集群（二）——LVS-DR-Keepalived

  • 一、LVS-DR数据包流量分析（同一局域网）
  • 二、LVS-DR中的ARP问题
  • 三、解决ARP的两个问题的设置方法
  • 四、LVS-DR处理问题后的流量分析
  • 五、LVS-DR 特性
  • 六、Keepalived
    • 1、Keepalived
    • 2、Keepalived实现原理剖析
  • 七 、案例：LVS-DR-Keepalived部署
    • 1、环境准备
    • 2、LVS调度服务器配置（主-备）
    • 3、web站点服务器配置
      • ①、配置虚拟IP地址
      • ②、调整内核的ARP响应参数以阻止更新VIP的MAC地址，避免冲突
    • 4、部署keepalived（主-备）
    • 5、使用客户机访问

一、LVS-DR数据包流量分析（同一局域网）

  1. 客户端向目标VIP发送请求，负载均衡器接收
  2. 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
  3. 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
  4. 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
  5. 如果跨网段，则报文通过路由器经由 internet 返回给用户

二、LVS-DR中的ARP问题

  • 1、在LVS-DR负载均衡集样中，负载均衡与节点服务器都要配置相同的VIP地址。
  • 2、在局域网中具有相同的IP地址，势必会造成各服务器ARP通信的紊乱。
    当ARP广播发送到LVS-DR集群时，因为负载均衡器和节点服务器都是连接到相同网络上，它们都会接收到ARP广播。只有前端的负载均衡器进行响应，其他节点服务器不应该响应ARP广播。
  • 3、对节点服务器进行处理，使其不响应针对VIP的ARP请求。
    使用虚接口 lo:0 承载VIP地址设置内核参数 arp_ignore=1：系统只响应目的IP为本地 IP 的ARP请求
  • 4、RealServer返回报文(源IP是VIP)经路由器转发，重新封装报文时,需要先获取路由器的MAC地址。
  • 5、发送ARP请求时，Linux默认使用IP包的源IP地址(即VIP)作为ARP请求包中的源IP地址，而不使用发送接口的IP地址如：ens33
  • 6、路由器收到ARP请求后，将更新ARP表项
  • 7、原有的VIP对应Director的MAC地址会被更新为VIP对应RealServer的MAC地址
  • 8、路由器根据ARP表项，会将新来的请求报文转发给Realserver，导致Director的VIP失效
    • 解决方法：对节点服务器进行处理，设置内核参数 arp_announce=2：系统不使用IP包的源地址来设置ARP请求的源地址，而选择发送接口的IP地址。

三、解决ARP的两个问题的设置方法

修改 /etc/sysctl.conf 文件
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

四、LVS-DR处理问题后的流量分析

  • 客户端发送请求到Director server (负载均衡器)，请求的数据报文(源IP是CIP，目标IP是VIP)到达内核空间。
  • Director Server和Real server在同一个网络中，数据通过二层数据链路层来传输。
  • 内核空间判断数据包的目标I是本机VIP，此时IPVS (IP虚拟服务器)比对数据包请求的服务是否是集群服务，是集群服务就重新封装数据包。修改源MAC地址为Director Server的MAC地址，修改目标MAC地址为Real Server的MAC地址，源IP地址与目标IP地址没有改变，然后将数据包发送给Real Server。
  • 到达Real server的请求报文的MAC地址是自身的MAC地址，就接收此报文。数据包重新封装报文(源IP地址为VIP，目标IP为CIP)，将响应报文通过 lo 接口传送给物理网卡然后向外发出。
  • Real Server 直接将响应报文传送到客户端。

五、LVS-DR 特性

  • Director Server和Real Server必须在同一-个物理网络中。
  • Real Server可以使用私有地址，也可以使用公网地址。如果使用公网地址，可以通过互联网对RIP进行直接访问。
  • Director Server作为群集的访问入口，但不作为网关使用。
  • 所有的请求报文经由Director Server，但回复响应报文不能经过Director Server
  • Real Server的网关不允许指向Director Server IP，即Real Server发送的数据包不允许经过Director Server。
  • Real Server上的10接口配置VIP的IP地址。

六、Keepalived

1、Keepalived

  • 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。

2、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

七 、案例：LVS-DR-Keepalived部署

1、环境准备

服务器 IP地址配置 需要的工具
主负载调度器（Director1） ens33：192.168.163.10 ipvsadm、keepalived
备负载调度器（Director2） ens33：192.168.163.20 ipvsadm、keepalived
web服务器1 192.168.184.40 ens33：192.168.184.40
lo:0 (VIP)：192.168.184.100 		rpcbind、httpd
web服务器2 192.168.184.50 ens33：192.168.184.50
lo:0 (VIP)：192.168.184.100 		rpcbind、httpd
centos客户端 192.168.184.60 web浏览器
centos客户端 192.168.184.70 web浏览器

2、LVS调度服务器配置（主-备）

systemctl stop firewalld.service
setenforce 0yum -y install ipvsadm keepalived
modprobe ip_vs     #加载ip_vs模块
cat /proc/net/ip_vs  #查看ip_vs版本信息cd /etc/sysconfig/network-scripts/
cp -p ifcfg-ens33 ifcfg-ens33:0
vim ifcfg-ens33:0
DEVICE=ens33:0
ONBOOT=yes
IPADDR=192.168.184.100
NETMASK=255.255.255.255ifup ens33:0
ifconfig ens33:0#调整proc响应参数
#由于LVS负载均衡器和各节点需要共用vip地址，应该关闭linux内核的重定向响应参数，不充当路由器（转发、重定向）
vim /etc/sysctl.conf
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 = 0sysctl -p#配置负载分配策略
ipvsadm-save > /etc/sysconfig/ipvsadm
systemctl start ipvsadmvim /opt/dr.sh
#!/bin/bash
ipvsadm -C
ipvsadm -A -t 192.168.184.10:80 -s rr       #这里指定的虚拟IP为ens33网卡ip，重启keepliaved后会自动绑定虚拟网卡
ipvsadm -a -t 192.168.184.10:80 -r 192.168.184.40:80 -g
ipvsadm -a -t 192.168.184.10:80 -r 192.168.184.50:80 -g
ipvsadmipvsadm -Lnc



3、web站点服务器配置

①、配置虚拟IP地址

此地址仅用做发送Web响应数据包的源地址，并不需要监听客户机的访问请求（改由调度器监听并分发）
因此使用虚接口 lo:0 来承载VIP地址，并为本机添加一条路由记录，将访问VIP的数据限制在本地，以避免通信紊乱。

cd /etc/sysconfig/network-scripts/
cp -p ifcfg-lo ifcfg-lo:0
vim ifcfg-lo:0
DEVICE=lo:0
ONBOOT=yes
IPADDR=192.168.184.100
NETMASK=255.255.255.255ifup lo:0
ifconfig lo:0route add -host 192.168.184.100 dev lo:0   #禁锢路由
route -n    #查看路由#配置启动管理执行路由禁锢
vim /etc/rc.local
/sbin/route add -host 192.168.184.100 dev lo:0yum -y install httpd

②、调整内核的ARP响应参数以阻止更新VIP的MAC地址，避免冲突

vim /etc/sysctl.confnet.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 = 2sysctl -psystemctl start httpdweb1:
vim /var/www/html/index.html
<html>
<body>
<meta http-equiv="Content-Type" content="text/html;charset=utf-8">
<h1>成功不是将来才有的，是从你决定去做的那一刻起，持续积累来的！！</h1>
</body>
</html>web2:
vim /var/www/html/index.html
<html>
<body>
<meta http-equiv="Content-Type" content="text/html;charset=utf-8">
<h1>解决问题的唯一办法，就是让自己变得更强大！！</h1>
</body>
</html>


4、部署keepalived（主-备）

cd /etc/keepalived/
cp keepalived.conf keepalived.conf.bak
vim keepalived.conf
global_defs {             #定义全局参数router_id lvs_01
}
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backupinterface 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advert_int 1authentication {auth_type PASSauth_pass 6666}
virtual_ipaddress {        #指定集群VIP地址192.168.184.100
}
}
#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 192.168.184.100 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DRpersistence_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 192.168.184.40 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 192.168.184.50 80 {weight 1TCP_CHECK {connect_port 80connect_timeout 3nb_get_retry 3delay_before_retry 3}
}
}systemctl restart keepalived

5、使用客户机访问


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