随着互联网的飞速发展，传统的昂贵的大容量高性能服务器（F5 BIG-IP、Citrix NetScaler、A10）已经越来越应付不了日益增长的业务需求了，而高并发和负载均衡所带来的高可靠/高可用/低成本却完美的解决了传统服务器面临的一些问题。现在我们来简单聊聊高并发和负载均衡。

在上一讲中，我们弄清了访问一次网页时，里面所发生的的曲折动人的故事，那是我们一个客户端再向百度的服务器发送请求，而实际情况是百度要面临整个中国网民的访问和请求，如果依然将所有的服务都部署在一台服务器上，可想而知，那台服务器将要面临多大的压力，要具备多么强大的性能和带宽，由此我们引出高并发和负载均衡技术，并通过LVS来简单了解下它的原理。

LVS是 Linux Virtual Server 的简称，也就是Linux虚拟服务器。这是一个由章文嵩博士发起的一个开源项目，它的官方网是 http://www.linuxvirtualserver.org 现在 LVS 已经是 Linux 内核标准的一部分。使用 LVS 可以达到的技术目标是：通过 LVS 达到的负载均衡技术和 Linux 操作系统实现一个高性能高可用的 Linux 服务器集群，它具有良好的可靠性、可扩展性和可操作性。从而以低廉的成本实现最优的性能。LVS 是一个实现负载均衡集群的开源软件项目，LVS架构从逻辑上可分为调度层、Server集群层和共享存储。

LVS包含几个组成部分：

VIP：虚拟服务器地址

DIP：转发的网络地址

1.和RIP通信：ARP协议，获取Real Server的RIP：MAC地址

2.转发Client的数据包到RIP上（隐藏的VIP）

RIP：后端真实主机（后端服务器）

CIP：客户端IP地址

1.LVS的基本工作原理：

简单的说就是通过负载均衡器，接收海量的请求，然后根据后面的server端情况运行情况分发给不同的server进行处理，然后返回处理结果的过程。

2.下面我们具体说下LVS的三种具体负载模式：

2.1 LVS/NAT原理和特点：

(a). 当用户请求到达Director Server，此时请求的数据报文会先到内核空间的PREROUTING链。 此时报文的源IP为CIP，目标IP为VIP

(b). PREROUTING检查发现数据包的目标IP是本机，将数据包送至INPUT链

(c). IPVS比对数据包请求的服务是否为集群服务，若是，修改数据包的目标IP地址为后端服务器IP，然后将数据包发至POSTROUTING链。 此时报文的源IP为CIP，目标IP为RIP

(d). POSTROUTING链通过选路，将数据包发送给Real Server

(e). Real Server比对发现目标为自己的IP，开始构建响应报文发回给Director Server。 此时报文的源IP为RIP，目标IP为CIP

(f). Director Server在响应客户端前，此时会将源IP地址修改为自己的VIP地址，然后响应给客户端。 此时报文的源IP为VIP，目标IP为CIP

LVS-NAT模型的特性

• RS应该使用私有地址，RS的网关必须指向DIP
• DIP和RIP必须在同一个网段内
• 请求和响应报文都需要经过Director Server，高负载场景中，Director Server易成为性能瓶颈
• 支持端口映射
• RS可以使用任意操作系统
• 缺陷：对Director Server压力会比较大，请求和响应都需经过director server，试想，我们的所有数据的传输都要经过Director Server，如果产生高并发或者这中间的数据有视频等一些大的文件类型，那么势必会给Director Server非常大的压力

所以这种方法，并不适合真正的高并发和大访问量的企业，不过一般企业使用这个模式在企业内部使用以足够解决很多问题。

由此引出了我们的第二种负载模式：

2.2 LVS-DR的原理和特点：

重将请求报文的目标MAC地址设定为挑选出的RS的MAC地址

(a) 当用户请求到达Director Server，此时请求的数据报文会先到内核空间的PREROUTING链。 此时报文的源IP为CIP，目标IP为VIP

(b) PREROUTING检查发现数据包的目标IP是本机，将数据包送至INPUT链

(c) IPVS比对数据包请求的服务是否为集群服务，若是，将请求报文中的源MAC地址修改为DIP的MAC地址，将目标MAC地址修改RIP的MAC地址，然后将数据包发至POSTROUTING链。 此时的源IP和目的IP均未修改，仅修改了源MAC地址为DIP的MAC地址，目标MAC地址为RIP的MAC地址

(d) 由于DS和RS在同一个网络中，所以是通过二层来传输。POSTROUTING链检查目标MAC地址为RIP的MAC地址，那么此时数据包将会发至Real Server。

(e) RS发现请求报文的MAC地址是自己的MAC地址，就接收此报文。处理完成之后，将响应报文通过lo接口传送给eth0网卡然后向外发出。 此时的源IP地址为VIP，目标IP为CIP

(f) 响应报文最终送达至客户端

2. LVS-DR模型的特性

• 特点1：保证前端路由将目标地址为VIP报文统统发给Director Server，而不是RS
• RS可以使用私有地址；也可以是公网地址，如果使用公网地址，此时可以通过互联网对RIP进行直接访问
• RS跟Director Server必须在同一个物理网络中
• 所有的请求报文经由Director Server，但响应报文必须不能进过Director Server
• 不支持地址转换，也不支持端口映射
• RS可以是大多数常见的操作系统
• RS的网关绝不允许指向DIP(因为我们不允许他经过director)
• RS上的lo接口配置VIP的IP地址
• 缺陷：RS和DS必须在同一机房中（也就是必须在一个网段中）

3. 特点1的解决方案：

• 在前端路由器做静态地址路由绑定，将对于VIP的地址仅路由到Director Server
• 存在问题：用户未必有路由操作权限，因为有可能是运营商提供的，所以这个方法未必实用
• arptables：在arp的层次上实现在ARP解析时做防火墙规则，过滤RS响应ARP请求。这是由iptables提供的
• 修改RS上内核参数（arp_ignore和arp_announce）将RS上的VIP配置在lo接口的别名上，并限制其不能响应对VIP地址解析请求。

下面给出具体的配置方式：

配置拓扑：

•1，准备3台虚拟机

•2，先配置3台虚拟机的网络：

–eth0，配置在一个网段

•DIP,RIP在一个网段

•3，配置lvs的VIP

–ifconfig eth0:0 192.168.9.100/24

–echo “1” > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward

•4，调整RS的响应。通告级别（每一台RS都配）：

–echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/conf/eth0/arp_ignore

–echo 2 > /proc/sys/net/ipv4/conf/eth0/arp_announce

–echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_ignore

–echo 2 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_announce

•5，配置RS的VIP（每一台RS都配）

–ifconfig lo:8 192.168.9.100 netmask 255.255.255.255

•6，启动RS上的httpd

–yum install httpd -y

–/var/www/html

•vi index.html

•from ooxxip

–service httpd start

•客户端验证：RIP：80 能显示

–VIP：80不能显示

•7，LVS——ipvsadm

–yum install ipvsadm -y

–ipvsadm -A -t 192.168.9.100:80 -s rr

–ipvsadm -a -t 192.168.9.100:80 -r 192.168.9.12 -g

–ipvsadm -a -t 192.168.9.100:80 -r 192.168.9.13 -g

–ipvsadm -ln

–浏览器刷新: 访问vip

–ipvsadm –lnc

–netstat -natp

说下实现吧，当客户端向192.168.9.100发送请求时，LVS会先根据服务器使用情况，将请求分发给其后的Server（可能是node1节点也可能是node2节点），

命令ifconfig lo:8 192.168.9.100 netmask 255.255.255.255已将VIP配置为192.168.9.100

ipvsadm -a -t 192.168.9.100:80 -r 192.168.9.12 -g（将LVS与Server进行“绑定”）

如下图：我的配置为192.168.131.100，两个进行与运算结果仍然为192.168.131.100，所以

只能调用eth0,然后192.168.131.162与255.255.255.0与运算，结果为192.168.131.0，结果和从LVS返回结果一样，所以就实现了从server直接将结果返回给客户端的请求。（在刚开始工作时，这里也思考了很久，后期终于明白。。。。。。。）

下面说说异地部署（如果你的公司是一个面向全球建立数据中心的话）：

2.3 LVS-Tun的原理和特点：

在原有的IP报文外再次封装多一层IP首部，内部IP首部(源地址为CIP，目标IIP为VIP)，外层IP首部(源地址为DIP，目标IP为RIP)

(a) 当用户请求到达Director Server，此时请求的数据报文会先到内核空间的PREROUTING链。 此时报文的源IP为CIP，目标IP为VIP 。

(b) PREROUTING检查发现数据包的目标IP是本机，将数据包送至INPUT链

(c) IPVS比对数据包请求的服务是否为集群服务，若是，在请求报文的首部再次封装一层IP报文，封装源IP为为DIP，目标IP为RIP。然后发至POSTROUTING链。 此时源IP为DIP，目标IP为RIP

(d) POSTROUTING链根据最新封装的IP报文，将数据包发至RS（因为在外层封装多了一层IP首部，所以可以理解为此时通过隧道传输）。 此时源IP为DIP，目标IP为RIP

(e) RS接收到报文后发现是自己的IP地址，就将报文接收下来，拆除掉最外层的IP后，会发现里面还有一层IP首部，而且目标是自己的lo接口VIP，那么此时RS开始处理此请求，处理完成之后，通过lo接口送给eth0网卡，然后向外传递。 此时的源IP地址为VIP，目标IP为CIP

(f) 响应报文最终送达至客户端

LVS-Tun模型特性

• RIP、VIP、DIP全是公网地址
• RS的网关不会也不可能指向DIP
• 所有的请求报文经由Director Server，但响应报文必须不能进过Director Server
• 不支持端口映射
• RS的系统必须支持隧道

其实企业中最常用的是 DR 实现方式，而 NAT 配置上比较简单和方便，后边实践中会总结 DR 和 NAT 具体使用配置过程。

3.LVS结合keepalive

LVS可以实现负载均衡，但是不能够进行健康检查，比如一个rs出现故障，LVS 仍然会把请求转发给故障的rs服务器，这样就会导致请求的无效性。keepalive 软件可以进行健康检查，而且能同时实现 LVS 的高可用性，解决 LVS 单点故障的问题，其实 keepalive 就是为 LVS 而生的。

• Keepalived1 + lvs1(Director1)：192.168.0.48
• Keepalived2 + lvs2(Director2)：192.168.0.58
• Real server1：192.168.0.18
• Real server2：192.168.0.28
• IP: 192.168.0.38

Lvs + keepalived的2个节点安装

#yum install ipvsadm keepalived -y

Real server + nginx服务的2个节点安装

# yum install epel-release -y

# yum install nginx -y

设置配置脚本

Real server节点2台配置脚本：

# vim /usr/local/sbin/lvs_dr_rs.sh

#! /bin/bash

vip=192.168.0.38

ifconfig lo:0 $vip broadcast $vip netmask 255.255.255.255 up

route add -host $vip lo:0

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

2节点rs 上分别执行脚本：

bash /usr/local/sbin/lvs_dr_rs.sh

keepalived节点配置(2节点)：

主节点( MASTER )配置文件

vim /etc/keepalived/keepalived.conf

vrrp_instance VI_1 {

state MASTER

interface eth0

virtual_router_id 51

priority 100

advert_int 1

authentication {

auth_type PASS

auth_pass 1111

}

virtual_ipaddress {

192.168.0.38

}

}

virtual_server 192.168.0.38 80 {

delay_loop 6

lb_algo rr

lb_kind DR

persistence_timeout 0

protocol TCP

real_server 192.168.0.18 80 {

weight 1

TCP_CHECK {

connect_timeout 10

nb_get_retry 3

delay_before_retry 3

connect_port 80

}

}

real_server 192.168.0.28 80 {

weight 1

TCP_CHECK {

connect_timeout 10

nb_get_retry 3

delay_before_retry 3

connect_port 80

}

}

}

从节点( BACKUP )配置文件

拷贝主节点的配置文件keepalived.conf，然后修改如下内容：

state MASTER -> state BACKUP

priority 100 -> priority 90

keepalived的2个节点执行如下命令，开启转发功能：

# echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward

启动keepalive

<strong>先主后从分别启动keepalive</strong>

service keepalived start

验证结果

实验1

手动关闭192.168.0.18节点的nginx，service nginx stop 在客户端上去测试访问 http://192.168.0.38 结果正常，不会出现访问18节点，一直访问的是28节点的内容。

实验2

手动重新开启 192.168.0.18 节点的nginx， service nginx start 在客户端上去测试访问 http://192.168.0.38 结果正常，按照 rr 调度算法访问18节点和28节点。

实验3

测试 keepalived 的HA特性，首先在master上执行命令 ip addr ，可以看到38的vip在master节点上的；这时如果在master上执行 service keepalived stop 命令，这时vip已经不再master上，在slave节点上执行 ip addr 命令可以看到 vip 已经正确漂到slave节点，这时客户端去访问 http://192.168.0.38 访问依然正常，验证了 keepalived的HA特性。