Linux集群--lvs

下面介绍的是Linux集群

一、Linux集群基础

1、Linux集群类型：LB、HA、HP、DS

（1）、LB：负载均衡集群

缺陷：单点故障，其调度器会成为性能瓶颈

（2）、HA：高可用集群

平均无故障时间（MTBF）、平均故障修复时间（MTTR）。

有效值==MTBF/(MTBF+MTTR) -------------提高可用性公式

（3）、HP：高性能集群

（4）、DS：分布式系统集群

功能：分布式处理、分布式存储

2、Linux集群调度器：硬件(F5)、软件(lvs)。

3、负载均衡

（1）、传输层的负载均衡：四层交换

应用协议工具：lvs、nginx、haproxy

（2）、应用层的负载均衡：七层交换

应用协议工具：httpd、nginx、haproxy

（3）、FastCGI负载均衡：------------性能好，没httpd稳定

应用协议工具：httpd、nginx

（4）、mysql的负载均衡：

管理工具：mysql-proxy

二、lvs --------------Linux虚拟服务器

虚拟服务器：vs ------------调度器

真实服务器：rs（Real Server）----------后端服务器

CIP：客户端 ip，请求发送方 ip地址

VIP：虚拟服务器 ip，客户端访问的地址

DIP：调度器 ip

RIP：真实服务器的 ip

1、lvs基础

lvs是基于套接字（ip:port）来实现数据分发的。lvs，根据目标套接字，调度数据报文到后端真实服务器（rs）上，调度时，通过不同的算法来调度响应的服务器。

lvs使用的调度规则链：INPUT

iptables 和 lvs 的规则，不能同时使用，至少INPUT规则链不能同时使用。

lvs 的内核组件：ipvs ----------接收 ipvsadm 的管理命令，支持TCP、UDP、SCTP、AH、ESP、AH_ESP协议

用户空间工具为：ipvsadm ------------集群服务和 rs 管理

2、lvs的集群类型：lvs-nat、lvs-dr、lvs-tunnel。

（1）、lvs-nat -----------多目标IP地址的DNAT

client ---------> DIP ---------- >RIP ------------> RS（目标地址、目标端口）

（同一网段、私有IP）

具体步骤：

client ------> VIP --------> INPUT ------> DIP ------> RIP ------>RS

lvs-nat：（注意）

1、RIP和DIP在同一个网段，并应该是私有IP地址，RS的网关指向DIP。

2、请求报文和响应报文，都必须通过director转发器转发，易引发性能瓶颈、单点故障。

3、可以实现端口重定向，即VIP、DIP端口号可以不同。

4、vs必须是Linux系统，而RS可以是任意的操作系统。

（2）、lvs-dr（默认类型） ----------重要

dr：直接路由（注意判断网关）----------------响应报文不经过转发器

具体步骤：

client -------> 路由器 ----------> 交换机 ---------> VS -----------> RS ---------------> 交换机

（CIP+VIP）（RIP、DIP同一网段）

-------->路由器 ---------> client

步骤：

1、客户机将CIP+VIP（源CIP，目的VIP）报文发给路由器；

2、路由器将CIP+VIP报文发给交换机；

3、交换机根据目的地址为VIP，找到接收端为转发器VS；VS有VIP、DIP。

RS也有VIP地址，但是RS的arp_ignore=1/2，表示入栈接口为指定的接口，在此指定入栈接口为VS;

4、VS接收CIP+VIP报文，发现VIP地址是集群服务的，将报文中转给对应的RS；

VS有DIP接口、VIP标签接口（别名接口）；

5、RS因为有VIP地址，所以能接收CIP+VIP报文；RS的VIP在环回接口上，不和外部通信；

即：CIP+VIP报文不是从RIP直接发送出去，而是通过一条这路由到VIP的环回接口上走一圈，使发送的源地址变为VIP；

6、RS发送VIP+CIP给交换机；

因为RS内，arp_announce=2，决定了出栈地址，在此指定出栈为对应交换机；

7、交互机转发VIP+CIP报文发送给路由器；

8、路由器再将VIP+CIP报文发送给客户端；

客户端接收到VIP+CIP报文，就像直接从VS发来的一样，不会意识到有RS的存在。

lvs-dr：（注意）

1、通过对请求报文封装一个数据链路层首部（MAC地址）。

2、重新封装的源MAC地址，是DIP所在网络的MAC地址。

目的MAC地址，是调度选出来的RS的RIP接口的MAC地址。

3、源IP地址和源PORT，目的IP地址和目的PORT，在整个报文转发过程中保持不变

4、交换机 -------> VS：将目标地址为VIP的报文发往VS，方法：在路由器上静态绑定IP地址和MAC地址。

交换机 --------> RS：交换机到RS的方法，有两种：在RS上使用arptables，RS的内核参数（arp_announce、arp_ignore）

5、不支持端口重定向

6、RS为Linux

7、RS上必须配置RIP和VIP，并且VIP应该配置在lo接口的lable上

（3）、lvs-tun ----------只经过一次VS

tunnel：隧道封装，VS和RS之间的数据传输。

不修改请求报文的ip首部（CIP/VIP），而是在之外再封装一个IP首部（DIP/RIP）。

具体步骤：

client ----------> VS --------> RS ---------> client（只经过一次VS）

lvs-tun：（注意）

1、CIP，VIP，DIP，RIP都应该是公有IP地址

2、RS的网关无法指向DIP，因此响应报文不会经过Director转发，而是直接发往CIP

3、不支持端口重定向

4、RS必须支持隧道协议

5、RS上必须配置RIP和VIP

（4）、lvs-fullnat -----------非标准类型（VS的开销更大，但可增加一定的安全性）

同时修改请求报文的源IP地址、目的IP地址，实现报文转发。

CIP --------->DIP

VIP --------->RIP

即：CIP/VIP -------> DIP/RIP

lvs-fullnat：（注意）

1、CIP、VIP为公有地址，DIP、RIP为私有地址。DIP、RIP可不在同一网段。

2、RS对收到的请求报文的响应报文的目的地址是DIP，所以请求报文和响应报文都必须经过Director

3、支持端口重定向

3、lvs的调度算法

根据是否与RS的负载状态有关，分为：静态算法（无关）、动态算法（有关）。

（1）、静态算法：与算法本身有关

RR：轮询算法

WRR：加权轮询算法

SH：源地址哈希算法（源地址绑定）

DH：目标地址哈希（正向代理服务器） ---------缓存方式实现

（2）、动态算法：与RS当前负载状态有关，RS的负载：Overhead。

LC：最少连接数算法（选择Overhead值小的）------------存在【起点问题】

*WLC（默认算法）：加权最小连接算法 -------------存在【起点问题】

SED：最短期望延迟算法 -------------解决了起点问题，存在【连续请求问题】

NQ：无序列排队算法 ------------开始据RS权重依次分配一个，保证一个活动连接，然后再SED

LBLC：基于本地的最少连接数算法 ----------------动态DH（正向代理）

LBLCR：带有复制功能的LBLC算法 ------------带复制的动态DH（正向代理）

4、ipvsadm -------------编写ipvs规则

ipvs规则：作用于内核空间的TCP/IP协议栈上 -------------INPUT链上

ipvsadm命令：

（1）、集群相关

【添加】集群相关格式：

ipvsadm -A -t|u|f service-address [-s scheduler] [-p [timeout]]

常用选项：

-t：基于TCP的集群，其后地址为VIP地址

-u：基于UDP的集群，其后地址为VIP地址

-f：基于防火墙标记的集群，其后地址为mangle表中的标记

-s：集群调度算法

-p：持久连接

【修改】集群格式：ipvsadm -E -t|u|f service-address [-s scheduler] [-p [timeout]]

常用选项：

-E：删除集群

【删除】集群格式：ipvsadm -D -t|u|f service-address

常用选项：

-D：删除指定集群

【清除】集群：ipvsadm -C

常用选型：

-C：清空集群，所有清空

（2）、集群中的RS相关：

【添加】RS：ipvsadm -a -t|u|f service-address -r server-address [-g|i|m] [-w weight]

常用选项：

-r：添加的RS的，IP地址和端口

-w：权重

-g：dr集群 ----------默认

-i：tunnel集群

-m：nat集群

【修改】其中的RS：ipvsadm -e -t|u|f service-address -r server-address [-g|i|m] [-w weight]

常用选项：

-e：修改集群中RS

【删除】其中的RS：ipvsadm -d -t|u|f service-address -r server-address

常用选项：

-d：删除集群中的RS

（3）、查看集群信息

格式：ipvsadm -L|l [options]：

常用选项：

-c：集群中各连接状态

--stats：集群的统计数据信息

--rate：传输速率相关

--timeout：超时时长

（4）、保存、重载ipvs的规则

保存格式：ipvsadm -S [-n]

# ipvsadm -S [-n] > /PATH/TO/IPVS_RULE_FILE

# ipvsadm-save > /PATH/TO/IPVS_RULE_FILE

重载格式：

# ipvsadm -R < /PATH/FROM/IPVS_RULE_FILE

# ipvsadm-restore < /PATH/FROM/IPVS_RULE_FILE

5、lvs-nat集群实现过程：

调度器配置：----------------支持端口重定向

# ipvsadm -A -t 172.16.72.1:80 -s rr

# ipvsadm -a -t 172.16.72.1:80 -r 192.168.100.8:8080 -m -w 1

# ipvsadm -a -t 172.16.72.1:80 -r 192.168.100.9 -m -w 2

RS服务器配置：

正常配置ip地址，注意网关指向调度器的DIP。

6、lvs-dr集群的实现过程：

调度器配置：------------两块网卡

一块网卡：作为主接口，配置DIP

另一块网卡：作为网络标签，配置VIP，用于接收报文。-----------注意配置广播地址，即只是自己使用。

# ifconfig eno16777736:0 172.16.72.101 netmask 255.255.255.255 broadcast 172.16.72.101 up

RS服务器配置：

网卡主接口：配置RIP

调整内核参数：

echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_ignore --------入栈接口

echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_ignore

echo 2 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_announce -------出栈接口

echo 2 > /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_announce

设置VIP：

# ifconfig lo:0 172.16.72.101 netmask 255.255.255.255 broadcast 172.16.72.101 up

设置直接路由：

# route add -host 172.16.72.101 dev lo:0

7、防火墙标记集群的实现过程：

打标记：iptables -t mangle -A PREROUTING -d VIP -p tcp --dport PORT -j MARK --set-mark 6

建防火墙标记集群：ipvsadm -A -f FWM -s rr

8、LVS持久连接：

常做的端口持久端口为：443、80

# iptables -t mangle -A PREROUTING -d VIP -p tcp -m multiport --dports 80,443 -j MARK --set-mark 6

本文转自little_ding 51CTO博客，原文链接：http://blog.51cto.com/12496428/1972830，如需转载请自行联系原作者

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