LVS負載均衡之DR模式原理介紹

2022-01-09 20:53:53 字數 3499 閱讀 8674

流程解釋:

當使用者向負載均衡排程器(director server)發起請求,排程器將請求發往至核心空間

prerouting 鏈首先會接收到使用者請求,判斷目標 ip 確定是本機 ip,將資料報發往 input 鏈

ipvs 是工作在 input 鏈上的,當使用者請求到達 input 時,ipvs 會將使用者請求和自己已定義好的集群服務進行比對,如果使用者請求的就是定義的集群服務,那麼此時 ipvs 會強行修改資料報裡的目標 ip 位址及埠,並將新的資料報發往 postrouting 鏈

對lvs基本概念不太了解的,先維基百科或者參考:linux負載均衡lvs理論以及演算法概要

lvs 由 2 部分程式組成,包括 ipvs 和 ipvsadm。

ipvs(ip virtual server):一段**工作在核心空間,叫 ipvs,是真正生效實現排程的**。

ipvsadm:另外一段是工作在使用者空間,叫 ipvsadm,負責為 ipvs 核心框架編寫規則,定義誰是集群服務,而誰是後端真實的伺服器 (real server)

在 lvs+keepalived 環境裡面,lvs 主要的工作是提供排程演算法,把客戶端請求按照需求排程在 real 伺服器,keepalived 主要的工作是提供 lvs 控制器的乙個冗餘,並且對 real 伺服器做健康檢查(是不是還能提供服務?),發現不健康的 real 伺服器,就把它從 lvs 集群中剔除,real 伺服器只負責提供服務。具體操作是存活訊號通常以一定的時間間隔發出,若一端在訊號發出後未收到回覆,則可判定資料鏈路離線並將之後的資料報重新路由到其他鏈路,直到舊鏈路重新上線為止。存活訊號也可表示保留連線狀態。若無存活訊號,啟用網路位址轉換的路由器將於超時後中斷連線。

keepalived 通過選舉(看伺服器設定的權重)挑選出一台熱備伺服器做 master 機器,master 機器會被分配到乙個指定的虛擬 ip,外部程式可通過該 ip 訪問這台伺服器,如果這台伺服器出現故障(斷網,重啟,或者本機器上的 keepalived crash 等),keepalived 會從其他的備份機器上重選(還是看伺服器設定的權重)一台機器做 master 並分配同樣的虛擬 ip,充當前一台 master 的角色。

選舉策略是根據 vrrp 協議,完全按照權重大小,權重最大(0~255)的是 master 機器,下面幾種情況會觸發選舉

keepalived 啟動的時候

master 伺服器出現故障(斷網,重啟,或者本機器上的 keepalived crash 等,而本機器上其他應用程式 crash 不算)

有新的備份伺服器加入且權重最大

keepalived 是執行在 lvs 之上, 它的主要功能是實現 realserver(真實伺服器)的故障隔離及 director(負載均衡器)間的 failover(失敗切換).

dr模式示意圖:

流程解釋:

重點將請求報文的目標 mac 位址設定為挑選出的 rs 的 mac 位址,當rs接收到這個資料報之後,將源mac替換成自己的mac,目標mac位址為客戶端位址。

(1) 當使用者請求到達 director server,此時請求的資料報文會先到核心空間的 prerouting 鏈。 此時報文的源 ip 為 cip,目標 ip 為 vip,mac位址一次為各自的mac位址。

(2) prerouting 檢查發現資料報的目標 ip 是本機,將資料報送至 input 鏈。

(3) ipvs 比對資料報請求的服務是否為集群服務,若是,將請求報文中的源 mac 位址修改為 dip 的 mac 位址,將目標 mac 位址修改 rip 的 mac 位址,然後將資料報發至 postrouting 鏈。 此時的源 ip 和目的 ip 均未修改,僅修改了源 mac 位址為 dip 的 mac 位址,目標 mac 位址為 rip 的 mac 位址。

(4) 由於 ds 和 rs 在同乙個網路中,所以是通過二層來傳輸。postrouting 鏈檢查目標 mac 位址為 rip 的 mac 位址,那麼此時資料報將會發至 real server。

(5) rs 發現請求報文的 mac 位址是自己的 mac 位址,就接收此報文。處理完成之後,將響應報文通過 lo 介面傳送給 eth0 網絡卡然後向外發出。 此時的源 ip 位址為 vip,目標 ip 為 cip,並且將源mac位址改為自己的mac,目標mac改為客戶端mac。

(6) 響應報文最終送達至客戶端

rs 可以使用私有位址;也可以是公網位址,如果使用公網位址,此時可以通過網際網路對 rip 進行直接訪問

rs 跟 director server 必須在同乙個物理網路中

所有的請求報文經由 director server,但響應報文必須不能進過 director server

不支援位址轉換,也不支援埠對映

rs 可以是大多數常見的作業系統

rs 的閘道器絕不允許指向 dip(因為我們不允許他經過 director)

rs 上的 lo 介面配置 vip 的 ip 位址

缺陷:rs 和 ds 必須在同一機房中

特點 1 的解決方案:

dr(direct routing 直接路由模式)此模式時 lvs 排程器只接收客戶發來的請求並將請求**給後端伺服器,後端伺服器處理請求後直接把內容直接響應給客戶,而不用再次經過 lvs 排程器。lvs 只需要將網路幀的 mac 位址修改為某一台後端伺服器 rs 的 mac,該包就會被**到相應的 rs 處理,注意此時的源 ip 和目標 ip 都沒變。rs 收到 lvs **來的包時,鏈路層發現 mac 是自己的,到上面的網路層,發現 ip 也是自己的,於是這個包被合法地接受,rs 感知不到前面有 lvs 的存在。而當 rs 返回響應時,只要直接向源 ip(即使用者的 ip)返回即可,不再經過 lvs。

(1) 確保前端路由器將目標 ip 為 vip 的請求報文發往 director:

(a) 在前端閘道器做靜態繫結;

(b) 在 rs 上使用 arptables;

(c) 在 rs 上修改核心引數以限制 arp 通告及應答級別;

arp_announce

arp_ignore

(2) rs 的 rip 可以使用私網位址,也可以是公網位址;rip 與 dip 在同一 ip 網路;rip 的閘道器不能指向 dip,以確保響應報文不會經由 director;

(3) rs 跟 director 要在同乙個物理網路;

(4) 請求報文要經由 director,但響應不能經由 director,而是由 rs 直接發往 client;

(5) 此模式不支援埠對映;

唯一的缺陷在於它要求 lvs 排程器及所有應用伺服器在同乙個網段中,因此不能實現集群的跨網段應用。

可見在處理過程中 lvs route 只處理請求的直接路由**,所有響應結果由各個應用伺服器自行處理,並對使用者進行回覆,網路流量將集中在 lvs 排程器之上。

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LVS負載均衡DR工作流程

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