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
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主机名 |
主机IP |
备注 |
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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 |
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lb04 |
10.0.0.16 |
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web03 |
10.0.0.17 |
|
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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
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