lvs的原理及应用

trssc

　　一、什么是lvs？
　　LVS是一个开源的软件，由毕业于国防科技大学的章文嵩博士于1998年5月创立，可以实现LINUX平台下的简单负载均衡。LVS是Linux Virtual Server的缩写，意思是Linux虚拟服务器。
　　如图：

　　二、技术简介
　　LVS集群采用IP负载均衡技术和基于内容请求分发技术。调度器具有很好的吞吐率，将请求均衡地转移到不同的服务器上执行，且调度器自动屏蔽掉服务器的故障，从而将一组服务器构成一个高性能的、高可用的虚拟服务器。整个服务器集群的结构对客户是透明的，而且无需修改客户端和服务器端的程序。为此，在设计时需要考虑系统的透明性、可伸缩性、高可用性和易管理性。一般来说，LVS集群采用三层结构，其主要组成部分为：
　　1) 负载调度器（load balancer），它是整个集群对外面的前端机，负责将客户的请求发送到一组服务器上执行，而客户认为服务是来自一个IP地址（我们可称之为虚拟IP地址）上的。
　　2) 服务器池（server pool），是一组真正执行客户请求的服务器，执行的服务有WEB、MAIL、FTP和DNS等。
　　3) 共享存储（shared storage），它为服务器池提供一个共享的存储区，这样很容易使得服务器池拥有相同的内容，提供相同的服务。
　　LVS集群种类通常是通过LVS Director中继到集群节点的请求的方法来形容的，目前有三种可用的方法：
　　1) 网络地址转换（LVS-NAT）
　　Virtual Server via Network Address Translation（VS/NAT）     
通过网络地址转换，调度器重写请求报文的目标地址，根据预设的调度算法，将请求分派给后端的真实服务器；真实服务器的响应报文通过调度器时，报文的源地址被重写，再返回给客户，完成整个负载调度过程。
　　如图：
　　2) 直接路由（LVS-DR）
　　Virtual Server via Direct Routing（VS/DR）
　　VS/DR通过改写请求报文的MAC地址，将请求发送到真实服务器，而真实服务器将响应直接返回给客户。同VS/TUN技术一样，VS/DR技术可极大地提高集群系统的伸缩性。这种方法没有IP隧道的开销，对集群中的真实服务器也没有必须支持IP隧道协议的要求，但是要求调度器与真实服务器都有一块网卡连在同一物理网段上。
　　如图：
　　3) IP隧道（LVS-TUN)
　　Virtual Server via IP Tunneling（VS/TUN）     
采用NAT技术时，由于请求和响应报文都必须经过调度器地址重写，当客户请求越来越多时，调度器的处理能力将成为瓶颈。为了解决这个问题，调度器把请求报文通过IP隧道转发至真实服务器，而真实服务器将响应直接返回给客户，所以调度器只处理请求报文。由于一般网络服务应答比请求报文大许多，采用 VS/TUN技术后，集群系统的最大吞吐量可以提高10倍。
　　如图：
　　LVS调度方法
　　1) 固定（或非动态）调度方法
　　循环法（RR）
　　权重循环（WRR）
　　目标散列法
　　源散列法
　　2) 动态调度方法
　　最少连接（LC）
　　权重最少连接（WLC）
　　最短预期延迟（SED）
　　永不排队（NQ）
　　基于本地最少连接（LBLC）
　　基于本地最少连接重复调度（LBLCR）
　　三、案例 实现lvs负载均衡
　　案例一 使用lvs_nat模式
　　1）调度方法为rr
　　实验拓扑图：
　　1. Load balancer配置
　　网络配置
　　首先查看内核是否支持ipvs
　　[root@localhost ~]# uname -r
　　2.6.18-164.el5
　　[root@localhost ~]# grep -i ip_vs /boot/config-2.6.18-164.el5
　　打开路由转发功能，如下：
　　[root@localhost ~]# vim /etc/sysctl.conf
　　7 net.ipv4.ip_forward = 1
　　[root@localhost ~]# sysctl –p
　　##立即生效
　　[root@localhost ~]# yum install ipvsadm –y
　　安装成功！
　　[root@localhost ~]# ipvsadm -A -t 192.168.101.15:80 -s rr
　　[root@localhost ~]# ipvsadm -a -t 192.168.101.15:80 -r 192.168.2.100 -m
　　[root@localhost ~]# ipvsadm -a -t 192.168.101.15:80 -r 192.168.2.101 -m
　　[root@localhost ~]# service ipvsadm save
　　Saving IPVS table to /etc/sysconfig/ipvsadm: [ OK ]
　　[root@localhost ~]# service ipvsadm start
　　Clearing the current IPVS table: [ OK ]
　　Applying IPVS configuration: [ OK ]
　　[root@localhost ~]# ipvsadm -ln
　　IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
　　Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
　　-> RemoteAddress:Port Forward Weight ActiveConn InActConn
　　TCP 192.168.101.15:80 rr
　　-> 192.168.2.100:80 Masq 1 0 0
　　-> 192.168.2.101:80 Masq 1 0 0
　　2．Realserver1配置
　　网络配置
　　安装httpd服务
　　[root@localhost ~]# cd /mnt/cdrom/Server/
　　[root@localhost Server]# rpm -ivh httpd-2.2.3-31.el5.i386.rpm
　　新建一个网页
　　[root@localhost Server]# cd /var/www/html/
　　[root@localhost html]# echo "web1" >index.html
　　启动服务
　　[root@localhost ~]# service httpd start
　　3.Realserver2配置
　　网络配置
　　安装httpd服务
　　[root@localhost ~]# cd /mnt/cdrom/Server/
　　[root@localhost Server]# rpm -ivh httpd-2.2.3-31.el5.i386.rpm
　　新建一个网页
　　[root@localhost Server]# cd /var/www/html/
　　[root@localhost html]# echo "web2" >index.html
　　启动服务
　　[root@localhost ~]# service httpd start
　　测试
　　2）调度方法wrr
　　Load balancer配置
　　设置web1的权重为web2的2倍
　　[root@localhost ~]# vim /etc/sysconfig/ipvsadm
　　[root@localhost ~]# ipvsadm -E -t 192.168.101.15:80 -s wrr
　　[root@localhost ~]# ipvsadm -e -t 192.168.101.15:80 -r 192.168.2.100 -m -w 10
　　[root@localhost ~]# ipvsadm -e -t 192.168.101.15:80 -r 192.168.2.101 -m -w 5
　　[root@localhost ~]# service ipvsadm save
　　Saving IPVS table to /etc/sysconfig/ipvsadm: [ OK ]
　　[root@localhost ~]# service ipvsadm restart
　　Clearing the current IPVS table: [ OK ]
　　Applying IPVS configuration: [ OK ]
　　测试
　　用user用户访问3次
　　案例二 使用lvs_dr模式
　　实验拓扑图
　　Realserver1的配置
　　[root@localhost ~]# echo "net.ipv4.conf.eth0.arp_announce = 2" >>/etc/sysctl.conf
　　[root@localhost ~]# echo "net.ipv4.conf.all.arp_announce = 2" >>/etc/sysctl.conf
　　[root@localhost ~]# echo "net.ipv4.conf.eth0.arp_ignore = 1" >>/etc/sysctl.conf
　　[root@localhost ~]# echo "net.ipv4.conf.all.arp_ignore = 1" >>/etc/sysctl.conf
　　[root@localhost ~]# sysctl –p
　　配置网络信息
　　添加路由
　　[root@localhost ~]# route add -host 192.168.2.11 dev lo:0
　　安装httpd服务
　　[root@localhost ~]# cd /mnt/cdrom/Server/
　　[root@localhost Server]# rpm -ivh httpd-2.2.3-31.el5.i386.rpm
　　新建一个网页
　　[root@localhost Server]# cd /var/www/html/
　　[root@localhost html]# echo "web1" >index.html
　　启动服务
　　[root@localhost ~]# service httpd start
　　Realserver2配置
　　将realserver1的配置copy过来
　　[root@localhost ~]# scp 192.168.2.100:/etc/sysctl.conf /etc/
　　配置网络信息
　　添加路由信息
　　[root@localhost ~]# route add -host 192.168.2.11 dev lo:0
　　安装httpd服务
　　[root@localhost ~]# cd /mnt/cdrom/Server/
　　[root@localhost Server]# rpm -ivh httpd-2.2.3-31.el5.i386.rpm
　　新建一个网页
　　[root@localhost Server]# cd /var/www/html/
　　[root@localhost html]# echo "web1" >index.html
　　启动服务
　　[root@localhost ~]# service httpd start
　　LinuxDirector配置
　　配置网络信息
　　安装ipvsadm服务
　　[root@localhost ~]# cd /mnt/cdrom/
　　[root@localhost cdrom]# cd Cluster/
　　[root@localhost Cluster]# rpm -ivh ipvsadm-1.24-10.i386.rpm
　　启动服务
　　[root@localhost Cluster]# service ipvsadm save
　　Saving IPVS table to /etc/sysconfig/ipvsadm: [ OK ]
　　[root@localhost Cluster]# service ipvsadm start
　　Clearing the current IPVS table: [ OK ]
　　Applying IPVS configuration: [ OK ]
　　[root@localhost Cluster]# chkconfig ipvsadm on
　　[root@localhost Cluster]# ipvsadm -A -t 192.168.2.11:80 -s rr
　　[root@localhost Cluster]# ipvsadm -a -t 192.168.2.11:80 -r 192.168.2.100 -g
　　[root@localhost Cluster]# ipvsadm -a -t 192.168.2.11:80 -r 192.168.2.101 -g
　　[root@localhost Cluster]# ipvsadm -ln
　　IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
　　Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
　　-> RemoteAddress:Port Forward Weight ActiveConn InActConn
　　TCP 192.168.2.11:80 rr
　　-> 192.168.2.101:80 Route 1 0 0
　　-> 192.168.2.100:80 Route 1 0 0
　　测试
　　持久连接
　　[root@localhost ~]# ipvsadm -A -t 192.168.2.11:0 -s rr -p 60
　　[root@localhost ~]# ipvsadm -a -t 192.168.2.11:0 -r 192.168.2.100 -g
　　[root@localhost ~]# ipvsadm -a -t 192.168.2.11:0 -r 192.168.2.101 -g
　　[root@localhost ~]# ipvsadm -ln
　　IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
　　Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
　　-> RemoteAddress:Port Forward Weight ActiveConn InActConn
　　TCP 192.168.2.11:0 rr persistent 60
　　-> 192.168.2.101:0 Route 1 0 0
　　-> 192.168.2.100:0 Route 1 0 0
　　[root@localhost ~]#
　　测试
　　在60s内访问都是web2