企业级负载均衡LVS集群——DR模式下的（加权）轮询调度器、DR模式下的健康检测（ldirectord）

其他 2020-01-21 00:16:51 阅读次数: 0

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一、LVS的直接路由模式（DR模式）

1、DR模式的原理

在一主机上面搭建lvs服务器，设置lvs的工作模式是DR模式， lvs仅仅是一个调度器 ，调度器会把客户端的请求转发给后端服务器，DR模式 直接由后端服务器把数据返回给客户端，不需要逆向发送数据包，lvs专注只做调度就可，效率很高 ，此时 lvs调度器叫做DS调度器(director server) ，RS是真正的后端web服务器(real server)。

  • Client发送请求 --> DS(调度器) -->prerouting --> INPUT -->postrouting -->RS（真正的服务器）–>lo回环接口 --> 网卡eth0 -->Client（详细解释）
  • 数据在系统内的交流用的是回环接口，与外部的交流用的是网卡eth0
  • DR模式高效的原因：RS服务器会直接响应客户端的请求，发送的请求一直往前发送数据包，不会再逆向返回数据包给调度器。

2、DR模式中的名词解释

  • 源MAC地址： DS调度器的MAC地址
  • 目的MAC地址： RS真正服务器的MAC地址

3、DR模式的特点

  • DR模式中 所有请求报文都是由调度器（DS）进行调度 的，DS只处理入站请求，响应请求由RS完成。
  • RS的RIP和DS的DIP必须处于同一网段中，以便使用MAC地址进行通信。
  • RS上必须配置VIP（VIP：设置的统一入口，对外公布的ip，客户请求进来的ip）地址，以便接收DS转发过来的数据包，以及作为CIP（响应报文的源IP：客户端的IP）
  • DR模式不支持端口映射
  • DR模式改变的是MAC地址， MAC地址在第二层（数据链路层）还没有到IP所在的网络层，可能会有人恶意连接，一直发送数据包给一台后端服务器，不轮询，导致后端服务器瘫痪，但可以解决。

4、DR模式下的LVS调度器（轮询算法）

实验环境 ：

主机信息 主机的功能（服务）
真机172.25.7.250 客户端client
server1(172.25.7.1) lvs调度器（DS）
server2(172.25.7.2) 后端的web服务器1（RS）
server3(172.25.7.3) 后端的web服务器2（RS）

1、server1 ：lvs调度器
安装编写策略的工具ipvsadm服务 yum install ipvsadm -y

  • 注意：如果是6.5版本的yum源，需要搭建负载均衡的yum源才可以安装此服务

在这里插入图片描述

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2、ipvsadm -Ln 列出策略（查看调度策略）
3、添加策略：

  • 注意： -s表示调度算法，rr表示轮询，-g表示lvs调度器工作在DR模式
  • ipvsadm --help看到，共10种调度算法(详解)
ipvsadm -A -t 172.25.7.100:80 -s rr 
		#设置客户端进入lvs调度器的入口地址，调度算法是轮询
ipvsadm -a -t 172.25.7.100:80 -r 172.25.7.2:80 -g 
		# 设置lvs的策略：入口的第一台后端服务器的信息
ipvsadm -a -t 172.25.7.100:80 -r 172.25.7.3:80 -g
		# 设置lvs的策略：入口的第二台后端服务器的信息

4、ipvsadm -Ln 列出已添加策略（查看调度策略）
5、给调度器添加VIP： ip addr add 172.25.7.100/24 dev eth0
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6、在两台RS：server2、server3 上 ，配置VIP，且安装httpd服务
安装httpd ：yum install httpd -y
配置用户访问的入口地址 ： ip addr add 172.25.7.100/32 dev eth0

  • 注意：子网掩码为32是因为这个ip不对外，只有自己用
  • 在两RS上设置用户访问的入口地址的原因：为了RS（后端web服务器）可以直接给客户端发送资源，不需要再返回给调度器，因为客户端访问的是入口地址，如果不使用入口地址给客户发送资源，客户端可能不会接收这个数据包。如果直接在客户端curl 172.25.7.100发现客户端要不到资源。因为DR工作模式是：client->lvs->rs->client， 由后端服务器端直接送回资源给客户端，但是客户端问172.25.7.100要的资源，后端服务器直接把资源给客户端，客户端不会识别 ，因此要在两个后端服务器上面设置入口地址。
    在这里插入图片描述
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7、在两台RS：server2、server3 上 ，编写共享页面

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server2

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server3

8、在两台RS：server2、server3 上，开启httpd服务

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9、在LVS服务器上，查看调度策略

ipvsadm -l #  做解析，慢
ipvsadm -nl #  不做解析，快

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10、 在真机上测试：curl 172.25.7.100 在真机上测试，发现客户端发出请求，通过调度器访问web资源的时候，会一直向同一个web服务器（server3）要资源，并 没有实现轮询。

arp -an | grep 172.25.7.100 , 可以看到默认缓存的是server3的mac地址在这里插入图片描述

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11、arp -d 172.25.7.100 清除缓存 再次测试，没有实现轮询。

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  • 注意：此时客户端访问资源有时候轮询，有时候不轮询，出现这样的现象是为什么呢？

因为DR模式是通过 修改MAC地址 进行访问的，调度器和两台web服务器上都有172.25.7.100这个入口地址VIP，所以客户端在请求的时候，三台虚拟机都有可能回复请求，客户端会记录回复他的那台虚拟机的mac地址，所以下次在访问的时候他会找记录过的mac地址对应的虚拟机（有可能是真实的服务器）直接访问，这在现实中是 不允许 的，因为 如果请求全部发往后端某一台真正的服务器的话，这台服务器会因为压力过大而宕机。而且，直接访问后端的真正的服务器，我们的server1（LVS调度器）也就没有起到作用，并没有实现真正意义上的负载均衡，这也是DR模式的一个缺点。这就类似于DDOS攻击，有可能会导致后端服务器瘫痪，造成用户不能正常访问资源。

现在解决DR模式不轮询的问题：

  • 因为客户端第一次访问172.25.7.100的时候server1,server2,server3均可以接收客户端的请求，这个是随机的，有可能不会经过lvs调度器，客户端直接问web服务器要资源。 在两个web后端上进行设置，防止ddos攻击。

方法一：添加arptable策略解决

12、在 server2 上，安装针对MAC地址的防火墙管理工具 yum install -y arptables

  • arptables：用户空间工具,用来 管理 linux内核中的ARP规则表. 这些规则用来检查ARP帧.arptables类似于iptables,但没有那么复杂.iptables工作于ip层,用于对ip包进行管理.arptables工作与arp协议层,用于对arp数据帧进行管理.arptables可以像iptables那样对arp数据帧进行各种规则设置,可以ACCEPT,DROP等
  • arptables -nL 可查看设置的访问规则
  • man arptable 可查看设置规则

在这里插入图片描述
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13、设置规则：

arptables -A INPUT -d 172.25.7.100 -j DROP		
		##添加策略，让目的地址为172.25.7.100的访问不能到达RS，丢弃客户端的直接访问
		## -d, --destination [!] address[/mask]目的地址
		## -j, --jump target跳到目标

arptables -A OUTPUT -s 172.25.7.100 -j mangle --mangle-ip-s 172.25.7.2	
		##让返回的数据来自server2  172.25.7.2使自己以172.25.7.100的身份发送资源给客户端
cat /etc/sysconfig/arptables                #查看规则
arptables-save > /etc/sysconfig/arptables	#保存策略
cat /etc/sysconfig/arptables                #再次查看
systemctl start arptables.service           #重启服务
systemctl status arptables.service

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server3（后端服务器）同理

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此时，server2和server3不会接受客户端的请求了，每次客户端的访问只能由LVS调度器接受，即每次客户端只能通过lvs调度器去找web1和web2服务

14、在真机上测试：curl 172.25.7.100 实现了轮询。

在这里插入图片描述

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当客户端（172.25.7.250）发送数据包给LVS调度器（172.25.7.100） 的时候（源地址172.25.7.250——>>目的地址172.25.7.100）,此时LVS会将源MAC地址变为LVS服务器的MAC地址，将目的MAC地址变为web服务器的MAC地址，然后就实现调度了.直接去找目标MAC地址，然后找web服务器，web服务器直接将数据返回给客户端（IP地址全程不变）

方法二 ： 配置内核参数

  • arp_ignore 和 arp_announce 参数都和 ARP协议 相关，主要 用于控制系统返回arp响应和发送arp请求时的动作。这两个参数很重要，特别是在LVS的DR场景下，它们的配置直接影响到DR转发是否正常。
  • arp_ignore参数的作用：控制系统在收到外部的arp请求时，是否要返回arp响应。1：只响应目的IP地址为接收网卡上的本地地址的arp请求
  • arp_announce的作用：控制系统在对外发送arp请求时，如何选择arp请求数据包的源IP地址。2：忽略IP数据包的源IP地址，选择该发送网卡上最合适的本地地址作为arp请求的源IP地址
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


sysctl -p

5、DR模式下的LVS调度器（加权轮询算法）

在轮询算法LVS调度器的基础上，更改调度策略：

1、ipvsadm -C 清空策略
2、 添加策略：

ipvsadm -A -t 172.25.7.100:80 -s wrr 
		#设置客户端进入lvs调度器的入口地址，调度算法是加权轮询
ipvsadm -a -t 172.25.7.100:80 -r 172.25.7.2:80 -g -w 1
		# 设置lvs的策略：入口的第一台后端服务器的信息，加权为1
ipvsadm -a -t 172.25.7.100:80 -r 172.25.7.3:80 -g -w 2
		# 设置lvs的策略：入口的第二台后端服务器的信息，加权为2

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3、arp -d 172.25.7.100 清除缓存 再次测试，实现了加权轮询
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二、DR模式下的健康检测（Idirectord）

  • ldirectord对lvs策略的动态维护：ldirectord是监视集群节点(真实服务器)，并从集群中自动移除节点，我们需要使用ldirectord程序，这个程序在启动时自动建立IPVS表(不用手动建立了)，然后监视集群节点的健康情况，在发现失效节点时将其自动从IPVS表中移除。

背景 ： 之前DR模式下的LVS，我们都是假设后端服务器是可以正常工作。但对于一台后端服务器来说，它不可能永远是可以使用的，有自己的寿命或者会出现其它问题。当lvs集群中的一台后备服务器挂了之后，为了不影响客户的正常访问，应该将它从集群当中踢出去，让客户不再轮询访问。

模拟问题 ：关闭server2的httpd服务，一个web挂了，会影响客户的访问。

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现在使用ldirectord这个插件可以解决此问题。

1、在 LVS调度器 （server1）上， 配置 高可用的yum源

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2、从真机得到 ldirectord-3.9.5-3.1.x86_64.rpm

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3、安装此插件： yum install -y ldirectord-3.9.5-3.1.x86_64.rpm

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4、rpm -qpl ldirectord-3.9.5-3.1.x86_64.rpm 查看配置文件的路径
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5、cp /usr/share/doc/ldirectord-3.9.5/ldirectord.cf /etc/ha.d

6、vim /etc/ha.d/ldirectord.cf 编辑设置信息

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virtual=172.25.7.100:80
        real=172.25.7.2:80 gate			##两个后端rs
        real=172.25.7.3:80 gate
        fallback=127.0.0.1:80 gate		##两个rs都挂了，就访问调度器自己的80端口
        service=http
        scheduler=rr				##轮询算法
        #persistent=600
        #netmask=255.255.255.255
        protocol=tcp
        checktype=negotiate
        checkport=80
        request="index.html"
        #receive="Test Page"
        #virtualhost=www.x.y.z

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7、更改策略为：轮询算法

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8、开启服务：systemctl start ldirectord

  • 在企业6中， /etc/init.d/ldirectord start脚本方式启动服务

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9、在客户端测试：

1）server2和server3都正常时，轮询。
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2） 模拟server2挂掉，发现此服务器是否被IPVS表移出，以及客户端测试的内容全来自server3
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10、在server2和server3都挂了的情况下，LVS调度器也可以作为临时服务器，但是一般时间很短。
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yum install -y httpd
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草莓啾啾啾
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