lvs应用结构
简介：
LVS是一个四层负载均衡器，支持TCP/UDP的负载均衡；LVS工作在用户空间的ipvsadm（LVS的命令行工具）与工作在内核空间的ipvs（LVS提供服务的内核模块）组成。用户通过ipvsadm添加规则，再由ipvs来实现功能，ipvs工作在netfilter的input链上；
lvs：Linux Virtual Server
VS：Virtual Server：根据请求报文的目标IP、协议以及端口将其转发至某RS，根据其调度算法来挑选RS；
RS：Real Server
作者：章文嵩；
LVS集群中的术语：
VS：VIrtual Server，Director，Balance；
RS：Real Server，Backend Server；
CIP：Client IP，客户端IP
VIP：Virtual server IP，Director向外部Client提供服务的IP；
DIP：Director IP，Director向内部RS提供负载均衡的IP；
RIP：Real server IP，后台真实提供服务的服务器IP；
iptables/netfilter：
iptables：用户空间的管理工具；<br /> netfilter：内核空间的架构；<br /> 流入：PREROUTING --> INPUT<br /> 流出：OUTPUT --> POSTROUTING<br /> 转发： PREROUTING --> FORWARD --> POSTROUTING<br /> DNAT：目标地址转换；<br /> SNAT：源地址转换；<br />
LVS的集群的类型
LVS-NAT模型
原理：多目标IP的DNAT，通过将请求报文中的目标IP地址和目标端口修改为某RS的RIP和PORT实现转发；<br /><br />特性：
1.Director和RS需在一个私网IP网络，且RS的网关必须是DIP；2.请求和响应报文都需由Director来转发，Director易成为系统瓶颈；3.支持端口转换，可以修改请求报文的Dport；4.Director必须是Linux，RS可以是任意操作系统；
LVS-DR模型
原理：所有的RS都在lo上配置VIP，并且抑制lo响应和请求ARP广播，并且通过Director修改报文的二层数据帧的MAC地址指向一个经算法调度出的服务器，最后RS会直接响应Client的请求（RS上有VIP，直接使用VIP为响应报文的源IP），Linux会将先经由的网卡IP为报文的源IP；<br /><br />特性：
1.必须保证前端路由通过ARP地址解析将数据包转发至 Director，数据报文不能直接被 RS 接收；2.RS可以使用私网地址也可以使用公网地址；3.Director只负责调度；4.Director与RS必须在一个物理网络；5.不支持端口映射；6.RS的网关为路由器；7.RS必须为能拒绝ARP广播的系统；
LVS-TUN模型
原理：请求报文经由Director，Director通过IP隧道在报文头部添加一个IP首部转发给RS，RS将响应报文直接返回给Client；<br /><br />特性：
1. RIP，VIP必须为公网IP；2. RS网关不能指向Director；3. 不支持端口映射；4. RS的OS必须支持隧道技术；5. Director与RS，RS1与RS2都可以跨网段；6. 请求报文由Director转发至RS，RS直接响应Client；7. 一般用于外网环境；00
总结：
1. lvs-nat类型网关要指向DIP，并且响应报文要经过Director；2. lvs-dr、lvs-tun类型请求报文经过Director，但响应报文由RS直接返回给Client；3. lvs-dr类型通过重新封装MAC地址，实现二层网络转发；4. lvs-tun类型通过隧道方式添加一个IP首部，实现三层转发，远距离通信；
LVS负载均衡算法
静态算法
RR（Round Robin，轮询）：把每次客户端的请求都轮流发送给服务器。它无需记录后端服务器的连接状态，是一种无状态的调度。他也不会考虑服务器的处理能力；
WRR（Weight Round Robin，加权轮询 ）：由于每台服务器的配置、安装的业务应用等不同，其处理能力会不一样。所以，根据服务器的不同处理能力，给每个服务器分配不同的权值，使其能够接受相应权值数的服务请求。
SH（ Source Hashing，源地址hash）：实现session sticky，源地址hash；将来自于一个IP地址的请求始终发往第一次访问的RS，从而实现会话绑定；
DH（Destination Hashing，目标地址hash）：将发往同一个目标地址的请求始终发往第一次挑中的RS；典型使用场景是正向代理缓存场景中的负载均衡；
动态算法
- LC（Least Connection，最少连接）：最少连接调度算法是把新的连接分配到连接数最小的服务器。最少连接调度是一种动态调度短算法，他通过服务器当前所活跃的连接数来估计服务器的负载均衡，调度器需要记录各个服务器已建立连接的数目，当一个请求被调度到某台服务器，其连接数+1，当连接终止或超时时，其连接数-1。当服务器的权值为0时，表示该服务器不可用；
- active * 256 + inactive
- WLC（Weighted LC，加权最少连接）：LC算法忽略了服务器的性能问题，加权重可以区分各服务器性能。服务器的缺省权值为1，可以动态的设置权值，权值越大收到的请求越多；
- （ active * 256 + inactive ）/ weight
- SED（Shortest Expection Delay，最短期望延时）：不考虑非活动连接，谁的权重大，我们优先选择权重大的服务器来接受请求，但会出现问题，就是权重比较大的服务器会很忙，权重小的服务器很闲，甚至接收不到请求；
- （ active + 1 ）* 256 / weight
NQ（never queue，永不排队）：SED的改进，不管权重多大，都会被分配到请求。如果真是服务器的连接数为0就直接分配，不需要sed运算；
LBLC（Locality-Base LC，基于本地的最少连接）：DH算法的动态版， 正向代理情形下的cache server的调度，该算法根据请求的目标IP地址找出该服务器，若该服务器可用且没有超载，则将请求发送到该服务器，命中该服务器缓存；否则就用LC算法选择可用服务器；
LBLCR（Locality-Base Least-Connection with Replication，带复制功能的LBLC）：它与LBLC算法的不同之处是它要维护从一个目标IP地址到一组服务器的映射，且服务器组能相互复制缓存，而LBLC算法维护从一个目标IP地址到一台服务器的映射｡该算法根据请求的目标IP地址找出该目标IP地址对应的服务器组，按”最小连接”原则从服务器组中选出一台服务器，若服务器没有超载，将请求发送到该服务器；若服务器超载，则按“最小连接”原则从这个集群中选出一台服务器，将该服务器加入到服务器组中，将请求发送到该服务器｡同时，当该服务器组有一段时间没有被修改，将最忙的服务器从服务器组中删除，以降低复制的程度。
LVS工具ipvsadm
管理集群服务
ipvsadm -A|E -t|u|f service-address [-s scheduler] [-p [timeout]]-A：添加一个集群服务；-E：修改一个集群服务；-s：使用哪种调度算法；-p：定义持久连接；-t：TCP协议端口；-u：UDP协议端口；-f：firewall MASK，防火墙标记；ipvsadm -L|l [option] #查看一个集群服务；-n：以数字形式显示IP地址；-exact：精确的显示计数器的值；--connection，-c：当前连接状态,当前的连接数；--stats：统计数据；--rate:速率数据，统计数据/时间(s)；ipvsadm -D -t|u|f service-address #删除一个集群服务；ipvsadm -C #清空所有；ipvsadm -S，ipvsadm-save #保存当前配置；ipvsadm -R，ipvsadm-restore #重载；
管理集群上的RS
ipvsadm -a|e -t|u|f service-address -r server-address [-g|i|m] [-w weight]-a|e:添加或者修改一个RS；-r：RS的地址；-g：GateWaying，LVS-DR集群类型；-i：IPIP,LVS-Tun集群类型；-m：masquerade，LVS-NAT集群类型；-w：权重；ipvsadm -d -t|u|f service -r server-address #删除一个RS;
LVS实战
NAT模型负载PHP应用（WordPress）
1. **设计要点：**1. RIP和DIP在同一网络,且DIP是各RS的网关;2. 支持端口映射3. Director需要开启核心转发2. **环境准备:**1. Director(192.168.10.11 , 172.16.0.68) , RS1(192.168.10.12) , RS2(192.168.10.13)
- 在RS上搭建lnmp并安装wordpress(两台RS配置一样)
```bash yum install -y nginx php php-fpm mariadb-server mariadb php-mysql
vim /etc/nginx/nginx.conf root /data/nginx location / { index index.php index.html; } location ~ .php$ { root /data/wordpress; fastcgi_pass 127.0.0.1:9000; fastcgi_index index.php; fastcgi_param SCRIPT_FILENAME $document_root$fastcgi_script_name; include fastcgi_params; } systemctl restart nginx
vim /etc/php-fpm.d/www.conf user = nginx group = nginx
systemctl restart php-fpm
mkdir /data
tar -xf wordpress-4.9.4-zh_CN.tar.gz -C /data/
systemctl start mariadb
mysqladmin -u root password 123456 mysql -uroot -p123456 create database wordpress;
chown nginx.nginx /data/ -R chown nginx.nginx /data/* -R
wordpress 网页安装
vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens33
修改网卡网关为DIP
GATEWAY=192.168.10.11
4. **开启Director核心转发,并配置LVS-NAT**```bash[root@director ~]# echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward[root@director ~]# yum install -y ipvsadmipvsadm -A -t 172.16.0.68:80 -s rripvsadm -a -t 172.16.0.68:80 -r 192.168.10.12:80 -mipvsadm -a -t 172.16.0.68:80 -r 192.168.10.13:80 -m
DR模型
- 设置要点:
- 在各RS修改内核参数,限制arp响应和通告级别:
``` 限制响应级别:arp_ignore 0:默认值,在本机任意一接口上响应到达本机任意一接口的报文;目的IP与直连接口不在同一网络,而是其他接口,也予以响应; 1:仅在请求目的IP是本机接收到报文接口的IP,才予以响应;
- 在各RS修改内核参数,限制arp响应和通告级别:
限制通告级别:arp_announce 0:默认值,将本机所有接口信息向每一个接口进行通告; 1:尽量避免向非直连网络进行通告; 2:必须避免向非直连网络通告自己的信息;
2. **实验环境:**<br /> Director(ens33 : 192.168.10.11 , ens33:0 : 192.168.10.99)<br /> RS1(ens33 : 192.168.10.12 , lo:0 192.168.10.99)<br /> RS1(ens33 : 192.168.10.13 , lo:0 192.168.10.99)<br /> LNMP环境与LVS-NAT一致2. **配置各网卡信息,并抑制RS发送响应和请求arp**```bash#在Director上配置ifconfig ens33:0 192.168.10.99 netmask 255.255.255.255 broadcast 192.168.10.99 up#配置ens33虚拟地址为192.168.10.99 且其掩码为32为,表示其网段内只有自己这一可用IPecho 1 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_ignore #抑制RS1上的网卡发送ARPecho 1 > /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_ignoreecho 2 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_announceecho 2 > /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_announceifconfig lo:0 192.168.10.99 netmask 255.255.255.255 broadcast 192.168.10.99 uproute add -host 192.168.10.99 dev lo:0 #将地址是192.168.10.99的报文从lo:0接口发出#RS1与RS2配置一致ipvsadm -A -t 192.168.10.99:80 -s rripvsadm -a -t 192.168.10.99:80 -r 192.168.10.11 -gipvsadm -a -t 192.168.10.99:80 -r 192.168.10.12 -g
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