前言

以往，Octavia 通过 HAProxy + Keepalived 的组合来提供高可用的 TCP、HTTP、HTTPS 和 TERMINATED_HTTPS 负载均衡服务。HAProxy 是一个著名的 L4-L7 负载均衡器，功能非常强大，但细心的你或许会发现 HAProxy 的官方定义是 HAProxy as TCP and HTTP proxy，这暗示着 “Not UDP”。没错，HAProxy does not support UDP load balancing。

UDP 协议经常被作为处理音频、视频数据流以及其他实时应用中的传输层，在物联网（IoT）、边缘计算等领域中被广泛使用。为了满足这些场景的需求，在最新发布的 Rocky 版本中，Octavia 加入了 keepalived_lvs Driver 支持 UDP 负载均衡。

UDP 简述

实际上 UDP 在并入 TCP/IP 协议族的时候，就是作为 IP 协议的第四层抽象而存在的，IP 的协议单元叫做 IP 数据报，UDP 的名字正是来源于此 —— 用户数据报协议。其中 “用户” 便有了端到端的意思。起初 UDP 只是作为 TCP 的补充存在，应用于一些无需维护连接，无需维护状态的场合，然而随着 TCP 越来越复杂，随着复杂性越来越往上层转移，很多应用程序开始在 UDP 之上自行处理连接状态，数据序列等，这样便可以自行控制好复杂度，比较典型的是 DTLS 协议（SSL 的 UDP 版本）以及 OpenVPN。

UDP 作为 TCP 的补充而存在，是无连接、不可靠、无序、无流量控制的传输层协议。协议上的无连接性指的是一个 UDP 的 Endpoint1(IP, PORT)，可以向多个 UDP 的 Endpointi(IP, PORT) 发送数据包，也可以接收来自多个 UDP 的 Endpointi(IP, PORT) 的数据包。

功能验证

网络拓扑

在这里插入图片描述

资源对象清单

[root@control01 ~]# openstack loadbalancer list
+--------------------------------------+------+----------------------------------+-------------+---------------------+----------+
| id                                   | name | project_id                       | vip_address | provisioning_status | provider |
+--------------------------------------+------+----------------------------------+-------------+---------------------+----------+
| 4352c8af-1e9f-490d-a524-f303e7c9e98c | lb1  | 26a66ccfb7f04862a446e26aa4959d31 | 10.0.0.12   | ACTIVE              | amphora  |
+--------------------------------------+------+----------------------------------+-------------+---------------------+----------+

[root@control01 ~]# openstack loadbalancer listener list
+--------------------------------------+--------------------------------------+--------------+----------------------------------+----------+---------------+----------------+
| id                                   | default_pool_id                      | name         | project_id                       | protocol | protocol_port | admin_state_up |
+--------------------------------------+--------------------------------------+--------------+----------------------------------+----------+---------------+----------------+
| 6286ed6f-ec53-4182-ac5d-bedeb918e124 | 132bd0f0-2d71-4a6b-b322-317e5420a914 | listener_udp | 26a66ccfb7f04862a446e26aa4959d31 | UDP      |          1234 | True           |
+--------------------------------------+--------------------------------------+--------------+----------------------------------+----------+---------------+----------------+

[root@control01 ~]# openstack loadbalancer pool list
+--------------------------------------+----------+----------------------------------+---------------------+----------+--------------+----------------+
| id                                   | name     | project_id                       | provisioning_status | protocol | lb_algorithm | admin_state_up |
+--------------------------------------+----------+----------------------------------+---------------------+----------+--------------+----------------+
| 132bd0f0-2d71-4a6b-b322-317e5420a914 | pool_udp | 26a66ccfb7f04862a446e26aa4959d31 | ACTIVE              | UDP      | ROUND_ROBIN  | True           |
+--------------------------------------+----------+----------------------------------+---------------------+----------+--------------+----------------+

[root@control01 ~]# openstack loadbalancer healthmonitor list
+--------------------------------------+--------+----------------------------------+-------------+----------------+
| id                                   | name   | project_id                       | type        | admin_state_up |
+--------------------------------------+--------+----------------------------------+-------------+----------------+
| ee22ec1b-7290-490a-8386-aee793cc7e76 | hm_udp | 26a66ccfb7f04862a446e26aa4959d31 | UDP-CONNECT | True           |
+--------------------------------------+--------+----------------------------------+-------------+----------------+

[root@control01 ~]# openstack loadbalancer member list pool_udp
+--------------------------------------+----------+----------------------------------+---------------------+--------------+---------------+------------------+--------+
| id                                   | name     | project_id                       | provisioning_status | address      | protocol_port | operating_status | weight |
+--------------------------------------+----------+----------------------------------+---------------------+--------------+---------------+------------------+--------+
| 71a338d7-f9e2-4cef-8c74-db561b8fde7d | member-2 | 26a66ccfb7f04862a446e26aa4959d31 | ACTIVE              | 192.168.1.3  |          1234 | ONLINE            |      1 |
| 32728ce4-14b2-453f-9313-c1562dfe054b | member-1 | 26a66ccfb7f04862a446e26aa4959d31 | ACTIVE              | 192.168.1.16 |          1234 | ONLINE            |      1 |
+--------------------------------------+----------+----------------------------------+---------------------+--------------+---------------+------------------+--------+

验证

Amphorae 中的 octavia-keepalivedlvs-6286ed6f-ec53-4182-ac5d-bedeb918e124.conf 配置文件内容：

# Configuration for Loadbalancer 4352c8af-1e9f-490d-a524-f303e7c9e98c
# Configuration for Listener 6286ed6f-ec53-4182-ac5d-bedeb918e124

net_namespace amphora-haproxy

virtual_server 10.0.0.12 1234 {
    lb_algo rr
    lb_kind NAT
    protocol UDP
    delay_loop 3
    delay_before_retry 60
    retry 3


    # Configuration for Pool 132bd0f0-2d71-4a6b-b322-317e5420a914
    # Configuration for HealthMonitor ee22ec1b-7290-490a-8386-aee793cc7e76
    # Configuration for Member 32728ce4-14b2-453f-9313-c1562dfe054b
    real_server 192.168.1.16 1234 {
        weight 1
        delay_before_retry 60
        retry 3
        MISC_CHECK {
            misc_path "/var/lib/octavia/lvs/check/udp_check.sh 192.168.1.16 1234"
            misc_timeout 3
        }
    }

    # Configuration for Member 71a338d7-f9e2-4cef-8c74-db561b8fde7d
    real_server 192.168.1.3 1234 {
        weight 1
        delay_before_retry 60
        retry 3
        MISC_CHECK {
            misc_path "/var/lib/octavia/lvs/check/udp_check.sh 192.168.1.3 1234"
            misc_timeout 3
        }
    }

}

Amphorae 中的 IPVS 规则：

root@amphora-e8b5a075-59a5-4fe3-9df1-603a64bb9b6f:~# ipvsadm
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
  -> RemoteAddress:Port           Forward Weight ActiveConn InActConn
UDP  10.0.0.12:1234 rr
  -> 192.168.1.3:1234             Masq    1      0          0
  -> 192.168.1.16:1234            Masq    1      0          0

在 member-1/2 启动 nc udp server：

[root@member-1 ~]# nc -ul 192.168.1.16 1234

[root@member-2 ~]# nc -ul 192.168.1.3 1234

通过 nc 客户端在外部访问 LB VIP 的 Floating IP 两次：

[root@control01 ~]# nc -u -w 1 172.24.4.5 1234 < file.txt
[root@control01 ~]# nc -u -w 1 172.24.4.5 1234 < file.txt

查看 Members 得知两次请求分别轮询到 member-1/2 接受处理了：

[root@member-1 ~]# nc -ul 192.168.1.16 1234
aaaaaaaaaaaaaaaaaaa


[root@member-2 ~]# nc -ul 192.168.1.3 1234
aaaaaaaaaaaaaaaaaaa

Octavia UDP LB Working !!

TS

Amphorae UDP 包被非法篡改

因为我是在 VMware 环境做的试验，所以所谓解决 OpenStack 启动虚拟机 Booting from Hard Disk 文件，将 Amphorae image 的网卡属性修改为 e1000 了。但是 Member image 因为没有遇见这个问题所以依旧使用的是 virtio 驱动。这导致了从 Amphorae 发出去的 UDP 包会被自动填充 “0” 然后被 OVS 判定为非法数据包，以至于将其拦截。开始使用 workaround 的方式是将两个 Amphorae 与两个 Members 通讯端口的安全组关闭掉之后是能够正常通信的。

openstack port set --no-security-group --disable-port-security <port_id>

后来将 Amphorae Image 的属性修改为 virtio 也就解决这个问题了。

存疑

Member 的网关不需要手动指向 DIP 也能正常工作？
octavia-keepalivedlvs-6286ed6f-ec53-4182-ac5d-bedeb918e124.conf 的 VIP 和 DIP VRRP instance 在什么地方定义的？
为什么 Members 的 operating_status 在一段时候后会被置为 Error？

这个问题，回头在分析实现、调试代码的时候重点关注吧。

Octavia Rocky UDP 负载均衡功能试验

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前言

UDP 简述

功能验证

网络拓扑

资源对象清单

验证

TS

Amphorae UDP 包被非法篡改

存疑

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