關於LVS的部署、案例、以及常見問題分析
一、LVS的部署
LVS現在已經整合在linux核心模組中，但整個LVS環境又分為核心層和使用者層，核心層負責核心演算法的實現，使用者層需要安裝ipvsadm工具，通過命令列將管理員需要的工作模式與實現演算法傳遞給核心來實現。LVS的核心名稱為ip_vs，命令列工具在Centos6.3（以及以上的版本）光碟中已經自帶，我們可以使用YUM方式安裝ipvsadm，也可以自行到官網下載使用原始碼安裝。
1.原始碼安裝
原始碼安裝軟體前需要使用YUM安裝相關的依賴軟體包。ipvsadm原始碼軟體可以從官方網站下載，下載後使用的標準的make、make install，編譯、安裝即可。
[[email protected] ~]# wget http://www.linuxvirtualsever.org/software/kernel-2.6/ipvsadm-1.26.tar.gz
[[email protected] ~]# tar -zxvf ipvsadm-1.26.tar.gz -C /usr/src/
[[email protected] ~]# cd /usr/src/ipvsadm-1.26
[[email protected] ~]# make
[[email protected] ~]# make install
2.YUM安裝
YUM安裝需要確保本機可以連線YUM源，可以從YUM源中下載RPM格式軟體包。
[[email protected] ~]# yum - y install ipvsadm
無論使用哪種方式安裝ipvsadm軟體，安裝完成後都會生成一個同名的命令工具，我們需要是應該命令來管理配置LVS虛擬伺服器組和相應的排程演算法。
二、ipvsadm 命令的描述和用法
描述：Linux虛擬伺服器管理工具。
用法：ipvsadm 選項 伺服器地址 -s 演算法
ipvsadm 選項 伺服器地址 -r 真實伺服器地址 [工作模式] [權重] ...
選項：
-A 新增一個虛擬服務，使用IP地址、埠號、協議來唯一定義一個虛擬服務
-E 編輯一個虛擬服務
-D 刪除一個虛擬服務
-C 清空虛擬服務列表
-R 從標準輸入中還原虛擬服務規則
-S 儲存虛擬服務規則至標準輸出，輸出的規則可以使用-R匯入還原
-a 在虛擬服務中新增一臺真實伺服器
-e 在虛擬服務中編輯一臺真實伺服器
-d 在虛擬服務中減少一臺真實伺服器
-L 顯示虛擬服務列表
-t 使用TCP服務，該引數後需要跟主機與埠資訊
-u 使用UDP服務，該引數後需要跟主機與埠資訊
-s 指定LVS採用的排程演算法
-r 設定真實伺服器IP地址與埠資訊
-g 設定LVS工作模式為DR直連路由模式
-i 設定LVS工作模式為TUN隧道模式
-m 設定LVS工作模式為NAT地址轉換模式
-w 設定指定伺服器的權重
-c 連線狀態，需要配合-L使用
-n 數字格式輸出
三、LVS負載均衡應用案例
案例1：基於NAT工作模式的負載均衡
伺服器IP地址設定見表1 。所有訪問lvs.example.com 這臺主機的VIP地址的80埠的請求資料包都將被均衡地排程到三臺真實的伺服器上。
LVS負載均衡排程器的設定。首先，需要為整個拓撲環境設定網路引數，案例中使用靜態IP地址的方式配置網路，由於LVS排程器使用了兩塊網絡卡，這裡需要修改ifcfg-eth0以及ifcfg-eth1兩塊網絡卡配置檔案。
[[email protected] ~]# vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-eth0
DEVICE=eth0
BOOTPROTO=static
ONBOOT=yes
TYPE=Ethernet
IPADDR=192.168.0.254
NETMASK=255.255.255.0
DNS1=202.106.0.20
[[email protected] ~]# vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-eth1
DEVICE=eth1
BOOTPROTO=static
ONBOOT=yes
TYPE=Ethernet
IPADDR=124.126.147.168
NETMASK=255.255.255.240
GATEWAY=124.126.147.169
DNS1=202.106.0.20
[[email protected] ~]# service network restart #重啟網路服務
[[email protected] ~]# yum -y install ipvsadm #安裝ipvsadm命令工具
使用ipvsadm命令工具新增一個虛擬服務，併為該虛擬服務設定一組具體的後端伺服器主機和虛擬服務的排程演算法。
[[email protected] ~]# ipvsadm -A -t 124.126.147.168:80 -s rr
[[email protected] ~]# ipvsadm -a -t 124.126.147.168:80 -r 192.168.0.1:80 -m
[[email protected] ~]# ipvsadm -a -t 124.126.147.168:80 -r 192.168.0.2:80 -m
[[email protected] ~]# ipvsadm -a -t 124.126.147.168:80 -r 192.168.0.3:80 -m
[[email protected] ~]# service ipvsadm save #儲存排程規則
[[email protected] ~]# sed -l /ip_forward/s/0/1 /etc/sysctl.conf #開啟路由轉發功能
[[email protected] ~]# sysctl -p #重新載入sysctl.conf
[[email protected] ~]# iptables -F
[[email protected] ~]# iptables -X
[[email protected] ~]# service iptables save
後端真實伺服器設定（這裡為了可以驗證排程器每次選取的是不同的伺服器，我們將每個真實web伺服器的頁面內容設定為不同內容，而真實生產環境中所有的Web伺服器都應該提供相同的頁面內容）。與LVS排程器主機一樣，首先要根據實際的網路環境為真實伺服器設定網路引數，通過修改ifcfg-eth0即可實現。
[[email protected] ~]# vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-eth0
DEVICE=eth0
BOOTPROTO=static
ONBOOT=yes
TYPE=Ethernet
IPADDR=192.168.0.1
NETMASK=255.255.255.0
GATEWAY=192.168.0.254
由於LVS排程器會將請求轉發給後端真實伺服器，所以所有的後端伺服器都需要配置Web服務。為了使得內容結構簡單、突出實驗目的，本次案例僅生成一個測試用頁面檔案index.html 。
[[email protected] ~]# yum -y install httpd
[[email protected] ~]# service httpd start
[[email protected] ~]# service network restart
[[email protected] ~]# echo "192.168.0.1" > /var/www/html/index.html
[[email protected] ~]# iptables -F
[[email protected] ~]# iptables -X
[[email protected] ~]# service iptables save
下面web2 與 web3伺服器主機的具體操作步驟。因為都承擔著後端真實伺服器的角色，所以操作步驟與web1 主機基本一致，IP地址等細緻問題需要根據環境的實際情況進行修改。
[[email protected] ~]# vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-eth0
DEVICE=eth0
BOOTPROTO=static
ONBOOT=yes
TYPE=Ethernet
IPADDR=192.168.0.2
NETMASK=255.255.255.0
GATEWAY=192.168.0.254
[[email protected] ~]# yum -y install httpd
[[email protected] ~]# service httpd start
[[email protected] ~]# service network restart
[[email protected] ~]# echo "192.168.0.2" > /var/www/html/index.html
[[email protected] ~]# iptables -F
[[email protected] ~]# iptables -X
[[email protected] ~]# service iptables save
[[email protected] ~]# vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-eth0
DEVICE=eth0
BOOTPROTO=static
ONBOOT=yes
TYPE=Ethernet
IPADDR=192.168.0.3
NETMASK=255.255.255.0
GATEWAY=192.168.0.254
[[email protected] ~]# yum -y install httpd
[[email protected] ~]# service httpd start
[[email protected] ~]# service network restart
[[email protected] ~]# echo "192.168.0.3" > /var/www/html/index.html
[[email protected] ~]# iptables -F
[[email protected] ~]# iptables -X
[[email protected] ~]# service iptables save
驗證：
客戶端可是使用瀏覽器訪問http://124.126.147.168,最終可以訪問到真實伺服器所提供的頁面內容，由於LVS採用RR（輪詢）排程演算法，所以不同的連線請求將被平均分配到不同的後端伺服器上。本例中由於採用所有的頁面都不相同，所以不同的客戶端訪問http://124.126.147.168 後將得到不同的頁面內容。
案例2：基於DR工作模式的負載均衡
伺服器IP地址設定見表2.所有訪問lvs.example.com這臺主機的VIP地址（124.126.147.168）的80埠都將被均衡地排程到三臺真實的伺服器上。真實的伺服器在收到排程器轉發過來的請求後直接通過Router路由器傳送響應資料給客戶端，這裡要求所有真實伺服器的閘道器地址指向Router的內網IP地址，由於排程器有真實伺服器都設定了VIP地址，所以要求真實伺服器在Non-ARP設定上配置VIP地址。本次案例使用的所有伺服器均為Linux作業系統，我們使用Linux來承擔軟路由的功能。
LVS負載均衡排程器設定，首先部署網路拓撲環境，修改網絡卡配置檔案。
[[email protected] ~]# vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-eth0
DEVICE=eth0
BOOTPROTO=static
ONBOOT=yes
TYPE=Ethernet
IPADDR=124.126.147.168
NETMASK=255.0.0.0
DNS1=202.106.0.20
[[email protected] ~]# vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-eth1
DEVICE=eth1
BOOTPROTO=static
ONBOOT=yes
TYPE=Ethernet
IPADDR=192.168.0.254
NETMASK=255.255.255.0
DNS1=202.106.0.20
[[email protected] ~]# service network restart #重啟網路服務
[[email protected] ~]# yum -y install ipvsadm #安裝ipvsadm命令工具
使用ipvsadm命令工具新增一個虛擬服務，併為該虛擬服務設定一組具體的後端伺服器主機和虛擬服務的排程演算法。
[[email protected] ~]# ipvsadm -A -t 124.126.147.168:80 -s wrr
[[email protected] ~]# ipvsadm -a -t 124.126.147.168:80 -r 192.168.0.1:80 -g -w 1
[[email protected] ~]# ipvsadm -a -t 124.126.147.168:80 -r 192.168.0.2:80 -g -w 2
[[email protected] ~]# ipvsadm -a -t 124.126.147.168:80 -r 192.168.0.3:80 -g -w 3
[[email protected] ~]# service ipvsadm save #儲存排程規則
[[email protected] ~]# iptables -F
[[email protected] ~]# iptables -X
[[email protected] ~]# service iptables save
真實web伺服器設定如下（這裡為了可以驗證排程器每次選取的是不同的伺服器，我們將每個真實web伺服器的頁面內容設定為不同內容，而真實生產環境中所有的Web伺服器都應該提供相同的頁面內容）。注意，因為排程器與真實伺服器都設定了VIP地址，所以這裡都要求所有的真實伺服器要禁止對VIP地址的ARP響應，方法是通過arp_ignore 與 arp_announce來實現的：
[[email protected] ~]# vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-eth0
DEVICE=eth0
BOOTPROTO=static
ONBOOT=yes
TYPE=Ethernet
IPADDR=192.168.0.1
NETMASK=255.255.255.0
GATEWAY=192.168.0.253[[email protected] ~]# vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-lo:0
DEVICE=lo:0
BOOTPROTO=static
ONBOOT=yes
TYPE=Ethernet
IPADDR=124.126.147.168
NETMASK=255.255.255.255
GATEWAY=192.168.0.253
[[email protected] ~]# vim /etc/sysctl.conf
net.ipv4.conf.eth0.arp_ignore = 1
net.ipv4.conf.eth0.arp_announce = 2
net.ipv4.conf.all.arp_ignore = 1
net.ipv4.conf.all.arp_announce = 2
[[email protected] ~]# sysctl -p
[[email protected] ~]# yum -y install httpd
[[email protected] ~]# service httpd start
[[email protected] ~]# service network restart
[[email protected] ~]# echo "192.168.0.1" > /var/www/html/index.html
[[email protected] ~]# iptables -F
[[email protected] ~]# iptables -X
[[email protected] ~]# service iptables save
[[email protected] ~]# vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-eth0
DEVICE=eth0
BOOTPROTO=static
ONBOOT=yes
TYPE=Ethernet
IPADDR=192.168.0.2
NETMASK=255.255.255.0
GATEWAY=192.168.0.253[[email protected] ~]# vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-lo:0
DEVICE=lo:0
BOOTPROTO=static
ONBOOT=yes
TYPE=Ethernet
IPADDR=124.126.147.168
NETMASK=255.255.255.255
GATEWAY=192.168.0.253
[[email protected] ~]# vim /etc/sysctl.conf
net.ipv4.conf.eth0.arp_ignore = 1
net.ipv4.conf.eth0.arp_announce = 2
net.ipv4.conf.all.arp_ignore = 1
net.ipv4.conf.all.arp_announce = 2
[[email protected] ~]# sysctl -p
[[email protected] ~]# yum -y install httpd
[[email protected] ~]# service httpd start
[[email protected] ~]# service network restart
[[email protected] ~]# echo "192.168.0.2" > /var/www/html/index.html
[[email protected] ~]# iptables -F
[[email protected] ~]# iptables -X
[[email protected] ~]# service iptables save
[[email protected] ~]# vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-eth0
DEVICE=eth0
BOOTPROTO=static
ONBOOT=yes
TYPE=Ethernet
IPADDR=192.168.0.3
NETMASK=255.255.255.0
GATEWAY=192.168.0.253[[email protected] ~]# vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-lo:0
DEVICE=lo:0
BOOTPROTO=static
ONBOOT=yes
TYPE=Ethernet
IPADDR=124.126.147.168
NETMASK=255.255.255.255
GATEWAY=192.168.0.253
[[email protected] ~]# vim /etc/sysctl.conf
net.ipv4.conf.eth0.arp_ignore = 1
net.ipv4.conf.eth0.arp_announce = 2
net.ipv4.conf.all.arp_ignore = 1
net.ipv4.conf.all.arp_announce = 2
[[email protected] ~]# sysctl -p
[[email protected] ~]# yum -y install httpd
[[email protected] ~]# service httpd start
[[email protected] ~]# service network restart
[[email protected] ~]# echo "192.168.0.3" > /var/www/html/index.html
[[email protected] ~]# iptables -F
[[email protected] ~]# iptables -X
[[email protected] ~]# service iptables save
路由器（Router）採用Linux作為軟體路由來實現本例，具體操作如下。
[[email protected] ~]# vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-eth0
DEVICE=eth0
BOOTPROTO=static
ONBOOT=yes
TYPE=Ethernet
IPADDR=192.168.0.253
NETMASK=255.255.255.0
[[email protected] ~]# vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-eth1
DEVICE=eth1
BOOTPROTO=static
ONBOOT=yes
TYPE=Ethernet
IPADDR=124.126.147.168
NETMASK=255.0.0.0
NETMASK=255.255.255.0
[[email protected] ~]# vim /etc/sysctl.conf
net.ipv4.ip_forward = 1
[[email protected] ~]# sysctl -p
[[email protected] ~]# service network restart
[[email protected] ~]# iptables -F
[[email protected] ~]# iptables -X
[[email protected] ~]# service iptables save
驗證：
客戶端使用瀏覽器訪問http://124.126.147.168,最終可以訪問到真實伺服器所提供的頁面內容，由於LVS採用WRR（加權輪詢）排程演算法，不同的連線請求將被分配到不同的後端伺服器上，但伺服器之間的優先順序不同，本例中由於所有的頁面內容都不相同，所以客戶端多次訪問後將得到不同頁面內容。
四、常見的問題分析
1.路由轉發功能。
在LVS（NAT）工作模式中，LVS排程器必須能夠提供資料轉發功能，而Centos6.3系統預設的規則沒有開啟路由轉發功能，需要手動修改/etc/sysctl.conf 檔案開啟該功能。
2.在LVS（NAT）工作模式中，排程器除了擔當排程角色外，還需要擔當路由的角色，但Centos6.3系統的防火牆轉發規則預設為禁止轉發，因此需要將準發規則清空，具體操作如下
[[email protected] ~]# iptables -F
[[email protected] ~]# iptables -X
[[email protected] ~]# service iptables save
3.在LVS（DR）工作模式下，由於所有的真實伺服器都配置了VIP地址，因此需要設定伺服器不進行鍼對VIP地址的ARP廣播，Linux中可以直接通過arp_ignore與arp_announce 來實現。
arp_ignore 用來定義網絡卡在響應外部ARP請求時的響應級別。
0：預設值，任何網路介面接收到ARP請求後，如果本機的任意介面有該MAC，則予以響應。
1：某個網路介面收到ARP請求後，判斷請求的MAC地址是否是本地介面，是則迴應，否則不迴應。LVS排程器會將客戶請求轉發給真實伺服器的eth0介面，而真實伺服器的VIP地址配置在本地迴環裝置上。
arp_announce 用來定義網絡卡廣播ARP包時的級別。
0：預設值，任何網路介面接收到ARP請求後，如果本機的任意介面有該MAC，則予以響應。
1： 儘量避免響應MAC地址非本地網路介面MAC地址的ARP請求。
2： 不響應MAC地址非本地網路介面MAC地址的ARP請求。
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