LVS與Keepalived詳解（二）LVS負載均衡實現實操

文章目錄

  • 前言
  • 一、LVS-DR 模式詳解
    • 1.1 數據包流向分析
    • 1.2 DR 模式的特點
  • 二、LVS-DR 集群部署實戰
    • 2.1 環境準備
    • 2.2 配置負載調度器（Director Server）
    • 2.3 配置節點服務器（Real Server）
    • 2.4 測試驗證
  • 三、前期回顧
    • 3.1 LVS 三種工作模式及其區別？
    • 3.2 LVS 調度算法
  • 總結

好的，我已經為您將提供的文檔整理成了一篇結構清晰、層次分明的博客文章，并按照要求添加了前言和總結。

前言

負載均衡是構建高可用服務的核心技術之一，Linux Virtual Server (LVS) 的 DR（Direct Routing）模式以其高性能和低延遲成為熱門選擇。本文將深入解析 LVS-DR 的工作原理，并通過實戰演示如何快速搭建一個高效的負載均衡集群，助您輕松掌握這一關鍵技能。

一、LVS-DR 模式詳解

1.1 數據包流向分析

LVS-DR 模式的工作流程可以清晰地分為以下幾個步驟，理解此流程是掌握 DR 模式的關鍵：

  1. 客戶端發送請求：客戶端（CIP）向負載均衡器（Director Server）的虛擬 IP（VIP）發送請求報文。報文源地址為 CIP，目標地址為 VIP。
  2. 負載均衡器接收并轉發：請求報文到達 Director Server 的內核空間。IPVS（IP 虛擬服務器）模塊判斷該請求的服務是否為已定義的集群服務。如果是，IPVS 會重新封裝數據包的 MAC 頭，將源 MAC 地址改為 Director Server 的 MAC 地址，將目標 MAC 地址改為選定的真實服務器（Real Server, RIP）的 MAC 地址。IP 頭保持不變（源 IP 為 CIP，目標 IP 為 VIP）。
  3. 真實服務器處理請求：由于 MAC 地址匹配，Real Server 會接收該數據包。解包后，應用程序（如 Web 服務器）發現目標 IP（VIP）配置在本機的 lo 接口上，于是處理這個請求。
  4. 真實服務器直接響應客戶端：處理完成后，Real Server 會構建響應報文。該報文不經過 Director Server，而是直接通過其默認網關發送給客戶端。響應報文的源 IP 地址為 VIP，目標 IP 地址為 CIP。

1.2 DR 模式的特點

基于其工作流程，DR 模式具有以下顯著特點：

  1. 同一網絡：Director Server 和所有 Real Server 必須位于同一個物理網絡（同一廣播域）中，以便能通過 MAC 地址進行二層通信。
  2. IP 地址靈活：Real Server 可以使用私有地址，也可以使用公網地址。
  3. 非網關角色：Director Server 僅作為流量的入口，不作為 Real Server 的網關，極大地減輕了其負擔。
  4. 響應直接返回：響應數據包由 Real Server 直接返回給客戶端，性能極高。這是 DR 模式高吞吐量的主要原因。
  5. 網關指向：Real Server 的網關必須指向能夠連接互聯網的路由器，絕不能指向 Director Server。
  6. 本地回環接口配置 VIP：每臺 Real Server 都需要在 lo 接口上配置 VIP 地址，以便處理目標為 VIP 的請求。

二、LVS-DR 集群部署實戰

以下是一個完整的 LVS-DR 模式部署流程。

2.1 環境準備

角色IP 地址主機名
客戶端192.168.10.200client
Director Server192.168.10.23 (DIP)lvs-dr
192.168.10.180 (VIP)
Real Server 1192.168.10.16 (RIP)web01
Real Server 2192.168.10.17 (RIP)web02
NFS 共享存儲服務器192.168.10.19nfs

2.2 配置負載調度器（Director Server）

  1. 關閉防火墻與 SELinux

    systemctl stop firewalld.service
setenforce 0

  2. 加載 IP_VS 模塊并安裝管理工具

    modprobe ip_vs
cat /proc/net/ip_vs # 確認模塊是否加載
yum -y install ipvsadm

  3. 配置虛擬 IP 地址（VIP）
    編輯網卡配置文件 /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens33:0：

    DEVICE=ens33:0
ONBOOT=yes
IPADDR=192.168.10.180
NETMASK=255.255.255.255

    啟用并查看 VIP：

    ifup ens33:0
ifconfig ens33:0

  4. 調整內核參數（/etc/sysctl.conf）

    net.ipv4.ip_forward = 0
net.ipv4.conf.all.send_redirects = 0
net.ipv4.conf.default.send_redirects = 0
net.ipv4.conf.ens33.send_redirects = 0

    使配置生效：sysctl -p

  5. 配置負載分配策略

    ipvsadm-save > /etc/sysconfig/ipvsadm # 初始化保存文件
systemctl start ipvsadmipvsadm -C # 清空現有規則
ipvsadm -A -t 192.168.10.180:80 -s rr # 添加虛擬服務，調度算法為輪詢(rr)
ipvsadm -a -t 192.168.10.180:80 -r 192.168.10.16:80 -g # 添加 Real Server，-g 代表 DR 模式
ipvsadm -a -t 192.168.10.180:80 -r 192.168.10.17:80 -gipvsadm -ln # 查看配置，確認模式為 Route (DR)

2.3 配置節點服務器（Real Server）

以下操作需要在 web01 和 web02 上分別執行。

  1. 配置虛擬 IP 地址（VIP）到 lo:0
    編輯文件 /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-lo:0：

    DEVICE=lo:0
ONBOOT=yes
IPADDR=192.168.10.180
NETMASK=255.255.255.255

    啟用并添加路由：

    ifup lo:0
ifconfig lo:0
route add -host 192.168.10.180 dev lo:0

    為了重啟后依然生效，將路由命令加入 /etc/rc.local：

    echo '/sbin/route add -host 192.168.10.180 dev lo:0' >> /etc/rc.local
chmod +x /etc/rc.d/rc.local

  2. 調整內核 ARP 參數
    編輯 /etc/sysctl.conf，添加以下行：

    net.ipv4.conf.lo.arp_ignore = 1
net.ipv4.conf.lo.arp_announce = 2
net.ipv4.conf.all.arp_ignore = 1
net.ipv4.conf.all.arp_announce = 2

    使配置生效：sysctl -p

  3. 安裝服務并掛載共享存儲

    yum -y install nfs-utils rpcbind httpd
systemctl start httpd
systemctl start rpcbind
    • 在 web01 上：
      mount.nfs 192.168.10.19:/opt/kgc /var/www/html
echo 'this is kgc web!' > /var/www/html/index.html
    • 在 web02 上：
      mount.nfs 192.168.10.19:/opt/benet /var/www/html
echo 'this is benet web!' > /var/www/html/index.html

2.4 測試驗證

在客戶端（192.168.10.200）打開瀏覽器，多次訪問 http://192.168.10.180/。頁面內容應在 this is kgc web! 和 this is benet web! 之間交替顯示，這表明 LVS 負載均衡集群已經成功運行。

三、前期回顧

3.1 LVS 三種工作模式及其區別？

  • NAT：通過網絡地址轉換實現。請求和響應都經過 Director，Director 易成為瓶頸。Real Server 可以是任何操作系統。
  • DR：使用直接路由技術。只有請求經過 Director，響應直接由 Real Server 返回，性能極高。要求 Director 和 Real Server 在同一個局域網。
  • TUN：通過 IP 隧道技術實現。能跨機房部署，Real Server 可以不在同一個局域網。Real Server 需要支持隧道協議。

3.2 LVS 調度算法

  • 固定調度算法：輪詢（rr）、加權輪詢（wrr）、目標地址哈希（dh）、源地址哈希（sh）。
  • 動態調度算法：最少連接（lc）、加權最少連接（wlc）、基于地址的最少連接（lblc）。

總結

LVS-DR 模式通過智能路由實現請求的高效分發，大幅提升服務響應能力。盡管部署時需要精細調整網絡參數，但其卓越的性能表現值得投入。本文從理論到實踐完整呈現了 LVS-DR 的部署流程，掌握這一技術后，您將能夠為企業構建更強大、更可靠的網絡服務體系。

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