lvs简介
LVS:Linux Virtual Server，负载调度器，内核集成，章文嵩，阿里的四SLB(Server LoadBalance)是基 于LVS+keepalived实现
lvs集群体系结构
工作原理：
VS根据请求报文的目标IP和目标协议及端口将其调度转发至某RS，根据调度算法来挑选RS
lvs集群的类型
lvs-nat： 修改请求报文的目标IP,多目标IP的DNAT lvs-dr： 操纵封装新的MAC地址
lvs-tun： 在原请求IP报文之外新加一个IP首部
lvs-fullnat： 修改请求报文的源和目标IP
nat模式
本质是多目标IP的DNAT，通过将请求报文中的目标地址和目标端口修改为某挑出的RS的RIP和 PORT实现转发
RIP和DIP应在同一个IP网络，且应使用私网地址;RS的网关要指向DIP
请求报文和响应报文都必须经由Director转发， Director易于成为系统瓶颈
支持端口映射，可修改请求报文的目标PORT
VS必须是Linux系统， RS可以是任意OS系统
nat模式数据逻辑
1.客户端发送访问请求，请求数据包中含有请求来源（cip），访问目标地址（VIP）访问目标端口 （9000port）
2.VS服务器接收到访问请求做DNAT把请求数据包中的目的地由VIP换成RS的RIP和相应端口
3.RS1相应请求，发送响应数据包，包中的相应保温为数据来源（RIP1）响应目标（CIP）相应端口 （9000port）
4.VS服务器接收到响应数据包，改变包中的数据来源（RIP1-->VIP）,响应目标端口（9000-->80） 5.VS服务器把修改过报文的响应数据包回传给客户端
6.lvs的NAT模式接收和返回客户端数据包时都要经过lvs的调度机，所以lvs的调度机容易阻塞
客户请求到达vip后进入PREROUTING,在没有ipvs的时候因该进入本机INPUT,当IPVS存在后访问请求在通 过PREROUTING后被ipvs结果并作nat转发
因为ipvs的作用点是在PREROUTING和INPUT链之间，所以如果在prerouting中设定规则会干扰ipvs的工作。所以在做lvs时要把iptables的火墙策略全清理掉。
DR模式
DR： Direct Routing，直接路由， LVS默认模式,应用最广泛,通过为请求报文重新封装一个MAC首部进行 转发，源MAC是DIP所在的接口的MAC，目标MAC是某挑选出的RS的RIP所在接口的MAC地址；源IP/PORT，以及目标IP/PORT均保持不变
DR模式数逻辑
在DR模式中， RS接收到访问请求后不需要回传给VS调度器，直接把回传数据发送给client，所以RS和vs 上都要有vip
DR模式数据传输过程
1.客户端发送数据帧给vs调度主机帧中内容为客户端IP+客户端的MAC+VIP+VIP的MAC
2.VS调度主机接收到数据帧后把帧中的VIP的MAC该为RS1的MAC，此时帧中的数据为客户端IP+客户端 的MAC+VIP+RS1的MAC
3.RS1得到2中的数据包做出响应回传数据包，数据包中的内容为VIP+RS1的MAC+客户端IP+客户端IP的 MAC
DR模式的特点
1.Director和各RS都配置有VIP
2.确保前端路由器将目标IP为VIP的请求报文发往Director
3.在前端网关做静态绑定VIP和Director的MAC地址
4.RS的RIP可以使用私网地址，也可以是公网地址； RIP与DIP在同一IP网络； 5.RIP的网关不能指向DIP，以确保响应报文不会经由Director
6.RS和Director要在同一个物理网络
7.请求报文要经由Director，但响应报文不经由Director，而由RS直接发往Client 8.不支持端口映射（端口不能修败）
TUN模式
转发方式：不修改请求报文的IP首部（源IP为CIP，目标IP为VIP），而在原IP报文之外再封装一个IP首部 （源IP是DIP，目标IP是RIP），将报文发往挑选出的目标RS； RS直接响应给客户端（源IP是VIP，目标IP 是CIP）
TUN模式数据传输过程
1.客户端发送请求数据包，包内有源IP+vip+dport
2.到达vs调度器后对客户端发送过来的数据包重新封装添加IP报文头，新添加的IP报文头中包含 TUNSRCIP(DIP)+TUNDESTIP(RSIP1)并发送到RS1
3.RS收到VS调度器发送过来的数据包做出响应，生成的响应报文中包含SRCIP(VIP)+DSTIP（ CIP） +port，响应数据包通过网络直接回传给client
lvs的调度算法
静态方法：仅根据算法本身进行调度，不考虑RS的负载情况
动态方法：主要根据每RS当前的负载状态及调度算法进行调度Overhead=value较小的RS将被调度
lvs静态调度算法
1、 RR： roundrobin 轮询 RS分别被调度，当RS配置有差别时不推荐
2、WRR：Weighted RR，加权轮询根据RS的配置进行加权调度，性能差的RS被调度的次数少
3、SH ：Source Hashing，实现session sticky，源IP地址hash；将来自于同一个IP地址的请求始终发往 第一次挑中的RS，从而实现会话绑定
4、 DH： Destination Hashing；目标地址哈希，第一次轮询调度至RS，后续将发往同一个目标地址的请 求始终转发至第一次挑中的RS，典型使用场景是正向代理缓存场景中的负载均衡，如：宽带运营商
lvs动态调度算法
1、 LC： least connections（最少链接发）
适用于长连接应用Overhead（负载值） =activeconns（活动链接数） x 256+inactiveconns（非活 动链接数）
2、WLC：Weighted LC（权重最少链接）
默认调度方法Overhead=(activeconns x 256+inactiveconns)/weight
3、SED ：Shortest Expection Delay,
初始连接高权重优先Overhead=(activeconns+1+inactiveconns) x 256/weight
但是，当node1的权重为1 ， node2的权重为10，经过运算前几次的调度都会被node2承接
4、 NQ： Never Queue，第一轮均匀分配，后续SED
5、 LBLC： Locality-Based LC，动态的DH算法，使用场景：根据负载状态实现正向代理
6、 LBLCR： LBLC with Replication，带复制功能的LBLC，解决LBLC负载不均衡问题，从负载重的复制 到负载轻的RS
lvs实操
lvs的NAT模式
环境图
lvs主机-----rhel9--两张网卡
eth0:172.25.254.100 lvs.timinglee.org NAT模式eth1:192.168.0.100 lvs.timinglee.org 仅主机模式[root@lvs ~]# cat /etc/NetworkManager/systemconnections/eth0.nmconnection
[connection]
id=eth0
type=ethernet
interface-name=eth0
[ipv4]
address1=172.25.254.100/24,172.25.254.2
method=manual
dns=114.114.114.114;
[root@lvs ~]# cat /etc/NetworkManager/systemconnections/eth1.nmconnection
[connection]
id=eth1
type=ethernet
interface-name=eth1
[ipv4]
address1=192.168.0.100/24
method=manual
[root@lvs ~]# nmcli connection reload
[root@lvs ~]# nmcli connection up eth0webserver1主机----rhel9---仅主机
[root@webserver1 ~]# cat /etc/NetworkManager/systemconnections/eth0.nmconnection
[connection]
id=eth0
type=ethernet
interface-name=eth0
[ipv4]
address1=192.168.0.10/24,192.168.0.100
method=manual
dns=114.114.114.114;
[root@webserver1 ~]# nmcli connection reload
[root@webserver1 ~]# nmcli connection up eth0
webserver2----rhel9----仅主机
[root@webserver2 ~]# cat /etc/NetworkManager/system-connections/eth0.nmconnection
[connection]
id=eth0
type=ethernet
interface-name=eth0
[ipv4]
address1=192.168.0.20/24,192.168.0.100
method=manual
dns=114.114.114.114;
[root@webserver2 ~]# nmcli connection reload
[root@webserver2 ~]# nmcli connection up eth0
webserver1配置部分
[root@webserver1 ~]# dnf install httpd -y
[root@webserver1 ~]# echo webserver1 - 192.168.0.10 > /var/www/html/index.html
[root@webserver1 ~]# systemctl enable --now httpd
webserver2配置部分
[root@webserver2 ~]# dnf install httpd -y
[root@webserver2 ~]# echo webserver2 - 192.168.0.20 > /var/www/html/index.html
[root@webserver2 ~]# systemctl enable --now httpd
lvs主机配置部分
[root@lvs ~]# dnf search lvs
[root@lvs ~]# dnf install ipvsadm -y
# 查看策略
[root@lvs ~]# ipvsadm -Ln #查看有哪些策略
[root@lvs ~]# cat /etc/sysconfig/ipvsadm # 查看位于 /etc/sysconfig/ 目录下名为 ipvsadm 的文件的内容
ipvsadm命令
核心功能:
集群服务管理:增、删、改
集群服务的RS管理:增、删、改
查看
命令参数
ipvsadm -D -t|u|f service-address 删除
ipvsadm –C 清空
ipvsadm –R 重载
ipvsadm -S [-n] 保存
lvs集群中的增删改
1.管理集群服务中的增删改
ipvsadm -A|E -t|u|f service-address [-s scheduler] [-p [timeout]]
-A #添加
-E #修改
-t #tcp服务 -u #udp服务
-s #指定调度算法，默认为WLC
-p #设置持久连接超时，持久连接可以理解为在同一个时间段同一个来源的请求调度到同一Realserver -f #firewall mask 火墙标记，是一个数字
2.管理集群中RealServer的曾增删改
-a #添加realserver
-e #更改realserver
-t #tcp协议
-u #udp协议
-f #火墙 标签
-r #realserver地址
-g #直连路由模式
-i #ipip隧道模式
-m #nat模式
-w #设定权重
-Z #清空计数器
-C #清空lvs策略
-L #查看lvs策略
-n #不做解析
--rate ：输出速率信息
# -A:用于添加一个新的虚拟服务器 -t:指定了虚拟服务器的地址和端口 -s:指定了调度算法 rr:轮询算法
[root@lvs ~]# ipvsadm -A -t 172.25.254.100:80 -s rr
[root@lvs ~]# ipvsadm -Ln (有)
# -a:用于向虚拟服务器添加一个新的真实服务器 -t:虚拟服务器的地址和端口 -r:要添加的真实服务器的地址和端口 -m:指定了转发方法，即NAT（网络地址转换）模式
[root@lvs ~]# ipvsadm -a -t 172.25.254.100:80 -r 192.168.0.10:80 -m
[root@lvs ~]# ipvsadm -a -t 172.25.254.100:80 -r 192.168.0.20:80 -m
# 保存
[root@lvs ~]# ipvsadm-save > /etc/sysconfig/ipvsadm
#永久保存
[root@lvs ~]# ipvsadm-save -n > /etc/sysconfig/ipvsadm
lvs的DR模式
环境图
lvsz主机配置
router主机配置--eth0>nat ----eth1>仅主机
client1 主机配置---eth0--nat
lvs内核路由功能打开
[root@lvs ~]# vim /etc/sysctl.conf
在lvs 和 webserver1和webserver2中设定vip
在RS1和RS2中解决响应问题
解决vip响应问题
DR模型中各主机上均需要配置VIP，解决地址冲突的方式有三种：
(1)在前端网关做静态绑定
(2)在各RS使用arptables
(3)在各RS修改内核参数，来限制arp响应和通告的级别
限制响应级别:arp_ignore
0:默认值，表示可使用本地任意接口上配置的任意地址进行响应
1:仅在请求的目标IP配置在本地主机的接收到请求报文的接口上时，才给予响应
限制通告级别:arp_announce
0:默认值，把本机所有接口的所有信息向每个接口的网络进行通告
1:尽量避免将接口信息向非直接连接网络进行通告
2:必须避免将接口信息向非本网络进行通告
在lvs中配置策略
防火墙标签解决轮询错误-----火墙mark标记解决调度问题
在webserver1和webserver2中安装mod_ssl并重启apache ]
# yum install mod_ssl -y
# systemctl restart httpd
netstat -antup | grep http
在lvs中设置调度，因为我们要调度80和443两个端口所以我们需要设定两组策略
先使用ipvsadm -C 清空策略
lvs主机为端口做标记
[root@lvs ~]# iptables -t mangle -nL
[root@lvs ~]# iptables -t mangle -A PREROUTING -d 192.168.0.200 -p tcp -m multiport --dports 80,443 -j MARK --set-mark 66
[root@lvs ~]# iptables -t mangle -nL
添加新策略
再次测试
