LVS的工作模式及工作过程

LVS 有三种负载均衡的模式，分别是VS/NAT（nat 模式）、VS/DR（路由模式）、VS/TUN（隧道模式）。

1、NAT模式（VS-NAT）

原理：首先负载均衡器接收到客户的请求数据包时，根据调度算法决定将请求发送给哪个后端的真实服务器（RS）。然后负载均衡器就把客户端发送的请求数据包的目标IP地址及端口改成后端真实服务器的IP地址（RIP）。真实服务器响应完请求后，查看默认路由，把响应后的数据包发送给负载均衡器，负载均衡器在接收到响应包后，把包的源地址改成虚拟地址（VIP）然后发送回给客户端。

优点：集群中的服务器可以使用任何支持TCP/IP的操作系统，只要负载均衡器有一个合法的IP地址。

缺点：扩展性有限，当服务器节点增长过多时，由于所有的请求和应答都需要经过负载均衡器，因此负载均衡器将成为整个系统的瓶颈。

2、直接路由模式（VS-DR）

原理：首先负载均衡器接收到客户的请求数据包时，根据调度算法决定将请求发送给哪个后端的真实服务器（RS）。然后负载均衡器就把客户端发送的请求数据包的目标MAC地址改成后端真实服务器的MAC地址（R-MAC）。真实服务器响应完请求后，查看默认路由，把响应后的数据包直接发送给客户端，不需要经过负载均衡器。

优点：负载均衡器只负责将请求包分发给后端节点服务器，而RS将应答包直接发给用户。所以，减少了负载均衡器的大量数据流动，负载均衡器不再是系统的瓶颈，也能处理很巨大的请求量。

缺点：需要负载均衡器与真实服务器RS都有一块网卡连接到同一物理网段上，必须在同一个局域网环境。

3、IP隧道模式（VS-TUN）

原理：首先负载均衡器接收到客户的请求数据包时，根据调度算法决定将请求发送给哪个后端的真实服务器（RS）。然后负载均衡器就把客户端发送的请求报文封装一层IP隧道（T-IP）转发到真实服务器（RS）。真实服务器响应完请求后，查看默认路由，把响应后的数据包直接发送给客户端，不需要经过负载均衡器。

优点：负载均衡器只负责将请求包分发给后端节点服务器，而RS将应答包直接发给用户。所以，减少了负载均衡器的大量数据流动，负载均衡器不再是系统的瓶颈，也能处理很巨大的请求量。

缺点：隧道模式的RS节点需要合法IP，这种方式需要所有的服务器支持“IP Tunneling”。

DR模式群集

数据包流向分析

（1）客户端发送请求到 Director Server（负载均衡器），请求的数据报文（源 IP 是 CIP,目标 IP 是 VIP）到达内核空间

（2）Director Server 和 Real Server 在同一个网络中，数据通过二层数据链路层来传输

（3）内核空间判断数据包的目标IP是本机VIP，此时IPVS（IP虚拟服务器）比对数据包请求的服务是否是集群服务，是集群服务就重新封装数据包。修改源 MAC 地址为 Director Server 的 MAC地址，修改目标 MAC 地址为 Real Server 的 MAC 地址，源 IP 地址与目标 IP 地址没有改变，然后将数据包发送给 Real Server

（4）到达 Real Server 的请求报文的 MAC 地址是自身的 MAC 地址，就接收此报文。数据包重新封装报文(源 IP 地址为 VIP，目标 IP 为 CIP)，将响应报文通过 lo 接口传送给物理网卡然后向外发出

（5）Real Server 直接将响应报文传送到客户端

DR 模式的特点

（1）Director Server 和 Real Server 必须在同一个物理网络中
（2）Real Server 可以使用私有地址，也可以使用公网地址。如果使用公网地址，可以通过互联网对 RIP 进行直接访问
（3）Director Server作为群集的访问入口，但不作为网关使用
（4）所有的请求报文经由 Director Server，但回复响应报文不能经过 Director Server
（5）Real Server 的网关不允许指向 Director Server IP，即Real Server发送的数据包不允许经过 Director Server
（6）Real Server 上的 lo 接口配置 VIP 的 IP 地址

DR集群的ARP问题

问题1

在LVS-DR负载均衡群集中，负载均衡器与节点服务器都要配置相同的VIP地址，在局域网中具有相同的IP地址，势必会造成各服务器ARP通信的紊乱；

当ARP广播发送到LVS-DR集群时，因为负载均衡器和节点服务器都是连接到相同的网络上，它们都会接收到ARP广播，但是应该只有前端的负载均衡器进行响应，其他节点服务器不应该响应ARP广播

解决办法

对节点服务器进行处理，使其不响应针对VIP的ARP请求

使用虚接口lo:0承载VIP地址
设置内核参数arp_ignore=1：代表系统只响应目的IP为本地IP的ARP请求

问题2

RealServer返回报文（源IP是VIP）经路由器转发，重新封装报文时，需要先获取路由器的MAC地址，发送ARP请求时，Linux默认使用IP包的源IP地址（即VIP）作为ARP请求包中的源IP地址，此时路由器的路由表进行更新，VIP的MAC地址由原先的均衡器变为节点服务器，路由器根据ARP表项，会将新来的请求报文转发给节点服务器，导致均衡器的VIP失效，又会造成VIP的紊乱

解决办法

对节点服务器进行处理，设置内核参数arp_announce=2：代表不使用IP包的源地址来设置ARP请求的源地址，而选择发送ens33接口的IP地址

修改/etc/sysctl.conf文件
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
 

DR模式群集部署

准备工作：
负载均衡调度器：20.0.0.50    
Web 服务器1：20.0.0.60       
Web 服务器2：20.0.0.70

NFS共享存储          
vip：192.168.10.180
       

配置负载调度器（20.0.0.50）   

systemctl stop firewalld.service
setenforce 0
modprobe ip_vs
cat /proc/net/ip_vs
yum -y install ipvsadm（1）配置虚拟 IP 地址（VIP：20.0.0.126） 
cd /etc/sysconfig/network-scripts/
cp ifcfg-ens33 ifcfg-ens33:0				#若隧道模式，复制为ifcfg-tunl0
vim ifcfg-ens33:0
DEVICE=ens33:0
ONBOOT=yes
IPADDR=20.0.0.126
NETMASK=255.255.255.255ifup ens33:0
ifconfig ens33:0（2）调整 proc 响应参数
#由于 LVS 负载调度器和各节点需要共用 VIP 地址，需要关闭 icmp 的重定向，不充当路由器。
vim /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 = 0sysctl -p（3）配置负载分配策略
ipvsadm-save > /etc/sysconfig/ipvsadm
systemctl start ipvsadmipvsadm -C
ipvsadm -A -t 20.0.0.126:80 -s rr
ipvsadm -a -t 20.0.0.126:80 -r 20.0.0.60:80 -g			#若隧道模式，-g替换为-i
ipvsadm -a -t 20.0.0.126:80 -r 20.0.0.70:80 -g
ipvsadmipvsadm -ln					#查看节点状态，Route代表 DR模式

部署共享存储（NFS服务器：20.0.0.80）

systemctl stop firewalld.service
setenforce 0#安装服务创建共享目录
yum -y install nfs-utils rpcbind
mkdir /opt/kgc /opt/benet
chmod 777 /opt/kgc /opt/benet#指定了共享目录的访问权限和同步方式
vim /etc/exports
/usr/share *(ro,sync)
/opt/kgc 20.0.0.0/24(rw,sync)
/opt/benet 20.0.0.0/24(rw,sync)systemctl start nfs.service
systemctl start rpcbind.service

配置节点服务器（20.0.0.60 20.0.0.70）

systemctl stop firewalld.service
setenforce 0    （1）配置虚拟 IP 地址（VIP：20.0.0.126）
#此地址仅用作发送 Web响应数据包的源地址，并不需要监听客户机的访问请求（改由调度器监听并分发）。因此使用虚接口 lo∶0 来承载 VIP 地址，并为本机添加一条路由记录，将访问 VIP 的数据限制在本地，以避免通信紊乱。
cd /etc/sysconfig/network-scripts/
cp ifcfg-lo ifcfg-lo:0		
vim ifcfg-lo:0
DEVICE=lo:0
ONBOOT=yes
IPADDR=20.0.0.126
NETMASK=255.255.255.255						#注意：子网掩码必须全为 1ifup lo:0
ifconfig lo:0
route add -host 20.0.0.126 dev lo:0#永久写入方法
vim /etc/rc.local：
/sbin/route add -host 20.0.0.126 dev lo:0chmod +x /etc/rc.d/rc.local（2）调整内核的 ARP 响应参数以阻止更新 VIP 的 MAC 地址，避免发生冲突
vim /etc/sysctl.conf
......
net.ipv4.conf.lo.arp_ignore = 1			#系统只响应目的IP为本地IP的ARP请求
net.ipv4.conf.lo.arp_announce = 2		#系统不使用IP包的源地址来设置ARP请求的源地址，而选择发送接口的IP地址
net.ipv4.conf.all.arp_ignore = 1
net.ipv4.conf.all.arp_announce = 2sysctl -p或者
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_announcesysctl -pyum -y install nfs-utils rpcbind httpd
systemctl start rpcbind
systemctl start httpd--20.0.0.60---
mount.nfs 20.0.0.80:/opt/kgc /var/www/html
echo 'this is kgc web!' > /var/www/html/index.html--20.0.0.70---
mount.nfs 20.0.0.80:/opt/benet /var/www/html
echo 'this is benet web!' > /var/www/html/index.html

在客户端使用浏览器访问 http://20.0.0.126/

面试

简述LVS三种工作模式，简述他们的区别?

答案:
NAT：通过网络地址转换实现的虚拟服务器，大并发访问时，调度器的性能成为瓶颈
DR：使用路由技术实现虚拟服务器，节点服务器需要配置VIP，注意MAC地址广播
TUN：通过隧道方式实现虚拟服务器。

列举你知道的LVS调度算法?

答案:
轮询(Round Robin);
加权轮询（Weighted Round Robin）;
最少连接（Least Connections）;
加权最少连接（Weighted Least Connections）;
源地址哈希值（source hash）。

LVS调度器常见算法（均衡策略）？

LVS调度器用的调度方法基本分为两类：
固定调度算法：rr，wrr，dh，sh
rr：轮询算法，将请求依次分配给不同的rs节点，即RS节点中均摊分配。适合于RS所有节点处理性能接近的情况。
wrr：加权轮训调度，依据不同RS的权值分配任务。权值较高的RS将优先获得任务，并且分配到的连接数将比权值低的RS更多。相同权值的RS得到相同数目的连接数。
dh：目的地址哈希调度（destination hashing）以目的地址为关键字查找一个静态hash表来获得所需RS。
sh：源地址哈希调度（source hashing）以源地址为关键字查找一个静态hash表来获得需要的RS。

动态调度算法：wlc，lc，lblc
wlc：加权最小连接数调度，假设各台RS的权值依次为Wi，当前tcp连接数依次为Ti，依次去Ti/Wi为最小的RS作为下一个分配的RS。
lc：最小连接数调度（least-connection），IPVS表存储了所有活动的连接。LB会比较将连接请求发送到当前连接最少的RS。
lblc：基于地址的最小连接数调度（locality-based least-connection）：将来自同一个目的地址的请求分配给同一台RS，此时这台服务器是尚未满负荷的。否则就将这个请求分配给连接数最小的RS，并以它作为下一次分配的首先考虑。