• Lvs+keepAlived实现负载均衡高可用集群（DR实现）

    第1章 LVS 简介

    1.1 LVS介绍

    LVS是Linux Virtual Server的简写，意为Linux虚拟服务器，是虚拟的服务器集群系统，可在UNIX/LINUX平台下实现负载均衡集群功能。该项目在1998年5月由章文嵩博士组织成立，是国内最早出现的自由软件项目之一

    官网：http://www.linuxvirtualserver.org/index.html

    中文资料：
LVS项目介绍          http://www.linuxvirtualserver.org/zh/lvs1.html
LVS集群的体系结构    http://www.linuxvirtualserver.org/zh/lvs2.html
LVS集群中的IP负载均衡技术    http://www.linuxvirtualserver.org/zh/lvs3.html
LVS集群的负载调度    http://www.linuxvirtualserver.org/zh/lvs4.html

    简单一句话，当并发超过了Nginx上限，就可以使用LVS了。
    日1000-2000W PV或并发请求1万以下都可以考虑用Nginx。
    大型门户网站，电商网站需要用到LVS。

    1.1.1 LVS内核模块ip_vs介绍

    早在2.2内核时，IPVS就已经以内核补丁的形式出现

    从2.4.23版本开始，IPVS软件就合并到Linux内核常用版本的内核补丁的集合

    从2.4.24以后IPVS已经成为Linux官方标准内核的一部分

    说明：

    LVS无需安装

    安装的是管理工具，第一种叫ipvsadm，第二种叫keepalive

    ipvsadm是通过命令行管理，而keepalive读取配置文件管理

    后面我们会用Shell脚本实现keepalive的功能

    第2章 LVS集群搭建

    2.1 环境准备

    主机名

    主机IP

    备注

    lb03

    10.0.0.15

    01.Cent0S7.4系统，内存512M

    02.防火墙firewall和Selinux关闭

    03.web03和web04只安装Nginx软件，并满足

    curl http://10.0.0.17/页尾得到结果为web03

    curl http://10.0.0.18/页尾得到结果为web04

    lb04

    10.0.0.16

    web03

    10.0.0.17

    web04

    10.0.0.18

    2.1 安装ipvsadm管理工具

     1 lsmod |grep ip_vs #查看系统的LVS模块->默认没有加载模块，需安装管理工具才会激活 2 yum -y install ipvsadm 

    查看当前LVS状态，顺便激活LVS内核模块

    1 [root@lb03 ~]# ipvsadm -ln
2 IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
3 Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
4   -> RemoteAddress:Port           Forward Weight ActiveConn InActConn
5 [root@lb03 ~]# lsmod|grep ip_vs
6 ip_vs                 141092  0
7 nf_conntrack          133387  1 ip_vs
8 libcrc32c              12644  3 xfs,ip_vs,nf_conntrack

    注意ipvsadm -ln作用：健康检查，即当某台web服务器出现问题时LVS将自动踢出；等恢复后再添加进来

    2.1.1 ①在eth0网卡绑定VIP地址(高可用)

     1 ip addr add 10.0.0.13/24 dev eth0 #lb服务的IP地址可扩展性较差，故使用VIP地址(删除del；显示show) 

    2.1.2 ②清除当前所有LVS规则

     1 ipvsadm -C 

    2.1.3 ③设置tcp、tcpfin、udp链接超时时间(s)

     1 ipvsadm --set 30 5 60 #控制浏览器与lb01的超时时间 

    2.1.4 ④添加虚拟服务，调度算法见man ipvsadm

     1 ipvsadm -A -t 10.0.0.13:80 -s wrr -p 20 2 3 #LVS默认无80端口，需另外添加新的虚拟IP记录->控制lb01与web01、web02的超时时间 

    2.1.5 ⑤将虚拟服务关联到真实服务上

    1 ipvsadm -a -t 10.0.0.13:80 -r 10.0.0.17:80 -g -w 1
2 
3 ipvsadm -a -t 10.0.0.13:80 -r 10.0.0.18:80 -g -w 1

    2.1.6 ⑥查看配置结果

    1 [root@lb03 ~]# ipvsadm -ln
2 IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)   #LVS版本号
3 Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags     #协议(TCP)本地IP：端口 调度算法 标志(持续时间20s)
4   -> RemoteAddress:Port           Forward Weight ActiveConn InActConn
5     #后端节点IP：端口          工作模式 权重 已建立连接 正在连接
6 TCP  10.0.0.3:80 wrr persistent 20
7   -> 10.0.0.17:80                 Route   1      0          0
8   -> 10.0.0.18:80                 Route   1      0          0

    2.2 web服务器配置

    2.2.1 Ⅰ.在lo网卡绑定VIP地址

     1 ip addr add 10.0.0.13/32 dev lo 

    2.2.2 Ⅱ.修改内核参数抑制ARP响应

    1 cat >>/etc/sysctl.conf<<EOF   #其目的是为了让rs顺利发送mac地址给客户端
2 net.ipv4.conf.all.arp_ignore = 1
3 net.ipv4.conf.all.arp_announce = 2
4 net.ipv4.conf.lo.arp_ignore = 1
5 net.ipv4.conf.lo.arp_announce = 2
6 EOF
7 
8 sysctl -p

    查看结果

     1 [root@lb03 ~]# ip a s eth0
 2 eth0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast state UP qlen 1000
 3  link/ether 00:50:56:3b:cb:36 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
 4  inet 10.0.0.13/24 scope global secondary eth0
 5     valid_lft forever preferred_lft forever
 6 [root@web03 ~]# ip a s lo
 7 lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 qdisc noqueue state UNKNOWN qlen 1
 8  link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00
 9 inet 10.0.0.13/32 scope global lo
10     valid_lft forever preferred_lft forever

    2.2.3 Ⅲ.web浏览器测试

     1 http://10.0.0.13/ 

    说明：当lb服务器断开连接后VIP会自动消失，重新连接后需再次添加VIP

    2.2.4 Ⅳ. arp解析查看

    1 [root@lb04 ~]# arp -n
2 Address                  HWtype  HWaddress           Flags Mask            Iface
3 10.0.0.254               ether   00:50:56:e9:9f:2c   C                     eth0
4 10.0.0.18                ether   00:0c:29:ea:ca:55   C                     eth0
5 10.0.0.13                ether   00:0c:29:de:7c:97   C                     eth0
6 172.16.1.15              ether   00:0c:29:de:7c:a1   C                     eth1
7 10.0.0.17                ether   00:0c:29:4a:ac:4a   C                     eth0

    至此，LVS集群配置完毕

    注意：所有有访问的返回值都是10.0.0.3

    lvs与nginx的不同就在于17和18并不通过IP地址访问，而是通过mac地址访问

    至此，LVS集群配置完毕

    2.2.4.1 存疑问题：使用抓包工具发现通信的是windows IP和lb03的80端口，但lb03没有80端口?

    lvs通过mac地址访问时，访问10.0.0.3就是访问lb01

    10.0.0.3的数据包mac地址的返回值就是访问web03

    2.3 ARP协议

    2.3.1 arp详解

    01.ARP协议，全称"Address Resolut ion Protocol"，中文名是地址解析协议，使用ARP协议可实现通过IP地址获得对应主机的物理地址(MAC地址)

     ARP协议要求通信的主机双方必须在同一个物理网段(即局域网环境)!

    02.为了提高IP转换MAC的效率，系统会将解析结果保存下来，这个结果叫做ARP缓存

    1 arp-a   #Windows查看ARP缓存命令
2 arp-n   #Linux查看ARP缓存命令
3 arping -c 1 -I eth0 10.0.0.6
4 #Linux解析IP对应的MAC地址[-c指定超时的ARP数据包数量；-I指定使用哪个网络接口]

    ARP缓存表是把双刃剑

     ①主机有了arp缓存表，可以加快ARP的解析速度，减少局域网内广播风暴。因为arp是发广播解析的，频繁的解析也是消耗带宽的(尤其是机器多的时候) ②正是有了arp缓存表，给恶意黑客带来了攻击服务器主机的风险，这个就是arp欺骗攻击 ③切换路由器，负载均衡器等设备时，可能会导致短时网络中断。因为所有的客户端ARP缓存表未更新 

    2.3.2 服务器切换ARP问题

    当lb01宕机，VIP地址迁移到lb02时需要通过arping命令通知所有网络内机器更新本地的ARP缓存表，从而使得客户机访问时重新广播获取MAC地址

    ARP广播进行新的地址解析

     1 arping -I eth0 -c 1 -U VIP 2 arping -I eth0 -c 1 -U 10.0.0.13 

    测试ARP缓存切换(手动漂移VIP)

    1 [root@lb03 ~]# ip addr del 10.0.0.13/24 dev eth0
2 [root@lb04 ~]# ip addr add 10.0.0.13/24 dev eth0
3 [root@lb04 ~]# arping -I eth0 -c 1 -U 10.0.0.13
4 ARPING 10.0.0.13 from 10.0.0.13 eth0
5 Sent 1 probes (1 broadcast(s))
6 Received 0 response(s)

    windows查看arp -a

     1 [e:~]$ arp -a 

    2.3.3 LVS集群的工作模式

    DR直接路由模式

    NAT模式

    FULLNAT

    TUNNEL

    第3章 Keepalive+LVS实现

    3.1 安装配置keepalive实例

    3.1.1 ①在lb03和lb04上安装keepalive

     1 yum install -y keepalived 

    3.1.2 ②编辑keepalived.conf配置文件

     1 [root@lb03 ~]# cat /etc/keepalived/keepalived.conf
 2 global_defs {
 3    router_id LVS_01
 4 }
 5 
 6 vrrp_instance VI_1 {
 7     state MASTER
 8     interface eth0
 9     virtual_router_id 51
10     priority 150
11     advert_int 1
12     authentication {
13         auth_type PASS
14         auth_pass 1111
15     }
16     virtual_ipaddress {
17      10.0.0.13/24
18     }
19 }
20 
21 virtual_server 10.0.0.13 80 {
22     delay_loop 6              
23     lb_algo wrr                
24     lb_kind DR                
25     nat_mask 255.255.255.0
26     persistence_timeout 50     
27     protocol TCP                
28 
29     real_server 10.0.0.17 80 {
30         weight 1              
31         TCP_CHECK {
32         connect_timeout 8       
33         nb_get_retry 3
34         delay_before_retry 3
35         connect_port 80
36         }
37     }
38 
39     real_server 10.0.0.18 80 {
40         weight 1              
41         TCP_CHECK {
42         connect_timeout 8       
43         nb_get_retry 3
44         delay_before_retry 3
45         connect_port 80
46         }
47     }
48 }

    3.1.3 ③开启keepalived服务

     1 systemctl start keepalived.service 2 ip a #查看VIP，此时应漂移到lb04上

    3.1.4 ④web03/web04同时操作以下步骤

     1 ip addr add 10.0.0.13/32 dev lo
 2 
 3 cat >>/etc/sysctl.conf<<EOF
 4 net.ipv4.conf.all.arp_ignore = 1
 5 net.ipv4.conf.all.arp_announce = 2
 6 net.ipv4.conf.lo.arp_ignore = 1
 7 net.ipv4.conf.lo.arp_announce = 2
 8 EOF
 9 
10 sysctl -p
    注意：因为虚拟的ip重启之后就会失效，故须加入开机启动项rc.local文件并赋予其可执行权限

    3.1.5 ⑤keepalive健康检查功能

    模拟web03出现问题

    3.1.5.1 查看lb03 lvs状态

    3.1.5.2 关闭web03

    3.1.5.3 查看lb03状态

    如图发现，web03被剔除

    3.1.5.4 开启web03

    3.1.5.5 查看lvs状态

    web03恢复

    以上是健康检查功能

    3.1.6 ⑥测试

     1 [root@lb04 ~]# curl 10.0.0.13 2 web03 3 [root@lb04 ~]# ipvsadm -ln  

    3.2 常见LVS负载均衡高可用解决方案

    01.开发类似keepalived的脚本，早期的办法(不推荐)

    02.heartbeat+lvs+ldirectord脚本配置方案，复杂不易控制(不推荐使用)

    03.RedHat工具piranha，一个web界面配置LVS

    04.LVS-DR+keepalived方案，推荐最优方案，简单、易用、高效

    此笔记是本人学习摘记整理而成，此为初稿(尚有诸多不完善之处)，原创作品允许转载，转载时请务必以超链接形式标明文章原始出处，作者信息和本声明，否则将追究法律责任。http://www.cnblogs.com/bananaaa/
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