Linux之企业级调度器LVS

1，实验拓扑图：VS/NAT

1，全部基于Ansible主机操作

安装ipvsadm    基于光盘yum源

# yum install ipvsadm
# ipvsadm -A -t 172.22.145.146:80       添加集权主节点，VIP：PORT
# ipvsadm -Ln
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
    -> RemoteAddress:Port           Forward Weight ActiveConn InActConn
TCP  172.22.145.146:80 wlc  wlc算法实验看起来不明显

# ipvsadm -E -t 172.22.145.146:80 -s rr     修改算法为轮询
# ipvsadm -a -t 172.22.145.146:80 -r 172.16.36.10:8080 -m
# ipvsadm -a -t 172.22.145.146:80 -r 172.16.36.11:80 -m
# ipvsadm -Ln
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
    -> RemoteAddress:Port           Forward Weight ActiveConn InActConn
TCP  172.22.145.146:80 rr
    -> 172.16.36.10:8080            Masq    1      0          0         
    -> 172.16.36.11:80              Masq    1      0          0  
开启路由转发功能
# sysctl -a | grep forward 模糊查找路由功能
# vim /etc/sysctl.conf
        net.ipv4.ip_forward = 1
# sysctl -p 重读配置文件，使之生效

ipvsadm.service服务启动文件，其实就是保存配置和删除配置一样

start调用重载/sbin/ipvsadm-restore< /etc/sysconfig/ipvsadm
stop调用存储并删除集权规则 /sbin/ipvsadm-save -n > /etc/sysconfig/ipvsadm

[Unit]
Description=Initialise the Linux Virtual Server
After=syslog.target network.target

[Service]
Type=oneshot
ExecStart=/bin/bash -c "exec /sbin/ipvsadm-restore < /etc/sysconfig/ipvsadm"
ExecStop=/bin/bash -c "exec /sbin/ipvsadm-save -n > /etc/sysconfig/ipvsadm"
ExecStop=/sbin/ipvsadm -C
RemainAfterExit=yes

[Install]
WantedBy=multi-user.target

2，实验拓扑图：VS/DR

1,此环境Ansible作为路由器，配置只需开启路由转发功能，其余IP主机配置IP等地址省略，仅书写有关键配置项

# vim /etc/sysctl.conf
        net.ipv4.ip_forward = 1

LVS配置：

# cp /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens33{,:1}
# vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens33:1
        DEVICE="ens33:1"
        IPADDR=10.0.0.254
        PREFIX=30
        DEFROUTE=yes
        GATEWAY=10.0.0.253
# ipvsadm -A -t 10.0.0.254:80 -s rr
# ipvsadm -a -t 10.0.0.254:80 -r 172.16.36.10 -g -w 1
# ipvsadm -a -t 10.0.0.254:80 -r 172.16.36.11 -g -w 1

Web1配置和Web2配置相同

# cp /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens33{,:1}
# vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens33:1
        DEVICE="ens33:1"
        IPADDR=10.0.0.254
        PREFIX=30
        DEFROUTE=yes
        GATEWAY=10.0.0.253
# echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/conf/ens33/arp_ignore
# echo 2 > /proc/sys/net/ipv4/conf/ens33/arp_announce

注意事项：一定要最后一个重启LVS网卡，否则VIP会被客户端抢占。测试机会直接请求网内的SR主机上的VIP。

图示2：

图示2：如果路由器的R2口IP与内网在一个网段，VIP不和内网在一个网段时，DIP的网关（此网关肯定要写，写与内网在一个段的任何IP，只要有个默认路由收到包能转出去即可，后续回应客户机的请求与VS主机无关），RIP的网关一定要指向路由器R2口IP。VIP无网关。

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LVS介绍

LVS：Linux Virtual Server，负载调度器，内核集成，章文嵩（花名 正明）
官网：http://www.linuxvirtualserver.org/
        VS: Virtual Server，负责调度
        RS: Real Server，负责真正提供服务
L4：四层路由器或交换机
阿里的四层LSB(Server Load Balance)是基于LVS+keepalived实现
工作原理：
VS根据请求报文的目标IP和目标协议及端口将其调度转发至某RS，根据调度算法来挑选RS

netfilter

iptables/netfilter：
iptables：用户空间的管理工具
netfilter：内核空间上的框架
流入：PREROUTING --> INPUT
流出：OUTPUT --> POSTROUTING
转发：PREROUTING --> FORWARD --> POSTROUTING
DNAT：目标地址转换； PREROUTING

内核支持

[root@martinhe~]# grep -i -A 10 "IPVS" /boot/config-3.10.0-862.el7.x86_64
    # IPVS transport protocol load balancing support
    CONFIG_IP_VS_PROTO_TCP=y #开启tcp
    CONFIG_IP_VS_PROTO_UDP=y #开启udp
    CONFIG_IP_VS_PROTO_AH_ESP=y
    CONFIG_IP_VS_PROTO_ESP=y
    CONFIG_IP_VS_PROTO_AH=y
    CONFIG_IP_VS_PROTO_SCTP=y #

    # IPVS scheduler #默认支持的算法
    CONFIG_IP_VS_RR=m
    CONFIG_IP_VS_WRR=m
    CONFIG_IP_VS_LC=m
    CONFIG_IP_VS_WLC=m
    CONFIG_IP_VS_LBLC=m
    CONFIG_IP_VS_LBLCR=m
    CONFIG_IP_VS_DH=m
    CONFIG_IP_VS_SH=m
    CONFIG_IP_VS_SED=m

LVS集群体系结构

LVS概念

lvs集群类型中的术语：
    VS：Virtual Server，Director Server(DS)
        Dispatcher(调度器)，Load Balancer
    RS：Real Server(lvs), upstream server(nginx)
        backend server(haproxy)
    CIP：Client IP
    VIP: Virtual serve IP VS外网的IP
    DIP: Director IP VS内网的IP
    RIP: Real server IP
访问流程：CIP <--> VIP == DIP <--> RIP

lvs集群的类型

lvs: ipvsadm/ipvs
ipvsadm：用户空间的命令行工具，规则管理器
用于管理集群服务及RealServer
ipvs：工作于内核空间netfilter的INPUT钩子上的框架

**  lvs-nat**：修改请求报文的目标IP,多目标IP的DNAT
**  lvs-dr**：操纵封装新的MAC地址
**  lvs-tun**：在原请求IP报文之外新加一个IP首部
**  lvs-fullnat**：修改请求报文的源和目标IP

LVS-NAT模式：

本质是多目标IP的DNAT，通过将请求报文中的目标地址和目标端口修改为某挑出的RS的RIP和PORT实现转发
（1）RIP和DIP应在同一个IP网络，且应使用私网地址；RS的网关要指向DIP
（2）请求报文和响应报文都必须经由Director转发，Director易于成为系统瓶颈
（3）支持端口映射，可修改请求报文的目标PORT
（4）VS必须是Linux系统，RS可以是任意OS系统

LVS-DR模式：

LVS-DR：Direct Routing，直接路由，LVS默认模式,应用最广泛,通过为请求报文重新封装一个MAC首部进行转发，源MAC是DIP所在的接口的MAC，目标MAC是某挑选出的RS的RIP所在接口的MAC地址；源IP/PORT，以及目标IP/PORT均保持不变
（1） Director和各RS都配置有VIP
（2） 确保前端路由器将目标IP为VIP的请求报文发往Director
在前端网关做静态绑定VIP和Director的MAC地址
在RS上使用arptables工具
    arptables -A IN -d $VIP -j DROP
    arptables -A OUT -s $VIP -j mangle --mangle-ip-s $RIP
在RS上修改内核参数以限制arp通告及应答级别
    /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_ignore
    /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_announce
    （3）RS的RIP可以使用私网地址，也可以是公网地址；RIP与DIP在同一IP网络；RIP的网关不能指向DIP，以确保响应报文不会经由Director
    （4）RS和Director要在同一个物理网络
    （5）请求报文要经由Director，但响应报文不经由Director，而由RS直接发往Client
    （6）不支持端口映射（端口不能修败）
    （7）RS可使用大多数OS系统

LVS-TUN模式：

    转发方式：不修改请求报文的IP首部（源IP为CIP，目标IP为VIP），而在原IP报文之外再封装一个IP首部（源IP是DIP，目标IP是RIP），将报文发往挑选出的目标RS；RS直接响应给客户端（源IP是VIP，目标IP是CIP）
        (1) DIP, VIP, RIP都应该是公网地址
        (2) RS的网关一般不能指向DIP
        (3) 请求报文要经由Director，但响应不经由Director
        (4) 不支持端口映射
        (5) RS的OS须支持隧道功能

LVS-FULLNAT模式

lvs-fullnat：通过同时修改请求报文的源IP地址和目标IP地址进行转发
                CIP --> DIP
                VIP --> RIP
        (1) VIP是公网地址，RIP和DIP是私网地址，且通常不在同一IP网络；因此，RIP的网关一般不会指向DIP
        (2) RS收到的请求报文源地址是DIP，因此，只需响应给DIP；但Director还要将其发往Client
        (3) 请求和响应报文都经由Director
        (4) 支持端口映射
    注意：此类型kernel默认不支持

lvs-nat与lvs-fullnat：请求和响应报文都经由Director
        lvs-nat：RIP的网关要指向DIP
        lvs-fullnat：RIP和DIP未必在同一IP网络，但要能通信
lvs-dr与lvs-tun：请求报文要经由Director，但响应报文由RS直接发往Client
        lvs-dr：通过封装新的MAC首部实现，通过MAC网络转发
        lvs-tun：通过在原IP报文外封装新IP头实现转发，支持远距离通信

ipvs scheduler

ipvs scheduler：根据其调度时是否考虑各RS当前的负载状态
两种：静态方法和动态方法
静态方法：仅根据算法本身进行调度
        1、RR：roundrobin，轮询
        2、WRR：Weighted RR，加权轮询
        3、SH：Source Hashing，实现session sticky，源IP地址hash；将来自于同一个IP地址的请求始终发往第一次挑中的RS，从而实现会话绑定
        4、DH：Destination Hashing；目标地址哈希，第一次轮询调度至RS，后续将发往同一个目标地址的请求始终转发至第一次挑中的RS，典型使用场景是正向代理缓存场景中的负载均衡，如：宽带运营商
    动态方法：主要根据每RS当前的负载状态及调度算法进行调度Overhead=value 较小的RS将被调度
        1、LC：least connections 适用于长连接应用
        Overhead=activeconns*256+inactiveconns
        2、WLC：Weighted LC，默认调度方法
        Overhead=(activeconns*256+inactiveconns)/weight
        3、SED：Shortest Expection Delay,初始连接高权重优先
        Overhead=(activeconns+1)*256/weight
        4、NQ：Never Queue，第一轮均匀分配，后续SED
        5、LBLC：Locality-Based LC，动态的DH算法，使用场景：根据负载状态实现正向代理
        6、LBLCR：LBLC with Replication，带复制功能的LBLC，解决LBLC负载不均衡问题，从负载重的复制到负载轻的RS