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LVS-DR群集

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LVS-DR群集

一、LVS-DR的工作原理

1. LVS-DR数据包流向分析

为方便进行原理分析，将Client与群集机器放在同一网络中，数据包流经的路线为1-2-3-4
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  1. 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。
  2. 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。
  3. 内核空间判断数据包的目标IP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。
  4. 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。
  5. Real Server直接将响应报文传送到客户端。

2. IP包头及数据帧头信息的变化

  1. Client向目标VIP发出请求，Director（负载均衡器）接收
    img

此时请求的数据报文
源 IP —— 客户端的 IP（CIP）
目标 IP —— VIP
源 MAC —— 客户端的 MAC
目的 MAC —— Director Server 的 MAC

  1. Director根据负载均衡算法选择Real Sever_1，不修改也不封装IP报文，而是将数据帧的MAC地址改为Real Server_1的MAC地址，然后在局域网上发送
    img
    此时请求的数据报文
    源 IP —— 客户端的 IP
    目标 IP —— VIP
    源 MAC —— Director Server 的 MAC
    目的 MAC —— Real Server 的 MAC

  2. Real Server_1收到这个数据帧，解封装后发现目标IP与本机匹配（Real Server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
    img
    此时请求的数据报文
    源 IP —— VIP
    目标 IP —— 客户端的 IP（CIP）
    源 MAC —— Real Server 的 MAC
    目的 MAC —— 客户端的 MAC

  3. Client将收到回复报文。Client认为得到正常的服务，而不会知道是哪一台服务器处理的。
    注意：如果跨网段，则报文通过路由器经由Internet返回给用户。

3. DR模式的特点

  1. Director Server和Real Server必须在同一个物理网络中。
  2. 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。
  3. Director Server作为群集的访问入口，但不作为网关使用。
  4. 所有的请求报文经由Real Server，但回复响应报文不能经过Director Server。
  5. 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。
  6. Real Server上的lo接口配置VIP的IP地址、

4.LVS-DR中的ARP问题

（1）ARP问题1-相同IP

在LVS-DR负载均衡集群中，负载均衡器与节点服务器都要配置相同的VIP地址。
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。

（2）ARP问题1的解决思路及方法

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的网络上，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。
对节点服务器进行处理，使其不响应针对VIP的ARP请求。

  1. 使用虚接口lo:0承载VIP地址；
  2. 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）。

（3）ARP问题2-响应报文的源IP

Real Server返回报文（源IP是VIP）经由路游记转发，重新封装报文时，需要先获取路由器的MAC地址。
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接口，如ens33接口。
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路由器根据ARP表项，会将新来的请求报文转发给Real Server，导致Director的VIP失效。
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（4）ARP问题2的解决方法

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）

（5）解决ARP两个问题的设置方法

修改/etc/sysctl.conf文件，末行添加如下内容：

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
  1. arp_ignore = 1
    防止网关路由器发送ARP广播时，调度器和节点服务器都进行相应，导致ARP缓存表的紊乱，不对非本地物理网卡IP的ARP请求进行响应，因为VIP是承载在lo:0。
  2. arp_announce = 2
    系统不使用响应数据包的源IP地址（VIP）来作为本机进行ARP请求报文的源IP地址，而使用发送报文的物理网卡IP地址作为ARP请求报文的源IP地址，这样可以防止网关路由器接收到源IP地址为VIP的ARP请求报文后又更新ARP缓存表，导致外网再发送请求时，数据包到不了调度器。

二、LCS-DR的部署过程

1. 案例环境

为了进一步提高公司的负载能力，公司决定扩展现有的网站平台，基于LVS构筑负载均衡群集。考虑到群集的访问效率，管理员准备采用LVS群集的DR模式，共享存储设备存放在内部专有网络中。

2. 服务器IP配置

DR服务器：192.168.159.11
Web服务器1:192.168.159.13
Web服务器2:192.168.159.14
VIP服务器：192.168.159.188
nfs服务器：192.168.159.12

3. 配置负载调度器（192.168.159.11）

  1. 关闭防火墙，安装ipvsadm
systemctl stop firewalld
setenforce 0

modprobe ip_vs
yum install -y ipvsadm
  1. 配置虚拟IP地址
cd /etc/sysconfig/network-scripts
cp ifcfg-ens33 ifcfg-ens33:0
#若是隧道模式，复制为ifcfg-tun10
vim ifcfg-ens33:0
 
DEVICE=ens33:0
ONBOOT=yes
IPADDR=192.168.159.188
NETMASK=255.255.255.255

ifup ens33:0
ifconfig ens33:0

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  1. 调整proc响应系统
    由于LVS负载调度器和各节点需要共用VIP地址，需要关闭icmp的重定向，不充当路由器。
vim /etc/sysctl.conf
#末行写入以下内容，关闭路由转发以及重定向参数
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 = 0
 
sysctl -p  #加载使其生效
  1. 配置负载分配策略
ipvsadm-save >/etc/sysconfig/ipvsadm #开启ipvsadm服务之前保存策略到/etc/sysconfig/目录下
systemctl start ipvsadm #开启ipvsadm服务
ipvsadm -C #清空策略
ipvsadm -A -t 192.168.159.188:80 -s rr #添加虚拟服务器并指定VIP地址，指定负载调度算法rr
#若隧道模式，-g替换为-i
ipvsadm -a -t 192.168.159.188:80 -r 192.168.159.13:80 -g #添加节点服务器，-r指定RIP，-g表示DR模式
ipvsadm -a -t 192.168.159.188:80 -r 192.168.159.14:80 -g
ipvsadm #加载策略     
ipvsadm -ln #查看节点状态，Route代表DR模式

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4.部署共享存储（192.168.159.12）

systemctl stop firewalld
setenforce 0
yum install -y nfs-utils rpcbind
mkdir /opt/test1 /opt/test2 #创建目录
chmod 777 /opt/test1 /opt/test2 #赋权
echo "This is test1 web" > /opt/test1/index.html #创建新建目录下的网页文件
echo "This is test2 web" > /opt/test2/index.html
vim /etc/exports #设置共享目录，并给与权限
 
/usr/share *(ro,sync)
/opt/test1 192.168.159.0/24(rw,sync)
/opt/test2 192.168.159.0/24(rw,sync)
 
systemctl start rpcbind #先开启rpcbind，再开启nfs
systemctl start nfs
showmount -e #发布共享
exportfs -rv

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5. 配置节点服务器（192.168.159.13/192.168.159.14）

（1）web_server1(192.168.159.13)

  1. 关闭防火墙
systemctl stop firewalld
setenforce 0
systemctl status firewalld #查看防火墙状态
  1. 配置虚拟IP地址（VIP：192.168.159.188）
    此地址仅用作发送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 ifcfg-lo ifcfg-lo:0 #复制并重命名
vim ifcfg-lo:0
 
DEVICE=lo:0
ONBOOT=yes
IPADDR=192.168.159.188
NETMASK=255.255.255.255
#注意：子网掩码必须全为1
 
ifup lo:0 #重启虚拟网卡并查看
ifconfig lo:0

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route add -host 192.168.159.188 dev lo:0 #临时添加路由
vim /etc/rc.local 永久添加路由
#末行添加，加入开机自启动
/usr/sbin/route add -host 192.168.159.188 dev lo:0

chmod +x /etc/rc.d/rc.local
  1. 调整内核的ARP响应参数以组织更新VIP的MAC地址，避免发生冲突
vim /etc/sysctl.conf 
 
net.ipv4.conf.lo.arp_ignore = 1 #系统只响应目的IP为本地IP的ARP请求
net.ipv4.conf.lo.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
net.ipv4.conf.all.arp_ignore = 1
net.ipv4.conf.all.arp_announce = 2
 
sysctl -p 

 
或者
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
sysctl -p
  1. 安装服务，进行nfs挂载
yum install -y nfs-utils rpcbind httpd
systemctl start rpcbind
systemctl start nfs
systemctl start httpd
mount.nfs 192.168.159.12:/opt/test1 /var/www/html #挂载到共享存储
cat /var/www/html/index.html

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（2）web_server2(192.168.122.14)同上

安装服务，进行nfs挂载

yum install -y nfs-utils rpcbind httpd
systemctl start rpcbind
systemctl start nfs
systemctl start httpd
mount.nfs 192.168.159.12:/opt/test2 /var/www/html
cat /var/www/html/index.html

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浏览器访问测试

在客户端使用浏览器访问 http://192.168.159.188
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