一、LB常用解决方案
1. 硬件负载均衡解决方案:
F5公司: BIG-IP
Citrix公司: Netscaler
A10公司: A10
Array
Redware
2. Linux: LVS
1. 完成Linux Virtual Server作者 (章文嵩,花名段正明)
2. ipvs工作于netfilter框架上
3. ipvs: 框架,工作在内核中,工作在input链上,需要依赖于规则完成转发。 如果发现发往本机INPUT链的请求,如果能匹配到集群规则,直接转发至post-routing链发出主机。
4. 规则: 简单来说就是把ip加端口定义为ipvs集群服务,ipvs会为此请求定义一个或多个后端服务
目标地址未必会改,但是报文会被强行转发给后端的服务器。
5. ipvs组件: ipvsadm(用户空间,用来编写规则) + ipvs(内核空间)
6. ipvs工作在第四层:
1) 成为四层交换、四层路由。 做第四层转发。
2) 只能基于ip和port转发,无法在应用层,session级别转发
3) 不用到达应用层空间,就能转发
7. lvs 性能很好,但是由于只第四层,不能到用户空间,因此不能进行更加精细的控制。 在精细控制方面,haproxy和Ngnix可以更好的实现。
8. lvs通常作为总入口,更精细化的切割可能使用,haproxy或者Nginx实现
9. 报文的信息流: CIP<–>VIP–DIP<–>RIP
1) CIP: Client ip
2) VIP: virtual ip
3) DIP: Director IP
4) RIP: Real server Ip
客户端请求,被VIP端口接收后,从DIP接口被转发出去,并转发至RIP
二、LVS类型:
1. NAT(dNAT):
访问过程如下
1) CIP访问VIP
2) VIP接收报文后,做dNAT,指向某一个RIP
3) RIP拿到接收到报文后进行回应
4) 此时需要,RIP网关指向DIP,也就是Director server. 否则若在互联网上,即便报文是可以回应给CIP客户端,但是由于CIP并没有请求RIP服务器,因此报文会被丢弃。
NAT特性
1) RS应该使用私有地址
2) RS的网关必须指向DIP
3) RIP 和 DIP 必须在一同意网段内
4) 进出的报文,无论请求还是响应,都必须经过Director Server, 请求报文由DS完成目标地址转换,响应报文由DS完成源地址转换
5) 在高负载应用场景中,DS很可能成为系统性能瓶颈。
6) 支持端口映射。
7) 内部RS可以使用任意支持集群服务的任意操作系统。
2. DR
1)让前端路由将请求发往VIP时,只能是Dirctor上的VIP
禁止RS响应对VIP的ARP广播请求:
(1) 在前端路由上实现静态MAC地址VIP的绑定;
前提:得有路由器的配置权限;
缺点:Directory故障转时,无法更新此绑定;
(2) arptables
前提:在各RS在安装arptables程序,并编写arptables规则
缺点:依赖于独特功能的应用程序
(3) 修改Linux内核参数
前提:RS必须是Linux;
缺点:适用性差;
Linux的工作特性:IP地址是属于主机,而非某特定网卡;也就是说,主机上所有的网卡都会向外通告
需要先配置参数,然后配置IP,因为只要IP地址配置完成则开始想外通告mac地址
为了使响应报文由配置有VIP的lo包装,使源地址为VIP,需要配置路由经过lo网卡的别名,最终由eth0发出
两个参数的取值含义:
arp_announce:定义通告模式
0: default, 只要主机接入网络,则自动通告所有为网卡mac地址
1: 尽力不通告非直接连入网络的网卡mac地址
2: 只通告直接进入网络的网卡mac地址
arp_ignore:定义收到arp请求的时响应模式
0: 只有arp 广播请求,马上响应,并且响应所有本机网卡的mac地址
1: 只响应,接受arp广播请求的网卡接口mac地址
2: 只响应,接受arp广播请求的网卡接口mac地址,并且需要请求广播与接口地址属于同一网段
3: 主机范围(Scope host)内生效的接口,不予响应,只响应全局生效与外网能通信的网卡接口
4-7: 保留位
8: 不响应一切arp广播请求
配置方法:
全部网卡
arp_ignore 1
arp_announce 2
同时再分别配置每个网卡,eth0和lo
arp_ignore 1
arp_annource 2
2) 特性
(1)RS是可以使用公网地址,此时可以直接通过互联网连入,配置,监控RS服务器
(2)RS的网不能指向DIP
(3)RS跟DS要在同一物理网络内,最好在一同一网段内
(4)请求报文经过Director但是相应报文不经过Director
(5)不支持端口映射
(6)RS可以使用,大多数的操作系统,至少要可以隐藏VIP
3. LVS TUN: IP隧道,IP报文中套IP报文
1)RIP,DIP,VIP都必须是公网地址
2)RS网关不会指向DIP
3)请求报文经过Director,但相应报文一定不经过Director
4)不支持端口映射
5)RS的OS必须得支持隧道功能
4. FULLNAT: 必须内核打补丁才能使用,使得各RS主机可以跨vlan. 源IP和目标IP都修改。
二、LVS调度算法:
1. 静态方法:仅根据算法本身进行调度
rr: Round Robin
wrr: Weighted RR
sh: source hashing,源地址进行hash,然后分配到特定的服务器
dh: destination hashing
用于多前端防火墙的场景中,使得访问从一个防火墙进同时还从这个防火墙出来。
2. 动态方法:根据算法及RS当前的负载状况
lc: Least Connection
Overhead=Active*256+Inactive
结果中,最小者胜出;
wlc: Weighted LC
Overhead=(Active*256+Inactive)/weight
sed: Shortest Expect Delay
Overhead=(Active+1)*256/weight
nq: Nerver Queue,在Sed基础上,开局时候先轮寻一圈。
lblc: Locality-based Least Connection (基于本地的最小连接) dh+lc
lblcr: Replicated and Locality-based Least Connection 后端服务器是缓存服务器时, 可以绑定连接到某一缓存服务器中。
3. LVS缺陷:
不能检测后端服务器的健康状况,总是发送连接到后端。
Session持久机制:
1、session绑定:始终将同一个请求者的连接定向至同一个RS(第一次请求时仍由调度方法选择);没有容错能力,有损均衡效果;
2、session复制:在RS之间同步session,因此,每个RS持集群中所有的session;对于大规模集群环境不适用;
3、session服务器:利用单独部署的服务器来统一管理session;
三、ipvsadm使用方法
1.相关命令
ipvsadm -A|E -t|u|f service-address [-s scheduler] [-p [timeout]] [-M netmask] ipvsadm -D -t|u|f service-address ipvsadm -C ipvsadm -R ipvsadm -S [-n] ipvsadm -a|e -t|u|f service-address -r server-address [-g|i|m] [-w weight] [-x upper] [-y lower] ipvsadm -d -t|u|f service-address -r server-address ipvsadm -L|l [options] ipvsadm -Z [-t|u|f service-address]
2. 集群服务相关
-A: 添加一个集群服务 -t: tcp -u: udp -f: firewall mark, 通常用于将两个或以上的服务绑定为一个服务进行处理时使用 例如httpd和https iptables mongo表一起使用 service-address: -t IP:port -u ip:port -f firewall_mark -s 调度方法,默认为wlc -p timeout: persistent connection, 持久连接 -E 修改定义过的集群服务 -D -t|u|f service-address:删除指定的集群服务
3. RS相关
-a:向指定的Cluster services中添加RS -t|-u|-f service-address:指明将RS添加至哪个Cluster Service中 -r: 指定RS,可包含{IP[:port]},只有支持端口映射的LVS类型才允许此处使用跟集群服务中不同的端口 LVS类型: -g: Gateway模式,就是DR模型(默认) -i: ipip模式,TUN模型 -m: masquerade地址伪装自动完成后半段的原地址转换,NAT 指定RS权重: -w # 省略权重为1 -e: 修改指定的RS属性 -d -t|u|f service-address -r server-address:从指定的集群服务中删除某RS
4. 清空所有的集群服务:
-C
5. 保存规则:(使用输出重定向)
ipvsadm-save ipvsadm -S
6. 载入指定的规则:(使用输入重定向)
ipvsadm-restore ipvsadm -R
7. 查看ipvs规则等:
-L [options] -n: 数字格式显示IP地址 -c: 显示连接数相关信息 --stats: 显示统计数据 --rate: 速率 --exact:显示统计数据的精确值 --timeout: 超时时间 -Z: 计数器清零;
四、LVS NAT模型的实现:
1. 集群环境: 一台Director, 两台后端Real Server RS1,RS2
Director: 两网卡 eth0: 192.168.98.133/24 eth1: 172.25.136.10/24 eth0:1: 192.168.98.128/24 作为VIP地址 RS1: eth0: 172.25.136.11 RS2: eth0: 172.25.136.12
Director的eth1和RS1,RS2的eth0在模拟在同一物理网络内,使用VMnet2 物理机windows 7 作为客户端,在192.168.98.0网络内
2. 为RS添加网关指向Director
RS1: # ifconfig eth0 172.25.136.11/24 # route add default gw 172.25.136.10 RS2: # ifconfig eth0 172.25.136.12/24 # route add default gw 172.25.136.10 添加完路由条目后,应该可以ping通Director 192.168.98.0网段的两个地址。
3. 修改内核参数,开启转发功能
# echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward
4. 在RS1和RS2上面创建测试页,并在Director验证服务
RS1上 # echo 'web from RS1' > /var/www/html/index.html # service httpd start RS2上 # echo 'web from RS2' > /var/www/html/index.html # service httpd start Director上验证 # curl 172.25.136.11 web from RS1 # curl 172.25.136.12 web from RS2
5. 在Director添加集群服务
# ipvsadm -A -t 192.168.98.128:80 -s wlc # ipvsadm -a -t 192.168.98.128:80 -r 172.25.136.11:80 -m -w 1 # ipvsadm -a -t 192.168.98.128:80 -r 172.25.136.12:80 -m -w 3
6. 通过物理机浏览器访问192.168.98.128, 正常情况,就可以看到轮寻的两个RS的主页了。
访问几次后,查看统计数据如下,大概接入报文比例3:1, 说明wlc生效了 # ipvsadm -L --stats IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096) Prot LocalAddress:Port Conns InPkts OutPkts InBytes OutBytes -> RemoteAddress:Port TCP 192.168.98.128:http 45 227 227 32215 19245 -> 136-11.priv25.nus.edu.sg:htt 12 62 62 8571 6055 -> 136-12.priv25.nus.edu.sg:htt 33 165 165 23644 13190
五、LVS DR模型,当DIP,VIP,RIP都为公网地址时(实验环境中,把这三个地址全部放在同一物理网络中)
1. 地址规划:
Director: eth0: 192.168.98.133 作为ssh通信地址 eth0:1: 192.168.98.128 作为VIP, 可以进行浮动 RS1: eth0: 192.168.98.129/24 作为RIP1 lo:1 : 192.168.98.128 作为隐藏的VIP RS1: eth0: 192.168.98.130 作为RIP2 lo:2: 192.168.98.128 作为隐藏VIP
2. 配置地址
Director: # ifconfig eth0 192.168.98.133/24 up # ifconfig eth0:1 192.168.98.128/24 up RS1 # ifconfig eth0 192.168.98.129/24 up RS2 # ifconfig eth0 192.168.98.130/25 up
3. 修改RS1,RS3的内核参数,关闭lo的arp通告和lo的arp响应,并配置隐藏地址
RS1: # echo 2 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_announce # echo 2 > /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_announce # echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_ignore # echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_ignore 设置RS1的隐藏VIP地址, 并禁止其向外发广播 # ifconfig lo:1 192.168.98.128 netmask 255.255.255.255 broadcast 192.168.98.128 RS2: # echo 2 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_announce # echo 2 > /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_announce # echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_ignore # echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_ignore 设置RS2的隐藏VIP地址,并禁止其向外发广播 # ifconfig lo:1 192.168.98.128 netmask 255.255.255.255 broadcast 192.168.98.128
4. 为RS1和RS2添加路由条目,保证其发出报文经过eth0之前,还要先经过lo:1 VIP, 使得源地址成为VIP
RS1: # route add 192.168.98.128 dev lo:1 RS2: # route add 192.168.98.128 dev lo:1
5. 此时在Director上面添加,集群服务
# ipvsadm -A -t 192.168.98.128:80 -s wlc # ipvsadm -a -t 192.168.98.128:80 -r 192.168.98.129:80 -g -w 1 # ipvsadm -a -t 192.168.98.128:80 -r 192.168.98.130:80 -g -w 3
六、LVS持久连接:
1. PCC:将来自于同一个客户端发往VIP的所有请求统统定向至同一个RS;
可以通过修改轮寻算法为sh算法实现 # ipvsadm -E -t 192.168.98.128:80 -s sh [root@www ~]# curl 192.168.98.128 eb from RS2 [root@www ~]# curl 192.168.98.128 web from RS2 [root@www ~]# curl 192.168.98.128 web from RS2 [root@www ~]# curl 192.168.98.128 web from RS2 [root@www ~]# curl 192.168.98.128 web from RS2 [root@www ~]# curl 192.168.98.128 web from RS2
2. PPC:将来自于一个客户端发往某VIP的某端口的所有请求统统定向至同一个RS;
3. PFMC: 端口绑定,port affinity, 基于防火墙标记,将两个或以上的端口绑定为同一个服务
防火墙打标记 # iptables -t mangle -A PREROUTING -d VIP -p tcp --dport CS_Port -j MARK --set-mark # (0-99) 定义集群服务: # ipvsadm -A -f #(防火墙打的标记)
原创文章,作者:以马内利,如若转载,请注明出处:http://www.178linux.com/10598
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这图很赞~