LVS工作总结之原理篇–DR模式

robin

　　原文地址：
http://www.chenqing.org/2012/11/%E3%80%90lvs%E3%80%91lvs%E5%B7%A5%E4%BD%9C%E6%80%BB%E7%BB%93%E4%B9%8B%E5%8E%9F%E7%90%86%E7%AF%87.html
博客中还有其他模式和keepalived的原理总结。这篇自己总结标注和整理了一下，自己总结的地方红色标注。
======================================================================================================================================
先解释几个名词：
    LB(Load Balancer) :负载均衡器，也就是装有LVS（ipvsadm）的server
    VIP(Virtual IP):虚拟IP，也就是给远程客户端（网民）提供服务的外部IP，比如，提供80服务，域名是www.a.com,则www.a.com 对应的A记录就是VIP
    LD(Load Balancer Director):同LB，负载均衡调度器
    real server:即后端提供真是服务的server，比如你提供的是80服务，那你机器可能就是装着Apache这中web服务器
    DIP(Director IP)：在NAT模式中是后端realserver的gateway，在DR和Tune中如果使用heartbeat或者keepalived，用来探测使用
    RIP(Real Server IP):后端realserver的IP
LVS的三种工作模式
    DR（直接路由）
    NAT（网络地址转换）
    Tune （隧道）
DR(直接路由)
这里我们以及后面的例子我们都会假设这么一个场景，我们使用LVS为我们的web集群提供负载均衡功能：
    VIP： 221.130.1.2
    DIP1: 221.130.1.3
    DIP2: 221.130.1.4
    RIP1: 221.130.1.100
    RIP2: 221.130.1.101
    GATEWAY: 221.130.1.1
　　关于公网VIP获得：这个IP不能真实存在，不能是服务器的IP，VIP和其他IP必须在一个网段，如果机器均置于IDC机房，只需要向你的IDC申请5个公网IP即可，多余的一个公网ip用于VIP；
DR模式的原理
现在客户端CLient访问www.a.com ,经过dns查询得到目的IP为VIP，目的端口为80，于是客户端和我们VIP，端口80建立连接（TCP三次握手，只是建立连接没有传送数据），之后客户端发送HTTP请求，LVS在VIP上收到之后，根据hash策略，从后端realserver中选
　　出一台作为此次请求的接受者，假设为RIP1，LVS将请求包的目的mac地址更改为RIP1的mac，然后封装后转发给后端的RIP1，同时将该链接记录在hash表中。
　　RIP1的某一块网卡，比如eth0，接收到这个转发包看到mac地址是自己的，于是就转发给上层的IP层，IP层解开包后，发现目的的IP地址也是自己，因为VIP也配置在我们的一块non-arp的网卡上（比如lo:0）,然后根据IP首部的类型字段（这里是TCP），把请求送给
　　TCP，然后TCP根据目的端口80，传给应用层的Apache，Apache处理完请求之后，将数据传给TCP，TCP将源端口更改为80 ，源IP更改为VIP，目的端口更改为客户端的端口，目的IP更改为Client的IP，打包后给IP层，IP层根据目的地址进行路由，然后经过网络返给
　　Client，完成了一次请求，而不经过LB；
这里注意的是，VIP和realserver必须在同一个网段中的（想想为什么？）
DR模式的优缺点
优点：
    可扩展性强，ld不会成为业务增长的瓶颈
缺点：
    节点不能跨网段，即real server和ld必须在一个物理网段中,一定程度上可能会使用多个公网IP
    realserver上须有一块网卡不接受arp广播
DR模式与arp
由于DR模式使用的是更改目的的mac地址，所以难免要和arp打交道。
一般来说客户端是不会和我们的服务器在同一个网段的，那么请求就会经过我们的服务器所在网段的路由设备上，我们知道在同一网段中，两个主机通信靠的是二层的物理地址而不是Ip地址，所以当请求包到达这路由设备上之后，若路由设备的arp表中没有VIP对应的
　　MAC，就会广播一个arp请求，在这里我们将LVS和real server上都配置了VIP，那么按照理论他们都会响应这个arp请求，那路由器的arp表就会乱了。所以，我们就需要只让LVS上响应VIP的arp请求，而real server 不响应；
Linux主机有这么一个特性，假设我们的主机上有两块网卡，比如eth0,eth1 当arp请求eth1的mac地址的时候，eth1会答复，这个是理所当然的，但是eth0也会“好心”的帮eth1回答这个arp请求； 要防止这样的话，就需要更改下我们的一些内核参数：
    net.ipv4.conf.lo.arp_ignore = 1
    net.ipv4.conf.all.arp_ignore = 1
正常情况下只写第二条就是了，all 是指所有设备的interface，当all和具体的interface比如lo，按照最大的值生效；
另外一个linux的特性就是，对于一个从realserver发出的arp请求，其源IP是VIP，而出口不会是lo，这里假设是eth0，那么这个arp请求包里里面，源IP就是VIP，源MAC是eth0的mac，目的IP是网关，那么路由器在接收到这个请求的时候，会将将自己的相应接口的硬
　　件地址放在arp响应包中，同时将请求包中的源IP及MAC放在arp高速缓存中，那这下可就乱套 了，就会使真正的VIP得不到正确的请求了.
这是因为，正常的情况下，arp的请求中源IP是出去的所在接口的地址，mac也是出去的接口的mac，但linux在默认情况下却不是这样的，如果一个接口发出的arp请求须经另一个出口出去的时候，源IP就不是所出去接口的IP，那么将内核参数设置为 2 相应的解决了这个
　　问题。
    net.ipv4.conf.lo.arp_announce = 2
    net.ipv4.conf.all.arp_announce = 2
　　===================
　　关于arp:
1.什么是arp？
　　ARP协议是“Address Resolution Protocol”（地址解析协议）的缩写。在局域网中，网络中实际传输的是“帧”，帧里面是有目标主机的MAC地址的。在以太网中，一个主机要和另一个主机进行直接通信，必须要知道目标主机的MAC地址。但这个目标MAC地址是如何获
　　得的呢？它就是通过地址解析协议获得的。所谓“地址解析”就是主机在发送帧前将目标IP地址转换成目标MAC地址的过程。ARP协议的基本功能就是通过目标设备的IP地址，查询目标设备的MAC地址，以保证通信的顺利进行。
　　2.arp协议的工作原理？
　　在每台安装有TCP/IP协议的电脑里都有一个ARP缓存表，表里的IP地址与MAC地址是一一对应的
　　我们以主机A（ ）向主机B（ ）发送数据为例。当发送数据时，主机A会在自己的ARP缓存表中寻找是否有目标IP地址。如果找到了，也就知道了目标MAC地址，直接把目标MAC地址写入帧里面发送就可以了；如果在ARP缓存表中没有找到相对应的IP地址，主机A就会在
　　网络上发送一个广播，目标MAC地址是“FF.FF.FF.FF.FF.FF”，这表示向同一网段内的所有主机发出这样的询问：“ 的MAC地址是什么？”网络上其他主机并不响应ARP询问，只有主机B接收到这个帧时，才向主机A做出这样的回应：“ 的MAC地址是00-aa-00-62-
　　c6-09”。这样，主机A就知道了主机B的MAC地址，它就可以向主机B发送信息了。同时它还更新了自己的ARP缓存表，下次再向主机B发送信息时，直接从ARP缓存表里查找就可以了。ARP缓存表采用了老化机制，在一段时间内如果表中的某一行没有使用，就会被删
　　除，这样可以大大减少ARP缓存表的长度，加快查询速度。
　　3.如何查看arp缓存表？
　　ARP缓存表是可以查看的，也可以添加和修改。在命令提示符下，输入“arp -a”就可以查看ARP缓存表中的内容了
　　用“arp -d”命令可以删除ARP表中某一行的内容
　　用“arp -s”可以手动在ARP表中指定IP地址与MAC地址的对应。
　　===================
　　其它问题
    ip_forward不需要打开，因为LB和real server在同一个网段
    一般VIP所在的网卡还配置一个DIP，这是因为如果是用了keepalived等工具做HA或者Load Balance,则在健康检查时需要用到DIP
    在realserver上也可以将VIP配置在除RIP所在网卡的其它网卡上