什么是负载均衡中的DR模式？它如何工作？

负载均衡之DR模式

背景介绍

在现代互联网应用中，高可用性和高性能是至关重要的，负载均衡（Load Balancing）通过分散请求到多个服务器来提高系统的可靠性和响应速度，LVS（Linux Virtual Server）提供了多种负载均衡模式，其中DR模式（Direct Routing）因其高效、低延迟的特点被广泛应用，本文将详细探讨LVS-DR模式的工作原理、配置方法及其优缺点。

LVS-DR模式

LVS简介

LVS是一种高性能的负载均衡解决方案，工作在操作系统内核层面，能够处理高吞吐量的数据分发，它首次提出者是章文嵩博士，并在Linux 2.4内核中首次实现。

DR模式原理

在DR模式下，调度器（Director）和真实服务器（Real Server）都使用同一个虚拟IP地址（VIP）对外提供服务，调度器根据预定的负载均衡算法，选择一台最优的真实服务器，然后将数据包直接转发给这台服务器，真实服务器处理请求后，直接将响应返回给客户，而不经过调度器。

工作流程如下：

请求分配：客户端发送请求到调度器的VIP。

请求转发：调度器根据负载均衡算法选择一台真实服务器，并将请求数据帧的目标MAC地址修改为选中服务器的MAC地址，然后通过局域网发送出去。

请求处理：真实服务器接收到请求并进行处理。

响应返回：真实服务器直接将响应数据包返回给客户端，不经过调度器。

优点与不足

相比其他负载均衡模式，DR模式具有以下优点：

高性能：由于响应数据不经过调度器，减少了系统瓶颈，提高了整体性能。

广泛适用：大多数操作系统都可以作为真实服务器，只要它们支持UNIX系统。

DR模式也有一些不足：

广播域限制：所有服务器必须在同一个广播域和网段内。

ARP抑制：真实服务器需要配置抑制ARP响应，以避免网络通信紊乱。

配置与实现

环境准备

假设我们有以下实验环境：

client: 客户端，IP为172.16.147.1/24

lvs-server: 调度器，IP为172.16.147.154/24

real-server1: 真实服务器1，IP为172.16.147.155/24

real-server2: 真实服务器2，IP为172.16.147.156/24

vip: 虚拟IP地址，172.16.147.200/32

关闭防火墙与SELinux

在所有服务器上执行以下命令：

systemctl stop firewalld
sed -i 's/^SELINUX=.*/SELINUX=disabled/' /etc/sysconfig/selinux
setenforce 0

安装IPVSADMIN工具

在调度器上安装IPVSADMIN：

yum install ipvsadm -y

配置LVS调度器

编辑调度器配置文件/etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens33:0，添加VIP地址：

DEVICE=ens33:0
NAME=ens33:0
ONBOOT=yes
IPADDR=172.16.147.200/32
NETMASK=255.255.255.255

启动VIP网络接口：

ifup ens33:0

定义LVS负载均衡策略：

ipvsadm -A -t 172.16.147.200:80 -s rr
ipvsadm -a -t 172.16.147.200:80 -r 172.16.147.155:80 -g
ipvsadm -a -t 172.16.147.200:80 -r 172.16.147.156:80 -g

保存配置：

ipvsadm -S > /etc/sysconfig/ipvsadm

配置真实服务器

在每个真实服务器上进行如下配置：

编辑/etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-lo:0，添加VIP地址：

DEVICE=lo:0
NAME=lo:0
ONBOOT=yes
IPADDR=172.16.147.200/32
NETMASK=255.255.255.255

启动loopback网络接口：

ifup lo:0

抑制ARP响应：

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

验证配置

在调度器上查看负载均衡状态：

ipvsadm -ln

输出应显示类似如下信息：

IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
  -> RemoteAddress:Port           Forward Weight ActiveConn InActConn
TCP  172.16.147.200:80 rr     0   0         0          0             172.16.147.155:80 Route   1   0         0          0             172.16.147.156:80 Route   1   0         0          0

常见问题及解答

LVS-DR不会关心IP层以上的信息，也不会修改IP包的内容，它主要完成以下任务：

接收客户端的请求，根据负载均衡算法选取一台真实服务器。

以选取的真实服务器的MAC地址作为目标MAC地址，重新封装IP包并转发给该请求。

在hash table中记录连接信息。

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？

为了让真实服务器能接收到目标地址为VIP的IP包，必须在lo接口上配置VIP，如果将VIP配置在出口网卡上，真实服务器会响应ARP请求，导致客户端和网关的ARP表混乱，最终影响整个负载均衡的正常工作，VIP必须配置在loopback接口上。

3. RealServer为什么要抑制ARP帧？

为了避免网络通信紊乱，真实服务器需要抑制ARP响应，具体操作包括：

设置内核参数arp_ignore和arp_announce：

  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

未来展望

随着云计算和微服务架构的发展，负载均衡技术也在不断演进，LVS-DR模式凭借其高效、稳定的特点，在未来仍将继续发挥重要作用，未来的改进方向可能包括：

自动化配置与管理：借助Ansible、Puppet等自动化工具，实现LVS-DR模式的自动化部署与管理。

容器化支持：随着Docker和Kubernetes的普及，LVS-DR模式需要在容器编排环境中提供更好的支持。

混合云支持：在多云和混合云环境下，LVS-DR模式需要更好地适应不同的网络环境和需求。

安全性提升：引入更多的安全机制，如TLS终止、加密通信等，提升负载均衡的安全性。

LVS-DR模式作为一种高效的负载均衡解决方案，在高并发、高性能的场景下具有显著优势，通过合理的配置与优化，可以大幅提升系统的可靠性和响应速度，尽管存在一些限制和挑战，但随着技术的发展，这些不足正在逐步被克服，LVS-DR模式将在更多的应用场景中展现其强大的功能和灵活性。

小伙伴们，上文介绍了“负载均衡之dr模式”的内容，你了解清楚吗？希望对你有所帮助，任何问题可以给我留言，让我们下期再见吧。