LVS 负载均衡集群 - 直接路由模式（LVS-DR）

article/2025/9/22 17:43:22

文章目录

  • 一、LVS-DR 数据包流向分析
  • 二、LVS-DR 模式的特点
  • 三、LVS-DR 中的 ARP 问题
  • 四、部署 LVS-DR 负载均衡集群
    • 1. 案例背景
    • 2. 架构概述
    • 3. 安装环境
    • 4. 正式部署
      • (1) 配置负载调度器
      • (2) 配置 NFS 共享存储
      • (3) 配置 WEB 节点服务器
        • ① WEB1
        • ② WEB2
    • 5. 测试 LVS-DR 集群

一、LVS-DR 数据包流向分析

为方便进行原理分析，将 Client 与集群机器放在同一网络中，数据包流经的路线为 1 - 2 - 3 - 4。
在这里插入图片描述

Client 向目标 VIP 发出请求，Director（负载均衡器）接收

  • 此时源 MAC 地址为 Client 的 MAC 地址
  • 目标 MAC 地址为调度器 Director 的 MAC 地址

Director 根据负载均衡算法选择 RealServer

  • 不修改也不封装 IP 报文，而是将数据帧的 MAC 地址改为 RealServer 的 MAC 地址，然后在局域网上发送
  • 此时源 MAC 地址为 Director 的 MAC 地址，目的 MAC 地址为 RealServer 的 MAC 地址

RealServer 收到这个帧

  • 解封装后发现目标 IP 与本机匹配（RealServer 事先绑定了 VIP），于是处理这个报文
  • 随后重新封装报文，将响应报文通过 lo 接口传送给物理网卡然后向外发出
  • 此时源 MAC 地址为 RealServer 的 MAC 地址，目的 MAC 地址为 Client 的 MAC 地址

Client 将收到回复的报文

  • Client 认为得到正常的服务，而不会知道是哪一台服务器处理的
  • 如果跨网段，则报文通过路由器会经由 Internet 返回给用户

二、LVS-DR 模式的特点

- Director Server 和 Real Server 必须在同一个物理网络中。
- 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。
- Director Server 作为群集的访问入口，但不作为网关使用。
- 所有的请求报文经由 Real Server，但回复响应报文不能经过 Director Server。
- 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。
- Real Server上的 lo 接口配置 VIP 地址。

三、LVS-DR 中的 ARP 问题

在这里插入图片描述
在 LVS-DR 负载均衡集群中，负载均衡与节点服务器都要配置相同的 VIP 地址，这样会引起一些问题

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网络上，它们都会接收到 ARP 广播
  • 设置只有前端的负载均衡器进行响应，其他节点服务器均不响应 ARP 广播
//解决方法：
使用虚接口 lo:0 承载 VIP 地址
设置内核参数 arp_ignore=1（系统只响应目的 IP 为本地 IP 的 ARP 请求）

响应报文的源 IP

  • 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
  • 且发送 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，而不使用发送接口的 IP 地址
  • 路由器收到 ARP 请求后，将更新 ARP 表项
  • 原有的 VIP 对应 Director 的 MAC 地址会被更新为 VIP 对应 RealServer 的 MAC 地址，而路由器根据 ARP 表项，会将新来的请求报文转发给 RealServer，导致 Director 的 VIP 失效
//解决方法：
对节点服务器进行处理，设置内核参数 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）

通过修改内核参数解决 ARP 的两个问题

#修改 /etc/sysctl.conf 文件，末行添加如下内容
vim /etc/sysctl.conf
......
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

参数详解：

arp_ignore = 1
防止网关路由器发送 ARP 广播时，调度器和节点服务器都进行相应，导致 ARP 缓存表的紊乱，不对非本地物理网卡 IP 的 ARP 请求进行响应，因为 VIP 是承载在 lo:0。arp_announce = 2
系统不使用响应数据包的源 IP 地址（VIP）来作为本机进行 ARP 请求报文的源 IP 地址，而使用发送报文的物理网卡 IP 地址作为 ARP 请求报文的源 IP 地址，
这样可以防止网关路由器接收到源 IP 地址为 VIP 的 ARP 请求报文后又更新 ARP 缓存表，导致外网再发送请求时，数据包到不了调度器。

四、部署 LVS-DR 负载均衡集群

1. 案例背景

  为了进一步提高公司的负载能力，公司决定扩展现有的网站平台，基于 LVS 构建负载均衡集群。考虑到集群的访问效率，管理员准备采用 LVS 集群的 DR 模式，共享存储设备位于内部专有网络中。

2. 架构概述

在这里插入图片描述

  • 在 DR 模式的群集中，LVS 负载调度器作为群集的访问入口，但不作为网关使用
  • 服务器池中的所有节点都各自接入 Internet，发送给客户机的 Web 响应数据包不需要经过 LVS 负载调度器
  • 这种方式入站、出站访问数据被分别处理，因此 LVS 负载调度器和所有节点服务器都需要配置有 VIP 地址，以便响应应对整个群集的访问
  • 考虑到数据存储的安全性，共享存储设备会放在内部的专用网络内

3. 安装环境

  • 宿主机：Win10 专业工作站版本
  • VMware Pro 16
  • CentOS 7
  • 网络适配器：均为 NAT 模式
  • 网卡配置：均为静态获取 IP
  • YUM 源：本地
服务器IP
DR 服务器192.168.10.20
VIP192.168.10.25
Web 服务器 1192.168.10.30
Web 服务器 2192.168.10.40
NFS 服务器192.168.10.50

4. 正式部署

(1) 配置负载调度器

192.168.10.20

加载 LVS 内核模块

systemctl stop firewalld.service && systemctl disable firewalld.service 
setenforce 0
modprobe ip_vs
cat /proc/net/ip_vs
yum install -y ipvsadm

配置虚拟地址（VIP）
采用虚接口的方式为网卡绑定 VIP 地址，以便响应群集访问

cd /etc/sysconfig/network-scripts/ && cp ifcfg-ens33 ifcfg-ens33:0
echo > /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens33:0cat > /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens33:0 <<EOF
DEVICE=ens33:0
ONBOOT=yes
IPADDR=192.168.10.25
NETMASK=255.255.255.255
EOFifup ens33:0
ifconfig ens33:0

调整 proc 响应参数
对于 DR 集群来说，由于由于 LVS 负载调度器和各节点需要共用 VIP 地址，应该关闭 Linux 内核的重定向参数响应

cat >> /etc/sysctl.conf <<EOF
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
EOFsysctl -p	#使配置生效

配置负载分配策略

ipvsadm-save > /etc/sysconfig/ipvsadm
systemctl start ipvsadm && systemctl enable ipvsadmipvsadm -C
#清除原有策略ipvsadm -A -t 192.168.10.25:80 -s rr
ipvsadm -a -t 192.168.10.25:80 -r 192.168.10.30:80 -g
ipvsadm -a -t 192.168.10.25:80 -r 192.168.10.40:80 -g
#若使用隧道模式，则结尾处 -g 替换为 -iipvsadmipvsadm -ln
#查看节点状态，Route 代表 DR 模式

(2) 配置 NFS 共享存储

192.168.10.50

systemctl stop firewalld && systemctl disable firewalld
setenforce 0
yum install -y nfs-utils rpcbind
systemctl start nfs && systemctl enable nfs
systemctl start rpcbind && systemctl enable rpcbind
mkdir /opt/test1 /opt/test2
chmod 777 /opt/test1/ /opt/test2/cat > /etc/exports <<EOF
/usr/share *(ro,sync)
/opt/test1 192.168.10.0/24(rw,sync)
/opt/test2 192.168.10.0/24(rw,sync)
EOFexportfs -rv
showmount -e

(3) 配置 WEB 节点服务器

192.168.10.30
192.168.10.40

使用 DR 模式时，WEB 节点服务器也需要配置 VIP 地址，并调整内核的 ARP 响应参数以组织更新 VIP 的 MAC 地址，避免发生冲突
除此之外，Web 服务的配置与 NAT 方式类似

① WEB1

准备

systemctl stop firewalld && systemctl disable firewalld
setenforce 0
#为了模拟内网环境，可将两个 WEB 节点服务器的网关和 DNS 注释掉后重启网卡
#如果有网关服务器则指向网关服务器
#需要下载软件使用本地 YUM 仓库

配置虚拟 IP 地址

#此地址仅用做发送 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
echo > /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-lo:0cat > /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-lo:0 <<EOF
DEVICE=lo:0
IPADDR=192.168.10.25
NETMASK=255.255.255.255
ONBOOT=yes
EOFifup lo:0
ifconfig lo:0
route add -host 192.168.10.25 dev lo:0
route -ncat >> /etc/rc.local <<EOF
/sbin/route add -host 192.168.10.25 dev lo:0
EOFchmod +x /etc/rc.d/rc.local

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

cat >> /etc/sysctl.conf <<EOF
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
EOFsysctl -p

挂载共享目录

yum -y install nfs-utils rpcbind httpd
systemctl start rpcbind && systemctl enable rpcbind
systemctl start httpd && systemctl enable httpd
mount.nfs 192.168.10.50:/opt/test1 /var/www/html/
echo 'Hello test1~' > /var/www/html/index.html
echo "192.168.10.50:/opt/test1 /var/www/html nfs defaults,_netdev 0 0" >> /etc/fstab
mount -a

② WEB2

除了共享目录，其他配置同 WEB1

systemctl stop firewalld && systemctl disable firewalld
setenforce 0
cd /etc/sysconfig/network-scripts/ && cp ifcfg-lo ifcfg-lo:0
echo > /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-lo:0cat > /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-lo:0 <<EOF
DEVICE=lo:0
IPADDR=192.168.10.25
NETMASK=255.255.255.255
ONBOOT=yes
EOFifup lo:0
route add -host 192.168.10.25 dev lo:0cat >> /etc/rc.local <<EOF
/sbin/route add -host 192.168.10.25 dev lo:0
EOFchmod +x /etc/rc.d/rc.localcat >> /etc/sysctl.conf <<EOF
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
EOFsysctl -pyum -y install nfs-utils rpcbind httpd
systemctl start rpcbind && systemctl enable rpcbind
systemctl start httpd && systemctl enable httpd
mount.nfs 192.168.10.50:/opt/test2 /var/www/html/
echo 'Hello test2~' > /var/www/html/index.html
echo "192.168.10.50:/opt/test2 /var/www/html nfs defaults,_netdev 0 0" >> /etc/fstab
mount -a

5. 测试 LVS-DR 集群

  • 使用 Win10 作为测试客户端（默认网关指向 VIP），从 Internet 中直接访问 http://192.168.10.25（VIP）
  • Windows 10 也用 NAT 模式，同一个网段不能冲突
  • 能够看到由真实服务器提供的网页内容。如果各节点的网页不同，则不同客户机看到的网页也不一样（需多刷新几次，等待一会儿）

在这里插入图片描述
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http://chatgpt.dhexx.cn/article/8GG1j4al.shtml

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