LVS/DR模式工作原理图文详解及原理剖析(FAQs)

LVS如今早已不再新鲜,在生产环境中的应用非常广泛。它的原理相信运维的同行们多少都知道。但是你到底了解到什么程度呢?

我们都知道LVS有LVS-DR,LVS-NAT,LVS-TUN三种模式,其中DR模式意为Direct Routing(直接路由),是调度器与实际服务器都有一块网卡连在同一物理网段上的情况。本文主要对LVS/DR模式原理进行了阐述,另外还有一篇FAQs,给有相关疑问的朋友们做个参考。

LVS-DR工作原理详解

为了阐述方便,我根据官方原理图另外制作了一幅图,如下图所示:VS/DR的体系结构:

LVS-DR工作原理

我将结合这幅原理图及具体的实例来讲解一下LVS-DR的原理,包括数据包、数据帧的走向和转换过程。

官方的原理说明:Director接收用户的请求,然后根据负载均衡算法选取一台realserver,将包转发过去,最后由realserver直接回复给用户。

实例场景设备清单:

实例场景设备清单

说明:我这里为了方便,client是与vip同一网段的机器。如果是外部的用户访问,将client替换成gateway即可,因为IP包头是不变的,变的只是源mac地址。

① client向目标vip发出请求,Director接收。此时IP包头及数据帧头信息如下:

client向目标vip发出请求

② VS根据负载均衡算法选择一台active的realserver(假设是192.168.57.122),将此RIP所在网卡的mac地址作为目标mac地址,发送到局域网里。此时IP包头及数据帧头信息如下:

③ realserver(192.168.57.122)在局域网中收到这个帧,拆开后发现目标IP(VIP)与本地匹配,于是处理这个报文。随后重新封装报文,发送到局域网。此时IP包头及数据帧头信息如下:

④ 如果client与VS同一网段,那么client(192.168.57.135)将收到这个回复报文。如果跨了网段,那么报文通过gateway/路由器经由Internet返回给用户。

上面介绍了该模式的工作原理,以下的FAQs解答了有关LVS/DR模式工作原理的常见问题。

1. LVS/DR如何处理请求报文的,会修改IP包内容吗?

1.1 vs/dr本身不会关心IP层以上的信息,即使是端口号也是tcp/ip协议栈去判断是否正确,vs/dr本身主要做这么几个事:

1)接收client的请求,根据你设定的负载均衡算法选取一台realserver的ip;

2)以选取的这个ip对应的mac地址作为目标mac,然后重新将IP包封装成帧转发给这台RS;

3)在hash table中记录连接信息。

vs/dr做的事情很少,也很简单,所以它的效率很高,不比硬件负载均衡设备差多少。

数据包、数据帧的大致流向是这样的:client –> VS –> RS –> client

1.2 前面已作了回答,vs/dr不会修改IP包的内容.

2. RealServer为什么要在lo接口上配置VIP?在出口网卡上配置VIP可以吗?

2.1 既然要让RS能够处理目标地址为vip的IP包,首先必须要让RS能接收到这个包。

在lo上配置vip能够完成接收包并将结果返回client。

2.2 答案是不可以将VIP设置在出口网卡上,否则会响应客户端的arp request,造成client/gateway arp table紊乱,以至于整个load balance都不能正常工作。

3. RealServer为什么要抑制arp帧?

这个问题在上一问题中已经作了说明,这里结合实施命令进一步阐述。我们在具体实施部署的时候都会作如下调整:

       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_announce

我相信很多人都不会弄懂它们的作用是什么,只知道一定得有。我这里也不打算拿出来详细讨论,只是作几点说明,就当是补充吧。

3.1

echo "1" >/proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_ignore
echo "2" >/proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_announce

这两条是可以不用的,因为arp对逻辑接口没有意义。

3.2 如果你的RS的外部网络接口是eth0,那么

echo "1" >/proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_ignore
echo "2" >/proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_announce

其实真正要执行的是:

echo "1" >/proc/sys/net/ipv4/conf/eth0/arp_ignore
echo "2" >/proc/sys/net/ipv4/conf/eth0/arp_announce

所以我个人建议把上面两条也加到你的脚本里去,因为万一系统里上面两条默认的值不是0,那有可能是会出问题滴。

4. LVS/DR load balancer(director)与RS为什么要在同一网段中?

从第一个问题中大家应该明白vs/dr是如何将请求转发给RS的了吧?它是在数据链路层来实现的,所以director必须和RS在同一网段里面。

5. 为什么director上eth0接口除了VIP另外还要配一个ip(即DIP)?

5.1 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。

5.2 没有健康检查机制的HA或者Load Balance则没有存在的实际意义。

6. LVS/DR ip_forward需要开启吗?

不需要。因为director跟realserver是同一个网段,无需开启转发。

7. director的vip的netmask一定要是255.255.255.255吗?

lvs/dr里,director的vip的netmask 没必要设置为255.255.255.255,也不需要再去

route add -host $VIP dev eth0:0

director的vip本来就是要像正常的ip地址一样对外通告的,不要搞得这么特殊.

8. LVS/DR如何进行tcp的三次握手?

应该不用再多说的,有兴趣单独交流吧。

参考资料
LVS-DR工作原理图文详解:http://os.51cto.com/art/201105/264303.htm
LVS/DR模式原理剖析(FAQs):http://os.51cto.com/art/201105/262536.htm
lvs的dr模式详细讲解:http://www.educity.cn/linux/1145391.html
LVS的DR模式和持久连接:http://www.it165.net/admin/html/201309/1851.html
LVS在淘宝环境中的应用:http://www.doc88.com/p-771829555365.html

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