技术简介:
LVS集群采用IP负载均衡技术和基于内容请求分发技术。调度器具有很好的吞吐率,将请求均衡地转移到不同的服务器上执行,且调度器自动屏蔽掉服务器的故障,从而将一组服务器构成一个高性能的、高可用的虚拟服务器。整个服务器集群的结构对客户是透明的,而且无需修改客户端和服务器端的程序。为此,在设计时需要考虑系统的透明性、可伸缩性、高可用性和易管理性
集群采用三层结构:
一般来说,LVS集群采用三层结构,其主要组成部分为:
A、负载调度器(load balancer),它是整个集群对外面的前端机,负责将客户的请求发送到一组服务器上执行,而客户认为服务是来自一个IP地址(我们可称之为虚拟IP地址)上的
B、服务器池(server pool),是一组真正执行客户请求的服务器,执行的服务有WEB、MAIL、FTP和DNS等
C、共享存储(shared storage),它为服务器池提供一个共享的存储区,这样很容易使得服务器池拥有相同的内容,提供相同的服务
lvs集群类型中的术语:
vs:Virtual Server, Director, Dispatcher, Balancer
rs:Real Server, upstream server, backend server
CIP:Client IP
VIP: Virtual serve IP
DIP: Director IP
RIP: Real server IP
请求过程:CIP <–> VIP <==> DIP <–> RIP
lvs集群的类型:
lvs-nat:修改请求报文的目标IP,然后转发给被选中的RS
lvs-dr:在请求报文的首部重新封装新的MAC地址,然后转发给被选中的RS
lvs-tun:在原请求IP报文之外新加一个IP首部<源地址为CIP,目标地址为RIP>,然后转发给RS
lvs-fullnat:修改请求报文的源和目标IP<源地址修改为DIP,目标地址修改为RIP>,然后转发给RS
lvs-nat:
类似多目标IP的DNAT,通过将请求报文中的目标地址和目标端口修改为某挑出的RS的RIP和PORT实现转发
(1) RIP和DIP必须在同一个IP网络,且应该使用私网地址;RS的网关要指向DIP
(2) 请求报文和响应报文都必须经由Director转发;Director易于成为系统瓶颈
(3) 支持端口映射,可修改请求报文的目标PORT
(4) vs必须是Linux系统,rs可以是任意系统
lvs-dr:
Direct Routing,直接路由
通过为请求报文重新封装一个MAC首部进行转发,源MAC是DIP所在的接口的MAC,目标MAC是某挑选出的RS的RIP所在接口的MAC地址
源IP/PORT,以及目标IP/PORT均保持不变;
Director和各RS都得配置使用VIP;
(1) VIP地址要配置在VS主机和所有的RS主机上
(2) 确保前端路由器将目标IP为VIP的请求报文发往Director,限制RS主机上关于VIP的广播和应答:
(a) 在前端网关做静态绑定;
(b) 在RS上使用arptables;
(c) 在RS上修改内核参数以限制arp通告及应答级别;
arp_announce
arp_ignore
(3) RS的RIP可以使用私网地址,也可以是公网地址;RIP与DIP在同一IP网络;RIP的网关不能指向DIP,以确保响应报文不会经由Director
(4) RS跟Director要在同一个物理网络,VS和所有RS主机之间不能跨路由器
(5) 请求报文要经由Director,但响应不能经由Director,而是由RS直接发往Client
(6) 不支持端口映射
lvs-tun:
转发方式:不修改请求报文的IP首部(源IP为CIP,目标IP为VIP),而在原IP报文之外再封装一个IP首部(源IP是DIP,目标IP是RIP),将报文发往挑选出的目标RS
(1) DIP, VIP, RIP都应该是公网地址
(2) RS的网关不能,也不可能指向DIP
(3) RS的主机上也要配置VIP地址
(3) 请求报文要经由Director,但响应不能经由Director
(4) 不支持端口映射
(5) RS的OS得支持隧道功能
lvs-fullnat:
通过同时修改请求报文的源IP地址和目标IP地址进行转发;
CIP –> DIP
VIP –> RIP
(1) VIP是公网地址,RIP和DIP是私网地址,可以跨路由器,且通常不在同一IP网络;因此,RIP的网关一般不会指向DIP;
(2) RS收到的请求报文源地址是DIP,因此,只需响应给DIP;但Director还要将其发往Client;
(3) 请求和响应报文都经由Director;
(4) 支持端口映射;
注意:此类型默认不支持
ipvs scheduler:<ipvs的调度方法>
根据其调度时是否考虑各RS当前的负载状态,可分为静态方法和动态方法两种:
静态方法:仅根据算法本身进行调度
RR:roundrobin,轮询;把所有的RS主机统计起来,每次有新请求来,以轮询的方式一个个的调度用户请求到RS主机上去
WRR:Weighted RR,加权轮询;把所有的RS主机统计起来,并记录每个RS主机的权值<在这里表示自身的某个服务的处理能力,能力越强,权值越高>,每次有新请求来,以权值的大小进行轮询,调度用户请求到RS主机上去,权值高的主机,会接收到更多的用户请求
SH:Source Hashing,实现session sticy,源IP地址hash;将来自于同一个IP地址的请求始终发往第一次挑中的RS,从而实现会话绑定
DH:Destination Hashing;目标地址哈希,将发往同一个目标地址的请求始终转发至第一次挑中的RS
DH:提高VS后缓存服务器中缓存的命中率
DH:多数情况用于缓存服务器
动态方法:主要根据每RS当前的负载状态及调度算法进行调度;
Overhead:VS进行调度的比较器,优先调度给Overhead值小的服务器
LC:least connections 最少连接
Overhead=activeconns*256+inactiveconns
基于上面的Overhead算法,计算所有RS主机的Overhead值,把新请求调度到Overhead值小的服务器
WLC:Weighted LC 加权的最少连接
Overhead=(activeconns*256+inactiveconns)/weight
基于上面的Overhead算法,计算所有RS主机的Overhead值,把新请求调度到Overhead值小的服务器
SED:Shortest Expection Delay
Overhead=(activeconns+1)*256/weight
基于上面的Overhead算法,计算所有RS主机的Overhead值,把新请求调度到Overhead值小的服务器
NQ:Never Queue
永不排队,每个后端服务器,至少先分一个,然后在使用SED调度算法对新请求进行调度
LBLC:Locality-Based LC,动态的DH算法
简单的理解就是:类似静态方法的DH算法,但它是动态的
LBLCR:LBLC with Replication,带复制功能的LBLC
在LBLC上,后端服务器,基于session replication机制,复制一台RS主机的缓存到其他RS主机上,则当老用户进行请求的时候,不仅可以转发给老用户第一次访问的主机,也可以转发给RS其他主机,因为此时其他RS主机也有此老用户访问的缓存
lvs-nat配置:
拓扑结构:
设计要点:
(1) RIP与DIP在同一IP网络, RIP的网关要指向DIP;
VIP=10.1.43.101
DIP=172.16.0.1
RIP-1=172.16.0.2
RIP-2=172.16.0.3
RS1: yum -y install httpd mysql-server vim /var/www/html/index.html <h1>RS1</h1> ifconfig eth0 172.16.0.2/24 up route add default gw 172.16.0.1 service httpd start RS2: yum -y install httpd mysql-server vim /var/www/html/index.html <h1>RS2</h1> ifconfig eth0 172.16.0.3/24 up route add default gw 172.16.0.1 service httpd start VS: ifconfig eno33554984 172.16.0.1/24 up echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward ipvsadm -A -t 10.1.43.101:80 -s rr ipvsadm -a -t 10.1.43.101:80 -r 172.16.0.2 -m -w 1 ipvsadm -a -t 10.1.43.101:80 -r 172.16.0.3 -m -w 1
lvs-dr配置:
拓扑结构:
设计要点:
VS上的VIP地址可以直接配置在DIP地址所在的网卡上,Linux主机上,一块网卡可以配置多个地址
RS上的VIP地址必须配置在lo接口上,并且还要关闭arp的响应和通告功能
外网接口:10.1.43.101
内网接口:172.16.0.1
VIP:172.16.0.10
DIP:172.16.0.9
RIP-1:172.16.0.2
RIP-2:172.16.0.3
dr模型中,各主机上均需要配置VIP,解决地址冲突的方式有三种:
(1) 在前端网关做静态绑定
(2) 在各RS使用arptables
(3) 在各RS修改内核参数,来限制arp响应和通告的级别
限制响应级别:arp_ignore
0:默认值,表示可使用本地任意接口上配置的任意地址进行响应
1: 仅在请求的目标IP配置在本地主机的接收到请求报文接口上时,才给予响应
限制通告级别:arp_announce
0:默认值,把本机上的所有接口的所有信息向每个接口上的网络进行通告
1:尽量避免向非直接连接网络进行通告
2:必须避免向非本网络通告
RS的预配置脚本:<在RS主机上运行此脚本即可>
#!/bin/bash # vip=172.16.0.10 mask='255.255.255.255' case $1 in start) echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_ignore echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_ignore echo 2 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_announce echo 2 > /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_announce ifconfig lo:0 $vip netmask $mask broadcast $vip up route add -host $vip dev lo:0 route add default gw 172.16.0.1 ;; stop) ifconfig lo:0 down echo 0 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_ignore echo 0 > /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_ignore echo 0 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_announce echo 0 > /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_announce ;; *) echo "Usage $(basename $0) start|stop" exit 1 ;; esac
VS的配置脚本:<在VS主机上运行此脚本即可>
#!/bin/bash # vip='172.16.0.10' iface='eno16777736:0' mask='255.255.255.255' port='80' rs1='172.16.0.2' rs2='172.16.0.3' scheduler='wrr' type='-g' case $1 in start) ifconfig $iface $vip netmask $mask broadcast $vip up iptables -F ipvsadm -A -t ${vip}:${port} -s $scheduler ipvsadm -a -t ${vip}:${port} -r ${rs1} $type -w 1 ipvsadm -a -t ${vip}:${port} -r ${rs2} $type -w 1 ;; stop) ipvsadm -C ifconfig $iface down ;; *) echo "Usage $(basename $0) start|stop" exit 1 ;; esac
路由器上配置:
ifconfig eno16777736 10.1.43.101/16 up ifconfig eno33554984 10.1.43.101/16 up echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward iptables -t nat -A PREROUTING -d 10.1.43.101 -p tcp --dport 80 -j DNAT --to-destination 172.16.1.10:80
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