LVS均衡负载之DR模式

  • 一、工作模式
  • (一)数据包流向分析
  • 第一步：
  • 第二步：
  • 第三步：
  • 第四步：
  • （二）DR模式的特点
  • 二、LVS-DR中的ARP问题
  • 问题一：
  • 问题二：
  • 三、案例环境
  • （一）部署NFS共享服务器
  • （二）配置节点服务器
  • 1.关闭防火墙
  • 2.配置虚拟 IP 地址（VIP：192.168.190.100）
  • 3.调整内核的ARP 响应参数以阻止更新 VIP 的MAC 地址，避免发生冲突
  • 4.快捷方式配置服务脚本执行配置
  • 5.配置网页服务
  • 1）Web节点服务器1：ens33：192.168.190.12 lo:0 (VIP)：192.168.190.100
  • 2）web2
  • 三、配置负载调度器
  • 1.关防火墙，加载ip_vs模块
  • 2.配置虚拟ip
  • 3.调整 proc 响应参数
  • 4.配置负载分配策略
  • 四、windows客户机访问登入验证


一、工作模式

直接路由:简称DR模式，采用半开放式的网络结构，与TUN模式的结构类似，但各节点并不是分散在各地，而是与调度器位于同一个物理网络。负载调度器与各个节点服务器通过本地网络连接，不需要建立专用的IP隧道

LVS转发 lvs转发不到后端节点_linux

(一)数据包流向分析

第一步：

客户端发送请求到 Director Server (负载均衡器），请求的数据报文到达内核空间。
1.数据报文

源 IP

客户端的 IP

目标 IP

------ VIP（虚拟ip地址）

源 MAC

------客户端的 MAC

目的 MAC

------ Director Server 的 MAC

第二步：

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。然后将数据包发送给根据负载均衡算法选择的 Real Server。（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）
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

第三步：

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，将响应报文通过 lo 接口传送给物理网卡然后向外发出
数据报文

源 IP

VIP

目标 IP

客户端的 IP

源 MAC

Real Server 的 MAC

目的 MAC

客户端的 MAC

第四步：

通过交换机和路由器将响应报文传送到客户端。客户端收到回复报文，得到想要的服务，但是不会知道是哪台服务器处理的

（二）DR模式的特点

  • 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 lo 接口配置 VIP 的 IP 地址。

二、LVS-DR中的ARP问题

问题一：

1.在LVS-DR负载均衡集群中，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。
解决思路：

  • 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。
解决方法：

  • 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

问题二：

1.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。
2.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

3.路由器收到ARP请求后，将更新ARP表项
4.原有的VIP对应Director的MAC地址会被更新为VIP对应RealServer的MAC地址
5.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。
  • 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

三、案例环境

调度服务器一台：
IP地址：192.168.190.11 ens33:0 (VIP)：192.168.190.100

Web服务器两台：
IP地址：192.168.190.12（Server1）lo:0 (VIP)：192.168.190.100
IP地址：192.168.190.13（Server2）lo:0 (VIP)：192.168.190.100

NFS共享服务器一台：
IP地址：192.168.190.14

客户机windows验证
192.168.190.5
此次搭建在同一局域网内，设置网络时不用网关和DNS，注释即可。如果不在同一网段，需要配置网关

（一）部署NFS共享服务器

NFS服务器：192.168.190.14

systemctl stop firewalld.service
systemctl disable firewalld.service
setenforce 0

yum -y install nfs-utils rpcbind

systemctl start rpcbind.service
systemctl start nfs.service
systemctl enable nfs.service
systemctl enable rpcbind.service

mkdir /opt/server1
mkdir /opt/server2

chmod 777 /opt/server1
chmod 777 /opt/server2

vim /etc/exports
/opt/test1 192.168.190.0/24(rw,sync)
/opt/test2 192.168.190.0/24(rw,sync)

systemctl restart nfs
systemctl restart rpcbind

exportfs -rv

（二）配置节点服务器

Web节点服务器1：ens33：192.168.190.12 lo:0 (VIP)：192.168.190.100
Web节点服务器2：ens33：192.168.190.13 lo:0 (VIP)：192.168.190.100
接下来是两台服务器相同的配置

1.关闭防火墙

systemctl stop firewalld.service
systemctl disable firewalld.service
setenforce 0

2.配置虚拟 IP 地址（VIP：192.168.190.100）

#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 ens33:0 来承载 VIP 地址，并为本机添加一条路有记录，将访问 VIP 的数据限制在本地，以避免通信紊乱。

vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-lo:0
DEVICE=lo:0
IPADDR=192.168.190.100
NETMASK=255.255.255.255
ONBOOT=yes

ifup lo:0
ifconfig lo:0

#设置临时的路由，重启失效；禁锢路由
route add -host 192.168.190.100 dev lo:0
#查看路由
route -n

#编写脚本开机自动添加路由，
vim /etc/rc.local
/sbin/route add -host 192.168.190.100 dev lo:0
chmod +x /etc/rc.d/rc.local

LVS转发 lvs转发不到后端节点_网络_02


LVS转发 lvs转发不到后端节点_网络_03

3.调整内核的ARP 响应参数以阻止更新 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

yum install -y nfs-utils rpcbind httpd
systemctl start rpcbind
systemctl enable rpcbind
systemctl start httpd.service
systemctl enable httpd.service

LVS转发 lvs转发不到后端节点_路由器_04

4.快捷方式配置服务脚本执行配置

vim dr.sh
#!/bin/bash
ifconfig lo:0 192.168.190.100 broadcast 192.168.190.100 netmask 255.255.255.255 up
route add -host 192.168.100.100 dev lo:0
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 

sh dr.sh

5.配置网页服务

1）Web节点服务器1：ens33：192.168.190.12 lo:0 (VIP)：192.168.190.100

showmount -e 192.168.190.14

mount.nfs 192.168.190.14:/opt/server1 /var/www/html  
  #或者设置自动挂载
vim /etc/fstab 
192.168.190.14:/opt/server1        /var/www/html   nfs     defaults,_netdev        0 0  

echo 'this is server1 !' > /var/www/html/index.html

LVS转发 lvs转发不到后端节点_网关_05

2）web2

showmount -e 192.168.190.14

mount.nfs 192.168.190.14:/opt/server2 /var/www/html 
echo 'this is server2 !' > /var/www/html/index.html

三、配置负载调度器

负载调度器：192.168.190.11 ens33:0 (VIP)：192.168.190.100 注意：网卡配置文件需要注释网关

LVS转发 lvs转发不到后端节点_路由器_06

1.关防火墙，加载ip_vs模块

systemctl stop firewalld.service 
systemctl disable firewalld.service 
setenforce 0

#加载ip_vs模块，并安装ipvsadm工具
modprobe ip_vs
cat /proc/net/ip_vs
yum install -y ipvsadm

2.配置虚拟ip

vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens33:0
DEVICE=ens33:0
ONBOOT=yes
IPADDR=192.168.190.100
NETMASK=255.255.255.255

ifup ens33:0
ifconfig ens33:0
或者
ifconfig ens33:0 192.168.190.100 broadcast 192.168.190.100 netmask 255.255.255.255 up

3.调整 proc 响应参数

#由于 LVS 负载调度器和各节点需要共用 VIP 地址，应该关闭Linux 内核的重定向参数响应，不充当路由器，

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 = 0

sysctl -p   #刷新加载

4.配置负载分配策略

ipvsadm-save > /etc/sysconfig/ipvsadm
或者
ipvsadm --save > /etc/sysconfig/ipvsadm

systemctl start ipvsadm.service

ipvsadm -C   #清除原有策略
ipvsadm -A -t 192.168.190.100:80 -s rr
ipvsadm -a -t 192.168.190.100:80 -r 192.168.190.12:80 -g   
ipvsadm -a -t 192.168.190.100:80 -r 192.168.190.13:80 -g

#查看节点状态，Route代表 DR模式
ipvsadm -ln

ipvsadm命令选项解析：
-C：清除内核虚拟服务器表中的所有记录
-A：添加虚拟服务器
-a：添加真实服务器
-t：指定VIP地址及TCP端口
-r：指定RIP地址及TCP端口
-s rr：启用轮询算法
-m：指定LVS的工作模式为NAT模式
-g：DR模式
-i：TUN模式

四、windows客户机访问登入验证

LVS转发 lvs转发不到后端节点_网关_07


LVS转发 lvs转发不到后端节点_网关_08