvsadm-save > /etc/sysconfig/ipvsadm
[root@lvs2 network-scripts]# systemctl start ipvsadm
[root@lvs2 network-scripts]# vim /opt/gz.sh
#!/bin/bash
ipvsadm -C
ipvsadm -A -t 192.168.152.152:80 -s rr
ipvsadm -a -t 192.168.152.152:80 -r 192.168.152.128:80 -g
ipvsadm -a -t 192.168.152.152:80 -r 192.168.152.127:80 -g
ipvsadm

[root@lvs2 network-scripts]# chmod +x /opt/gz.sh
[root@lvs2 network-scripts]# bash /opt/gz.sh 
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
  -> RemoteAddress:Port           Forward Weight ActiveConn InActConn
TCP  192.168.152.152:http rr
  -> 192.168.152.127:http         Route   1      0          0         
  -> 192.168.152.128:http         Route   1      0          0         

2.1.3 配置web服务器:

web1服务器:
[root@web1 ~]# cd /etc/sysconfig/network-scripts/
[root@web1 network-scripts]# cp -p ifcfg-lo ifcfg-lo:0
[root@web1 network-scripts]# vim ifcfg-lo:0

DEVICE=lo:0
IPADDR=192.168.152.152
NETMASK=255.255.255.255
# If you're having problems with gated making 127.0.0.0/8 a martian,
# you can change this to something else (255.255.255.255, for example)
ONBOOT=yes

[root@web1 network-scripts]# ifup lo:0
[root@web1 network-scripts]# ifconfig lo:0
lo:0: flags=73<UP,LOOPBACK,RUNNING>  mtu 65536
        inet 192.168.152.152  netmask 255.255.255.255
        loop  txqueuelen 1000  (Local Loopback)

#禁锢路由
[root@web1 network-scripts]# route add -host 192.168.152.152 dev lo:0
[root@web1 network-scripts]# route -n
Kernel IP routing table
Destination     Gateway         Genmask         Flags Metric Ref    Use Iface
0.0.0.0         192.168.152.2   0.0.0.0         UG    0      0        0 ens33
0.0.0.0         192.168.152.2   0.0.0.0         UG    102    0        0 ens33
169.254.0.0     0.0.0.0         255.255.0.0     U     1002   0        0 ens33
192.168.122.0   0.0.0.0         255.255.255.0   U     0      0        0 virbr0
192.168.152.0   0.0.0.0         255.255.255.0   U     102    0        0 ens33
192.168.152.152 0.0.0.0         255.255.255.255 UH    0      0        0 lo
#这里也可以进入配置文件进行永久的禁锢路由
[root@web1 network-scripts]# vim /etc/rc.local
#在最后一行添加如下内容即可
/sbin/route add -host 192.168.152.152 dev lo:0

#下载安装httpd
[root@web1 ~]# yum install -y httpd
[root@web1 ~]# vim /etc/sysctl.conf
#调整内核的ARP响应参数以阻止更新VIP的MAC地址，避免冲突

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

[root@web1 ~]# 
[root@web1 ~]# sysctl -p
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

[root@web1 ~]# systemctl start httpd
#开启服务
[root@web1 ~]# vim /var/www/html/index.html

<html>
<body>
<meta http-equiv="Content-Type" content="text/html;charset=utf-8">
<h1>this is web1</h1>
</body>
</html>

web2服务器：
[root@web2 ~]# cd /etc/sysconfig/network-scripts/
[root@web2 network-scripts]# cp -p ifcfg-lo ifcfg-lo:0
[root@web2 network-scripts]# vim ifcfg-lo:0
DEVICE=lo:0
IPADDR=192.168.152.152
NETMASK=255.255.255.255
# If you're having problems with gated making 127.0.0.0/8 a martian,
# you can change this to something else (255.255.255.255, for example)
ONBOOT=yes

[root@web2 network-scripts]# ifup ifcfg-lo:0
[root@web2 network-scripts]# ifconfig lo:0
[root@web2 network-scripts]# route add -host 192.168.152.152 dev lo:0
[root@web2 network-scripts]# route -n
Kernel IP routing table
Destination     Gateway         Genmask         Flags Metric Ref    Use Iface
0.0.0.0         192.168.152.2   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
192.168.152.0   0.0.0.0         255.255.255.0   U     100    0        0 ens33
192.168.152.152 0.0.0.0         255.255.255.255 UH    0      0        0 lo
[root@web2 network-scripts]# 
[root@web2 ~]# yum install -y httpd
[root@web1 ~]# 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

[root@web1 ~]# 
[root@web1 ~]# sysctl -p
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

[root@web2 ~]# systemctl start httpd
[root@web2 ~]# vim /var/www/html/index.html

<html>
<body>
<meta http-equiv="Content-Type" content="text/html;charset=utf-8">
<h1>this is web2</h1>
</body>
</html>

2.1.4 进行测试轮询是否成功

此时可以在浏览器上查看网页（不断刷新），同时在负载调度器上实时观察

[root@lvs1 ~]# watch -n 1 ipvsadm -Lnc

 

 2.2 部署安装Keepalived

第一台lvs服务器：
[root@lvs1 ~]# vim /etc/keepalived/keepalived.conf

global_defs {              #定义全局参数
      router_id lvs1       #热备组内的设备名称不能一致，备设为lvs2
}
vrrp_instance vi_1 {       #定义VRRP热备实例参数
      state MASTER         #指定热备状态，主为master，备为backup
      interface ens33      #指定承载vip地址的物理接口
      virtual_router_id 51 #指定虚拟路由器的ID号，每个热备组保持一致
      priority 110                 #指定优先级，数值越大越优先,备设为100
      advert_int 1
      authentication {
           auth_type PASS
           auth_pass 6666
 }
virtual_ipaddress {        #指定集群VIP地址
      192.168.152.152
}     
}     
#指定虚拟服务器地址vip，端口，定义虚拟服务器和web服务器池参数
virtual_server 192.168.152.152 80 {
      lb_algo rr                        #指定调度算法，轮询（rr）
      lb_kind DR                        #指定集群工作模式，直接路由DR
      persistence_timeout 6             #健康检查的间隔时间
      protocol TCP                      #应用服务采用的是TCP协议
#指定第一个web节点的地址，端口                  
real_server 192.168.152.128 80 {                
      weight 1                          #节点权重
      TCP_CHECK {                               
          connect_port 80               #添加检查的目标端口
          connect_timeout 3             #添加连接超时
          nb_get_retry 3                #添加重试次数
          delay_before_retry 3  #添加重试间隔
   }
}
#指定第二个web节点的地址，端口
real_server 192.168.152.127 80 {
      weight 1
      TCP_CHECK {
          connect_port 80
          connect_timeout 3
          nb_get_retry 3
          delay_before_retry 3
   }
}
}

[root@lvs1 ~]# systemctl start keepalived.service
#开启服务
[root@lvs1 ~]# systemctl status keepalived.service 
● keepalived.service - LVS and VRRP High Availability Monitor
   Loaded: loaded (/usr/lib/systemd/system/keepalived.service; disabled; vendor preset: disabled)
   Active: active (running) since 六 2021-07-31 01:13:04 CST; 47s ago

第二台lvs服务器：
[root@lvs2 ~]# vim /etc/keepalived/keepalived.conf

global_defs {              #定义全局参数
      router_id lvs2       #热备组内的设备名称不能一致，备设为lvs2
}
vrrp_instance vi_1 {       #定义VRRP热备实例参数
      state MASTER         #指定热备状态，主为master，备为backup
      interface ens33      #指定承载vip地址的物理接口
      virtual_router_id 51 #指定虚拟路由器的ID号，每个热备组保持一致
      priority 100         #指定优先级，数值越大越优先,备设为100
      advert_int 1
      authentication {
           auth_type PASS
           auth_pass 6666
 }
virtual_ipaddress {        #指定集群VIP地址
      192.168.152.152
}     
}     
#指定虚拟服务器地址vip，端口，定义虚拟服务器和web服务器池参数
virtual_server 192.168.152.152 80 {
      lb_algo rr                        #指定调度算法，轮询（rr）
      lb_kind DR                        #指定集群工作模式，直接路由DR
      persistence_timeout 6             #健康检查的间隔时间
      protocol TCP                      #应用服务采用的是TCP协议
#指定第一个web节点的地址，端口                  
real_server 192.168.152.128 80 {                
      weight 1                          #节点权重
      TCP_CHECK {                               
          connect_port 80               #添加检查的目标端口
          connect_timeout 3             #添加连接超时
          nb_get_retry 3                #添加重试次数
          delay_before_retry 3  #添加重试间隔
   }
}
#指定第二个web节点的地址，端口
real_server 192.168.152.127 80 {
      weight 1
      TCP_CHECK {
          connect_port 80
          connect_timeout 3
          nb_get_retry 3
          delay_before_retry 3
   }
}
}


[root@lvs2 ~]# systemctl start keepalived.service
[root@lvs2 ~]# systemctl status keepalived.service
● keepalived.service - LVS and VRRP High Availability Monitor
   Loaded: loaded (/usr/lib/systemd/system/keepalived.service; disabled; vendor preset: disabled)
   Active: active (running) since 六 2021-07-31 01:17:06 CST; 6s ago

2.2.1 模拟lvs1 故障，测试vip是否自己选择漂移

此时在LVS-02上用“ip a”看不到VIP地址，假设LVS-01发生故障（关闭keepalived），再查看LVS-02的IP地址详细信息

 这时候输入命令使lvs1宕机，查看效果：

可以看到lvs的地址变化，VIP 已经从主漂移到了备上面，证明成功