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[系统运维]linux项目实战---lamp架构（五）LVS负载均衡

一.LVS负载均衡

1. LVS简介

LVS（Linux Virtual Server）即Linux虚拟服务器，是由章文嵩博士主导的开源负载均衡项目，目前LVS已经被集成到Linux内核模块中。该项目在Linux内核中实现了基于IP的数据请求负载均衡调度方案，其体系结构如图1所示，终端互联网用户从外部访问公司的外部负载均衡服务器，终端用户的Web请求会发送给LVS调度器，调度器根据自己预设的算法决定将该请求发送给后端的某台Web服务器，比如，轮询算法可以将外部的请求平均分发给后端的所有服务器，终端用户访问LVS调度器虽然会被转发到后端真实的服务器，但如果真实服务器连接的是相同的存储，提供的服务也是相同的服务，最终用户不管是访问哪台真实服务器，得到的服务内容都是一样的，整个集群对用户而言都是透明的。最后根据LVS工作模式的不同，真实服务器会选择不同的方式将用户需要的数据发送到终端用户，LVS工作模式分为NAT模式、TUN模式、FULLNAT模式以及DR模式。

2.基于DR的LVS负载均衡

在LVS（TUN）模式下，由于需要在LVS调度器与真实服务器之间创建隧道连接，这同样会增加服务器的负担。与LVS（TUN）类似，DR模式也叫直接路由模式，其体系结构如图4所示，该模式中LVS依然仅承担数据的入站请求以及根据算法选出合理的真实服务器，最终由后端真实服务器负责将响应数据包发送返回给客户端。与隧道模式不同的是，直接路由模式（DR模式）要求调度器与后端服务器必须在同一个局域网内，VIP地址需要在调度器与后端所有的服务器间共享，因为最终的真实服务器给客户端回应数据包时需要设置源IP为VIP地址，目标IP为客户端IP，这样客户端访问的是调度器的VIP地址，回应的源地址也依然是该VIP地址（真实服务器上的VIP），客户端是感觉不到后端服务器存在的。由于多台计算机都设置了同样一个VIP地址，所以在直接路由模式中要求调度器的VIP地址是对外可见的，客户端需要将请求数据包发送到调度器主机，而所有的真实服务器的VIP地址必须配置在Non-ARP的网络设备上，也就是该网络设备并不会向外广播自己的MAC及对应的IP地址，真实服务器的VIP对外界是不可见的，但真实服务器却可以接受目标地址VIP的网络请求，并在回应数据包时将源地址设置为该VIP地址。调度器根据算法在选出真实服务器后，在不修改数据报文的情况下，将数据帧的MAC地址修改为选出的真实服务器的MAC地址，通过交换机将该数据帧发给真实服务器。整个过程中，真实服务器的VIP不需要对外界可见
在这里插入图片描述

DR知识点：

mac转换为rs的地址
不处理数据，只改mac，转发
只有获取vip才能与RS连接
dr模式必须要在一个vlan
在同一个vlan要屏蔽相同vip，避免冲突
mac地址在第二层数据链路层
只有DR vip对外响应
DR>TUN>NAT>FULLNAT 性能对比
DR 对后端没有健康检测，DNS也没有后端健康监测
Client----DR—RS–Client

ipvsadm：

ipvs与iptables优先级，iptables优先级最高
内核里用netfiter
firewall 企业8使用门槛低
netfiter----ipvs iptables----firewalld
iptables允许：80进入 ipvs 进行执行设置好lvs策略

二.ipvsadm实现Apache负载均衡横

实现基本负载均衡需要三台虚拟机，server1作为转换端，server2/3提供Apache服务

server1:172.25.3.1
server2:172.25.3.2
server3:172.25.3.3
vip:172.25.3.100

server1：


yum install -y ipvsadm

ip addr add 172.25.3.100/24 dev eth0  #添加vip

ipvsadm -A -t 172.25.3.100:80 -s rr
ipvsadm  -a -t 172.25.3.100:80 -r 172.25.3.2:80 -g
ipvsadm  -a -t 172.25.3.100:80 -r 172.25.3.3:80 -g
ipvsadm -ln # 查看配置信息

在这里插入图片描述
server1 MAC地址及ip：

server2/3配置:
二者配置一致，ip分别为2/3

yum install -y httpd
 systemctl  start httpd.service 
 echo server2 > /var/www/html/index.html

在这里插入图片描述

添加vip：

ip addr add 172.25.3.100/24 dev eth0
ip addr

在这里插入图片描述
测试负载均衡：
for i in {1…10};do curl 172.25.3.100;done

在这里插入图片描述
测试达到效果，连接到的100 ip对应也是server1的MAC地址，但如果将访问的删除，ping通100，将得到server3的MAC地址，此时将绕过server1，直接获取server3信息，不满足负载均衡的定义。
删除地址：

获取server3 MAC：
在这里插入图片描述
访问100：

因此，我们需要配置ip隐藏策略，即设置不可以通过vip 172.25.3.100直接访问server2/3，又能保证提供server2/3服务。
配置ip隐藏策略：

yum install -y arptables.x86_64 

arptables -A INPUT -d 172.25.3.100 -j DROP
arptables -A OUTPUT -s 172.25.3.100 -j mangle --mangle-ip-s 172.25.3.2
arptables-save 
arptables-save  > /etc/sysconfig/arptables #arp设置存入
systemctl  restart  arptables.service  #重启，写入设置

arptables -nL

在这里插入图片描述

测试：

成功
在这里插入图片描述

三.keepalive实现DR模式故障检测

之前简介中，讲述过DR模式的缺点是无法发现客户端故障，依旧按照LVS策略进行访问客户端，出现connection reject问题，本节将通过keepalive实现故障检测。

首先，删除server1之前的3.100的配置，server2/3配置不变

 ip addr del 172.25.3.100/24 dev eth0

#清空ipvs配置    
 ipvsadm -C      
 ipvsadm -ln

在这里插入图片描述

安装mail用于接受故障邮件：
在这里插入图片描述

安装及配置keepalive：

cd /etc/keepalived/

vim keepalived.conf

systemctl  start keepalived.service

在这里插入图片描述
配置内容：

global_defs {
   notification_email {
	root@localhost
   }
   notification_email_from keepalived@localhost
   smtp_server 127.0.0.1
   smtp_connect_timeout 30
   router_id LVS_DEVEL
   vrrp_skip_check_adv_addr
   #vrrp_strict
   vrrp_garp_interval 0
   vrrp_gna_interval 0
}

vrrp_instance VI_1 {
    state MASTER
    interface eth0
    virtual_router_id 3
    priority 100
    advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass 1111
    }
    virtual_ipaddress {
	172.25.3.100
    }
}

#ipvs配置自动生成

virtual_server 172.25.3.100 80 {
    delay_loop 6
    lb_algo rr
    lb_kind DR
    #persistence_timeout 50
    protocol TCP

    real_server 172.25.3.2 80  {
        weight 1
        TCP_CHECK  {
            connect_timeout 3
            nb_get_retry 3
            delay_before_retry 3
        }
    }
    real_server 172.25.3.3 80  {
        weight 1
        TCP_CHECK  {
            connect_timeout 3
            nb_get_retry 3
            delay_before_retry 3
        }
    }
}

测试：
正常状态

vip自动生成：
在这里插入图片描述
查看ipvsadn：

for i in {1..10};do curl 172.25.3.100;done

在这里插入图片描述

stop server2：

systemctl stop httpd

在这里插入图片描述

错误邮件信息：

[root@server1 keepalived]# mail
Heirloom Mail version 12.5 7/5/10.  Type ? for help.
"/var/spool/mail/root": 1 message 1 new

>N  1 keepalived@localhost  Sat Jul 10 03:13  17/634   "[LVS_DEVEL] Realserve"
>& 1
>Message  1:
>From keepalived@localhost.localdomain  Sat Jul 10 03:13:22 2021
>Return-Path: <keepalived@localhost.localdomain>
>X-Original-To: root@localhost
>Delivered-To: root@localhost.localdomain
>Date: Sat, 10 Jul 2021 03:13:22 -0400
>From: keepalived@localhost.localdomain
>Subject: [LVS_DEVEL] Realserver [172.25.3.2]:80 - DOWN
>X-Mailer: Keepalived
>To: root@localhost.localdomain
>Status: R

四.keepalive实现LVS高可用

由于server1为LVS策略服务提供者，当server1宕机时候，将导致访问及负载均衡都无法进行，因此需要采用高可用方式，双机热备确保LVS稳定性。

高可用描述：配置一台BACKUP 端server4，具备与server1相同LVS策略配置，当server1出现故障宕机时，将vip转移至server4，并切换server4为MASTER，继续提供服务。当server1恢复正常，再将vip及MASTER转移至server1（server1优先级大于server4）

配置新虚拟机server4：172.25.3.4

安装keepalived、ipvsadm

修改配置文件 backup、priority

vrrp_instance VI_1 {
    state BACKUP #此处与server1不同 身份为BACKUP
    interface eth0
    virtual_router_id 3
    priority 50 # 优先级50 小于MASTER
    advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass 1111
    }
    virtual_ipaddress {
        172.25.3.100
    }
}
#其余配置内容同server1