LVS 负载均衡服务器搭建

2024-01-24 18:47:40

一、介绍

LVS的英文全称是Linux Virtual Server，即Linux虚拟服务器。由章文嵩博士主导开发的开源负载均衡项目，从2.6内核开始已经被集成到linux内核模块中了。

二、LVS负载均衡调度算法

1. 轮询 rr

调度器通过“轮叫”调度算法将外部请求按顺序轮流分配到集群中的真实服务器（Real Server）上，它均等地对待每一台服务器，而不管服务器上实际的连接数和系统负载。

2. 加权轮询 wrr

调度器通过“加权轮叫”调度算法根据真实服务器（Real Server）的不同处理能力来调度访问请求。这样可以保证处理能力强的服务器能处理更多的访问流量。调度器可以自动问询真实服务器的负载情况，并动态地调整其权值。

3. 最小连接 lc

调度器通过“最少连接”调度算法动态地将请求调度到已建立的链接数最少的服务器上。如果集群系统的真实服务器（Real Server）具有相近的系统性能，采用“最小连接”调度算法可以较好地均衡负载。

4. 加权最小连接 wlc

在集群系统中的服务器性能差异较大的情况下，调度器采用“加权最少链接”调度算法优化负载均衡性能，具有较高权值的服务器将承受较大比例的活动连接负载。服务器的缺省权值为1，系统管理员可以动态地设置服务器的权限。

5. 基于局部的最小连接 lblc

基于局部性的最少链接”调度算法是针对目标IP地址的负载均衡，目前主要用于Cache集群系统。该算法根据请求的目标IP地址找出该目标IP地址最近使用的服务器，若该服务器是可用的且没有超载，将请求发送到该服务器；若服务器不存在，或者该服务器超载且有服务器处于一半的工作负载，则用“最少链接” 的原则选出一个可用的服务器，将请求发送到该服务器。

6. 带复制的基于局部性最少链接 lblcr

带复制的基于局部性最少链接”调度算法也是针对目标IP地址的负载均衡，目前主要用于Cache集群系统。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，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。

7. 目标地址散列 dh

目标地址散列”调度算法根据请求的目标IP地址，作为散列键（Hash Key）从静态分配的散列表找出对应的服务器，若该服务器是可用的且未超载，将请求发送到该服务器，否则返回空。

8. 源地址散列 sh

源地址散列”调度算法根据请求的源IP地址，作为散列键（Hash Key）从静态分配的散列表找出对应的服务器，若该服务器是可用的且未超载，将请求发送到该服务器，否则返回空。

三、ipvsadm命令介绍

用法
ipvsadm     选项  服务器地址   -s  算法
ipvsadm     选项  服务器地址   -r  真是服务器地址     [工作模式]  [权重]

选项
    A               添加一个虚拟服务器
    E               编辑一个虚拟服务器
    D               删除一个虚拟服务器
    C               清空虚拟服务器列表
    R               从标准输入中还原虚拟服务器规则
    S               将虚拟服务器规则保存至标准输出
    a                添加一个真实服务器
    e                编辑一个真实服务器
    d                删除一个真实服务器
    l/L            查看分发列表
    t                 使用tcp协议
    u                使用udp协议
    s                指定算法
    r                设置真实服务器的IP地址和端口信息
    g                DR模式
    i                 tun模式
    m               nat模式
    w               设置真实服务器的权重
    c                查看连接状态，需要配合L使用
    n                以数字形式输出

四、部署LVS NAT集群

1. 工作原理

当用户请求到达director之后，director将请求报文的目标地址（即VIP）改成选定的realserver地址，同时将报文的目标端口也改成选定的realserver的相应端口，最后将报文请求发送到指定的realserver。在服务器端得到数据后，realserver将数据返给director，而director将报文的源地址和源端口改成VIP和相应端口，然后把数据发送给用户，完成整个负载调度过程。

2. 环境说明

操作系统 IP地址 角色
CentOS7 dip:172.16.120.100 vip:172.16.1.100 LVS
CentOS7 rip:172.16.120.101 RS1
CentOS7 rip:172.16.120.102 RS2

3. RS配置

配置IP地址，网关指向LVS主机

4. LVS配置

#开启转发
echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward
#安装软件
yum install -y ipvsadm
#添加分发规则
ipvsadm -A -t 172.16.1.100:80 -s rr
ipvsadm -a -t 172.16.1.100:80 -r 172.16.120.101:80 -m
ipvsadm -a -t 172.16.1.100:80 -r 172.16.120.102:80 -m

五、部署LVS DR集群

1. 工作原理

当用户请求到达director之后，director将请求报文中的源MAC地址修改为DIP的MAC地址，将目标MAC地址修改RIP的MAC地址，将请求发送到指定mac的realserver，而realserver将响应直接返回给客户端，不经过director。这个方式是三种调度中性能最好的，也是我们生产环境中使用最多的。

2. 环境说明

操作系统 IP地址 角色
CentOS7 dip:172.16.120.100 vip:172.16.1.100 LVS
CentOS7 rip:172.16.120.101 lo:0:172.16.1.100 RS1
CentOS7 rip:172.16.120.102 lo:0:172.16.1.100 RS2

3. RS配置

#设置VIP
ifconfig lo:0 172.16.1.100 netmask 255.255.255.255 up
#修改内核参数
echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_ignore
echo 2 > /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_announce
echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_ignore
echo 2 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_announce

4. LVS配置

#配置VIP
ip addr add 172.16.1.100/24 dev eth0:0
#添加分发规则
ipvsadm -A -t 172.16.1.100:80 -s rr
ipvsadm -a -t 172.16.1.100:80 -r 172.16.120.101:80 -g
ipvsadm -a -t 172.16.1.100:80 -r 172.16.120.102:80 -g

六、部署LVS TUN集群

1. 工作原理

当用户请求到达director之后，director进行IP Tunnel封装，即在原有的包头加上IP Tunnel的包头然后发送出去。realserver服务器得根据IP Tunnel包头信息收到请求包，然后解开IP Tunnel包头信息，得到客户的请求包并进行响应处理。而realserver将响应直接返回给客户端，不经过director。

2. 环境说明

操作系统 IP地址 角色
CentOS7 dip:172.16.120.100 vip:172.16.1.100 LVS
CentOS7 rip:172.16.120.101 tunl0:172.16.1.100 RS1
CentOS7 rip:172.16.120.102 tunl0:172.16.1.100 RS2

3. RS配置

#添加隧道
modprobe ipip
ip link set up tunl0
#配置VIP
ifconfig tunl0 172.16.1.100 netmask 255.255.255.255 up
#修改内核参数
echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_ignore
echo 2 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_announce
echo 0 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/rp_filter

4. LVS配置

#修改内核参数
echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward
#添加分发规则
ipvsadm -A -t 172.16.1.100:80 -s rr
ipvsadm -a -t 172.16.1.100:80 -r 172.16.120.101:80 -i
ipvsadm -a -t 172.16.1.100:80 -r 172.16.120.102:80 -i

补充：

arp_ignore 控制系统在收到外部的arp请求时，如何响应。常用的取值主要有0，1，2，3~8较少用到：

0：响应任意网卡上接收到的对本机IP地址的arp请求（包括环回网卡上的地址），而不管该目的IP是否在接收网卡上。

1：只响应目的IP地址为接收网卡上的本地地址的arp请求。

2：只响应目的IP地址为接收网卡上的本地地址的arp请求，并且arp请求的源IP必须和接收网卡同网段。

arp_announce 控制系统在对外发送arp请求时，如何选择arp请求数据包的源IP地址。常用的取值有0，1，2。

0：允许使用任意网卡上的IP地址作为arp请求的源IP

1：尽量避免使用不属于该发送网卡子网的本地地址作为发送arp请求的源IP地址。

2：忽略IP数据包的源IP地址，选择该发送网卡上最合适的本地地址作为arp请求的源IP地址。
rp_filter 参数用于控制系统是否开启对数据包源地址的校验
0：关闭反向路由校验
1：开启严格的反向路由校验。对每个进来的数据包，校验其反向路由是否是最佳路由。如果反向路由不是最佳路由，则直接丢弃该数据包。

2：开启松散的反向路由校验。对每个进来的数据包，校验其源地址是否可达，即反向路由是否能通（通过任意网口），如果反向路径不通，则直接丢弃该数据包。

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