LVS负载均衡集群服务搭建详解

Posted 2020-07-10 冯琪的博客

lvs-nat模型构建

1.lvs-nat模型示意图
本次构建的lvs-nat模型的示意图如下，其中所有的服务器和测试客户端均使用VMware虚拟机模拟，所使用的CentOS 7
VS内核都支持ipvs功能，且安装ipvsadm控制书写lvs规则工具。
RS端两台服务器为httpd服务器做请求的负载均衡。
注意：
1) 客户端可以使用Windows上的浏览器，会后缓存影响结果，所以采用CentOS上的curl命令请求http协议显示更加直观
2) DIP上不能配置iptables规则

2.VS网卡配置
(1)增加网卡
在"虚拟机设置"中增加一个网络适配器设备，并将其自定义特定网络为VMnet2模式，此处为了模拟负载均衡服务器的两张网卡处于不同网段

(2)配置VS两张网卡的IP地址

[[email protected] ~]# nmtui # CentOS 7 文本图形界面配置网卡命令
[[email protected] ~]# systemctl start network.service

注意：
网络适配器1(172.16.249.57)模拟为外网网卡，网络适配器2(192.168.100.1)模拟为内网，且该网卡的Ip地址要和RS服务器得ip在同一网段，DIP作为RIP的网络调度(网关)，无需配置GATEWAY

[[email protected]~]# ifconfig

3.RS网卡配置
此处使用两台CentOS 7虚拟机作为负载均衡后端真实响应主机，安装RPM包格式httpd服务，并启动服务。nmtui命令配置网卡信息，RS1的IP:192.168.100.2，RS2的IP:192.168.100.3，RIP和DIP在同一网段，虚拟机网卡和DIP同时匹配值为VMnet2模式，且两台RS服务器主机网关指向DIP：192.168.100.1

[[email protected]~]# yum install -y httpd
[[email protected] ~]# systemctl start httpd.service

注意：安装完成后在各httpd服务器上配置测试页面，/var/www/html/index.html.

[[email protected] ~]# nmtui # 配置方法同上，此处省略
… ...
[[email protected] ~]# systemctl start network.service
[[email protected]~]# ifconfig

4.测试所有主机是否能够通信
用ping命令测试各节点的通信，例如RIP1和VIP、DIP、RIP2之间是否能够通信

[[email protected] ~]# ping IPADDR

5.VS主机：核心转发和安装ipvsadm
(1)安装ipvsadm组件

[[email protected] ~]# yum install -y ipvsadm

(2)启动网卡间核心转发功能

[[email protected] ~]# sysctl -w net.ipv4.ip_forward=1
[[email protected]~]# cat /proc/sys/net/ipv4/ip_forward

6.VS主机：定义配置lvs-nat服务(此处采用rr算法)
(1)定义ipvsadm负载均衡集群规则，并查看
此处定义DIP是以-s指定为rr算法进行轮询调度，-m指定模式为lvs-nat，配置命令如下：

[[email protected]~]# ipvsadm -A -t 172.16.249.57:80 -s rr
[[email protected]~]# ipvsadm -a -t 172.16.249.57:80 -r 192.168.100.2:80 -m
[[email protected]~]# ipvsadm -a -t 172.16.249.57:80 -r 192.168.100.3:80 -m
[[email protected]~]# ipvsadm -L -n

(2)Client客户机测试
在客户端主机上使用curl命令对VIP发起请求，负载均衡服务器会将请求按照rr算法依次将请求调度给不同的主机进行处理，依次请求给分发给192.168.100.2和192.168.100.3主机响应。

[[email protected]~]# curl http://172.16.249.57

7.VS主机：定义配置lvs-nat服务(此处采用wrr算法)
(1)定义ipvsadm负载均衡集群规则，并查看
此处将在上面lvs-nat的rr的基础上进行修改，改成wrr加权轮询算法；将192.168.100.2的权重设置为1,192.168.100.3的权重设置为3。

[[email protected]~]# ipvsadm -E -t 172.16.249.57:80 -s wrr
[[email protected]~]# ipvsadm -e -t 172.16.249.57:80 -r 192.168.100.2 -w 1 -m
[[email protected]~]# ipvsadm -e -t 172.16.249.57:80 -r 192.168.100.3 -w 1 -m
[[email protected]~]# ipvsadm -L -n

(2)Client客户机测试
在客户端主机用curl发起请求，负载均衡主机VS会将其按照权重大小转发给各个主机，四个请求有三个发给了192.168.100.3请求响应，一个发给了192.168.100.2主机处理。并以此算法做轮询负载请求

[[email protected]~]# curl http://172.16.249.57

lvs-dr模型构建

1.lvs-dr模型示意图
三台主机为虚拟机CentOS 7，每台主机仅有一块网卡，且使用桥接方式都指向外部网络的网关172.16.100.1

2.配置VS和RS服务器的VIP
此处的VIP均已别名的形式配置在往卡上，VS是配置在对外通信的DIP的网卡上；RS配置在lo本地回环网卡
注意：此时配置的VIP的子网掩码必须为255.255.255.255，广播地址为自己本身

VS：[[email protected]~]# ifconfig eno16777736:0 172.16.50.50 netmask 255.255.255.255 broadcast172.16.50.50 up
RS：[[email protected]~]# ifconfig lo:0 172.16.50.50 netmask 255.255.255.255broadcast 172.16.50.50 up

3.RS服务器上配置路由

[[email protected]~]# route add -host 172.16.50.50 dev lo:0

4.RS服务器配置APR内核参数修改

[[email protected]~]# ll /proc/sys/net/ipv4/conf

(1)ARP响应行为和ARP解析行为内核参数：
1)arp_annouce定义通告级别
0：默认级别，将本地的任何接口上的配置的地址都在网络中通告
1：尽量避免向本主机上的其他网卡进行网络通信，特殊情况下其他接口也可以
2：总是使用最佳网络地址接口(仅使用定义的网卡接口在同网络通信)
2)arp_ignore定义响应级别(0-8九个级别)，响应时忽略方式
0：都全都响应
1：只对从本接口进入的请求响应，且本接口地址是个网络地址
… …
注释：一般使用arp_annouce=2，arp_ignore=1

(2)配置各RS主机参数
注意：all必须配置、eno16777736(本地)和lo两个可以同时全部配置或者配置其中一个
RealServer内核参数：

#echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_ignore
# echo 2 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_announce
#echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/conf/INTERFACE/arp_ignore
# echo 2 > /proc/sys/net/ipv4/conf/INTERFACE/arp_announce

注意：INTERFACE为你的物理接口；此处网卡接口指的是eno16777736和lo

5.VS主机：定义配置lvs-dr模式(此处采用rr算法)
(1)配置查看

[[email protected]~]# ipvsadm -A -t 172.16.50.50:80 -s rr
[[email protected]~]# ipvsadm -a -t 172.16.50.50:80 -r 172.16.200.10 -g
[[email protected]~]# ipvsadm -a -t 172.16.50.50:80 -r 172.16.200.11 -g
[[email protected]~]# ipvsadm -L -n

(2)测试

[[email protected]~]# curl http://172.16.50.50

因为基于rr算法调度，依次分发给RS主机

通过防火墙标记来定义lvs

1.FWM防火墙标记功能
防火墙标记可以实现多个集群服务绑定为同一个，实现统一调度；将共享一组RS的集群服务统一进行定义
FWM基于iptables的mangle表实现防护墙标记功能，定义标记做策略路由

2.FWM定义集群的方式
(1)在director上netfilter的mangle表的PREROUTING定义用于"打标"的规则

[[email protected]~]#iptables -t mangle -A PREROUTING -d $vip -p $protocol --dport $port -j MARK--set-mark #

$vip:VIP地址
$protocol：协议
$port:协议端口

(2)基于FWM定义集群服务：

[[email protected]~]#ipvsadm -A -f # -s scheduler

3.实例演示

[[email protected]~]# iptables -t mangle -A PREROUTING -d 172.16.50.50 -p tcp --dport 80 -j MARK--set-mark 5
[[email protected]~]# ipvsadm -A -f 5 -s rr
[[email protected]~]# ipvsadm -a -f 5 -r 172.16.200.10 -g
[[email protected]~]# ipvsadm -a -f 5 -r 172.16.200.11 -g

LVS持久连接功能：lvs persistence

1.lvs persistence功能
无论ipvs使用何种scheduler，其都能够实现在指定时间范围内始终将来自同一个ip地址的请求发往同一个RS；实现方式和lvs调度的十种算法无关，通过lvs持久连接模板(hash表)实现，当超过自定义的可持节连接时长候再根据LVS算法本身进行调度。
ipvsadm命令中-p选项实现，在-p后不指定具体数字(单位:秒)，默认为300，到时候会自动延长2分钟，对于web本身就是15秒

2.模式
(1)每端口持久(PPC)
客户端对同一服务端口发起请求，会基于该服务的端口实现请求在一段时间内对同一RS服务器持久连接；
例如：有两台主机做为RS服务器做http和hssh的两种服务的集群，仅http做每端口持久，Client请求会实现绑定在，但是22号端口请求不会绑定在同一台RS
(2)每客户端持久(PCC)：定义tcp或udp协议的0号端口为集群服务端口
director会将用户的任何请求都识别为集群服务，并向RS进行调度；同一客户端的请求任何端口都发往同一台第一次选定的RS服务器
(3)每防火墙标记持久(PFWMC)
将两个或两个以上服务通过防火墙打标绑定在一起，这些服务的请求实现同时定向与同一台RS服务器，服务绑定同一RS
实例：
lvs-dr模式下以rr算法绑定http和https服务

[[email protected]~]# iptables -t mangle -A PREROUTING -d 172.16.100.9 -p tcp --dport 80 -j MARK--set-mark 99
[[email protected]~]# iptables -t mangle -A PREROUTING -d 172.16.100.9 -p tcp --dport 443 -j MARK--set-mark 99
[[email protected]~]# ipvsadm -A -f 99 -s rr -p
[[email protected]~]# ipvsadm -a -f 99 -r 172.16.100.68 -g
[[email protected]~]# ipvsadm -a -f 99 -r 172.16.100.69 -g

附录：LVS-DR类型RS脚本示例

#!/bin/bash
#
vip=172.16.50.50
interface="lo:0"
case$1 in
start)
echo1 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_ignore
echo1 > /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_ignore
echo2 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_announce
echo2 > /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_announce
ifconfig$interface $vip broadcast $vip netmask 255.255.255.255 up
routeadd -host $vip dev $interface
;;
stop)
echo0 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_ignore
echo0 > /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_ignore
echo0 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_announce
echo0 > /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_announce
ifconfig$interface down
;;
status)
ififconfig lo:0 |grep $vip &> /dev/null; then
echo"ipvs is running."
else
echo"ipvs is stopped."
fi
;;
*)
echo"Usage: `basename $0` {start|stop|status}"
exit1
esac