LVS负载均衡群集——DR直接路由模式

LVS-DR（Linux Virtual Server Director Server）工作模式，是生产环境中最常用的一种工作模式

LVS-DR工作原理

LVS-DR模式，Director Server（负载均衡服务器）作为群集的访问入口，不作为网关使用，节点 Director Server与Real Server（节点服务器）需要在同一个网络中，返回给客户端的数据不需要经过Director Server，为了响应对整个群集的访问，Director Server与Real Server都需要配置VIP地址

数据包流向分析

为了方便进行原理分析，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步

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（源IP地址为CIP，目标IP为VIP）到达内核空间

第二步：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

第三步：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）对比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地址为Director Server的MAC地址，修改目标MAC地址为Real Server的MAC地址，源IP地址与目标地址没有改变，然后将数据包发送给Real Server

第三步：到达Real Server的请求报文的MAC地址是自身的MAC地址，就接受此报文，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

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

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）所有请求报文经由Director Server，但响应报文不能经过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

LVS-DR中的ARP问题

问题一：VIP地址相同导致响应冲突

问题原因：

在LVS-DR负载均衡集群中，负载均衡服务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IP地址，势必会造成路由器中的ARP通信的紊乱

• 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，它们都会收到ARP广播
• 只有前端的负载均衡服务器进行响应，后端节点服务器不应该响应ARP广播

解决方法：

对节点服务器进行处理，使其不响应针对VIP的ARP请求

• 使用虚拟接口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（物理卡的地址，不是虚拟网卡上的IP地址）的ARP请求

问题二：返回报文时源地址使用VIP，导致网关设备的ARP缓存表紊乱

问题：

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

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rp_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，调整内核的ARP响应参数

vim /etc/sysctl.conf    
##使linux系统只响应目的地址为本地物理网卡的ARP请求
net.ipv4.conf.lo.arp_ignore = 1  
net.ipv4.conf.all.arp_ignore = 1
##使Linux系统不使用数据包的源IP来作为ARP请求报文的源IP，而使用发送接口的IP地址作为ARP请求报文的源IP
net.ipv4.conf.lo.arp_announce = 2
net.ipv4.conf.all.arp_announce = 2
 
 sysctl -p  //刷新配置，读取修改后的配置

构建LVS-DR集群的部署

实验环境：

DR服务器：192.168.46.20/24

两台web服务器：192.168.46.50/24 192.168.46.60/24

VIP:192.168.46.200/24

NFS服务器：192.168.46.30/24

客户端：192.168.46.88/24

部署共享服务（NFS服务器：192.168.46.30/24）

##关闭防火墙
systemctl stop firewalld.service
systemctl disable firewalld.service
setenforce 0
​
##安装nfs-utils、rpcbind软件包
yum install nfs-utils rpcbind -y
​
##启动rpcbind和nfs服务并设置为开机自启
systemctl start rpcbind.service
systemctl start nfs.service
systemctl enable nfs.service
systemctl enable rpcbind.service
​
##新建共享目录，并创建站点文件
mkdir /opt/meme /opt/benet
chmod 777 /opt/meme /opt/benet
echo 'this is meme web!' > /opt/meme/index.html
echo 'this is benet web!' > /opt/benet/index.html
​
##修改共享配置文件，设置共享策略
vim /etc/exports
/opt/meme 192.168.46.0/24(rw,sync)
/opt/benet 192.168.46.0/24(rw,sync)
​
exportfs -rv  ##发布共享

部署web节点服务器

第一台 192.168.46.50 VIP：192.168.46.200/24

vim /etc/httpd/conf/http.conf
keepAlive off ##关闭长连接

##关闭防火墙
systemctl stop firewalld.service
systemctl disable firewalld.service
setenforce 0
##安装httpd服务，开启服务
yum install httpd -y
systemctl start httpd.service
systemctl enable httpd.service
​
##配置虚拟IP地址（VIP：192.168.46.200），添加虚接口lo：0
cd /etc/sysconfig/network-scripts/
cp ifcfg-lo ifcfg-lo:0
vim ifcfg-lo:0  ##设置虚接口lo:0
 DEVICE=lo:0
 IPADDR=192.168.46.200
 NETMASK=255.255.255.255     ##子网掩码必须全为1（即32个1）
 ONBOOT=yes
ifup lo:0         ##启动虚接口
ifconfig lo:0     ##查看虚接口的信息
​
##添加静态路由信息，dev指定出站网卡
route add -host 192.168.46.200 dev lo:0
route -n ##以数字形式显示路由信息
​
##也可以添加路由的命令写入开机自启配置文件中，每次开机后自动启动
vim /etc/rc.local
 /sbin/route add -host 192.168.46.200 dev lo:0
chmod +x /etc/rc.d/rc.local

##调整内核的ARP响应参数
vim /etc/sysctl.conf
 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
sysctl -p ##刷新配置，读取修改后的配置
​
##挂载目录，将NFS服务器的共享目录，挂载到http服务的根目录下
showmount -e 192.168.46.30  ##查看NFS共享信息
mount 192.168.46.30:/opt/meme /var/www/html
df  ##查看是否成功

web节点服务器（192.168.46.60） VIP：192.168.72.200/32

和第一台配置相同

##关闭防火墙
systemctl stop firewalld.service
systemctl disable firewalld.service
setenforce 0
##安装httpd服务，开启服务
yum install httpd -y
systemctl start httpd.service
systemctl enable httpd.service
​
##配置虚拟IP地址（VIP：192.168.46.200），添加虚接口lo：0
cd /etc/sysconfig/network-scripts/
cp ifcfg-lo ifcfg-lo:0
vim ifcfg-lo:0  ##设置虚接口lo:0
 DEVICE=lo:0
 IPADDR=192.168.46.200
 NETMASK=255.255.255.255     ##子网掩码必须全为1（即32个1）
 ONBOOT=yes
ifup lo:0         ##启动虚接口
ifconfig lo:0     ##查看虚接口的信息
​
##添加静态路由信息，dev指定出站网卡
route add -host 192.168.46.200 dev lo:0
route -n ##以数字形式显示路由信息
​
##也可以添加路由的命令写入开机自启配置文件中，每次开机后自动启动
vim /etc/rc.local
 /sbin/route add -host 192.168.46.200 dev lo:0
chmod +x /etc/rc.d/rc.local
​
##调整内核的ARP响应参数
vim /etc/sysctl.conf
 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
sysctl -p ##刷新配置，读取修改后的配置
​
##挂载目录，将NFS服务器的共享目录，挂载到http服务的根目录下
showmount -e 192.168.46.30  ##查看NFS共享信息
mount 192.168.46.30:/opt/meme /var/www/html
df  ##查看是否成功

配置负载调度器（192.168.46.20/24）

#1、关闭防火墙
systemctl stop firewalld
setenforce 0
 
#2、加ip_vs模块
modprobe ip_vs         ##加载ip_vs模块
cat /proc/net/ip_vs    ##查看ip_vs模块的版本
 
#3、安装ipvsadm工具
yum install ipvsadm -y
 
#4、配置虚拟IP地址（VIP：192.168.46.200），添加虚拟网卡ens33:0
cd /etc/sysconfig/network-scripts/
cp ifcfg-ens33 ifcfg-ens33:0
vim ifcfg-ens33:0
 DEVICE=ens33:0
 ONBOOT=YES
 IPADDR=192.168.46.200
 NETMASK=255.255.255.255    ##子网掩码必须全为1
ifup ens33:0       ##启动虚拟网卡
ifconfig ens33:0   ##查看网卡信息
 
 #也可以将添加虚拟网卡的命令，写入开机自启配置文件（/etc/rc.local）中，则每次开机后会自动执行命令添加虚拟网卡
 vim /etc/rc.local
 ifconfig ens33:0 192.168.46.200/32
 
#5、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，需要关闭icmp的重定向，不充当路由器。
vim /etc/sysctl.conf
 net.ipv4.ip_forward = 0     ##关闭路由转发功能
 net.ipv4.conf.all.send_redirects = 0
 net.ipv4.conf.default.send_redirects = 0
 net.ipv4.conf.ens33.send_redirects = 0
sysctl -p    ##刷新配置，读取修改后的配置
 
#6、设置负载分配策略（调度策略），-s rr表示指定轮询算法，-g表示使用DR模式
ipvsadm -C  ##清空原有规则
ipvsadm -A -t 192.168.46.200:80 -s rr       
ipvsadm -a -t 192.168.46.200:80 -r 192.168.46.50:80 -g
ipvsadm -a -t 192.168.46.200:80 -r 192.168.46.60:80 -g
ipvsadm   ##查看调度策略
ipvsadm -ln   ##以数字形式查看调度策略，Route代表DR模式
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
   -> RemoteAddress:Port           Forward Weight ActiveConn InActConn
 TCP  192.168.46.20:80 rr
   -> 192.168.46.50:80             Route   1      0          0   
   -> 192.168.46.60:80             Route   1      0          0 
 
#7、保存策略，启动ipvsadm。启动服务前一定要保存策略，生成相应文件。
ipvsadm-save > /etc/sysconfig/ipvsadm
systemctl start ipvsadm

客户机访问测试

ip：192.168.46.88/24

调度器配置

1.配置ens33:0为VIP

2.调整内核参数（关闭路由转发，icmp重定向）

3.安装启动ipvsadm,设置ipvs负载均衡策略

节点服务器配置

1.安装web应用服务

2.挂载nfs共享目录

3.配置lo：0为VIP

4.配置VIP的路由

5.配置内核参数，解决ARP问题

6.物理网卡的默认网关配置应该设置为网络的路由器的ip