在构建高可用、高性能的网络服务架构时,负载均衡技术是其中的核心环节,Linux虚拟服务器(LVS, Linux Virtual Server)作为一个在Linux内核中实现的负载均衡解决方案,以其高效、稳定和开源的特性,被广泛应用于各类生产环境,本文将详细介绍如何在已经过时但仍有学习价值的CentOS 6.4系统上,安装和配置一个基础的LVS集群。
LVS主要通过三种工作模式来实现负载均衡:NAT(网络地址转换)、TUN(IP隧道)和DR(直接路由),DR模式因其性能优异、调度器不成为网络瓶颈而被最为广泛地使用,本文将以DR模式为例,演示一个包含一个调度器(Director)和两个真实服务器(Real Server)的LVS集群搭建过程。
环境准备
为了清晰地演示配置过程,我们设定一个简单的网络拓扑环境,所有服务器位于同一网段。
角色 | IP地址 | 操作系统 | 备注 |
---|---|---|---|
调度器 (Director) | DIP: 192.168.1.10, VIP: 192.168.1.100 | CentOS 6.4 | 负责分发请求 |
真实服务器1 (RS1) | RIP: 192.168.1.20 | CentOS 6.4 | 提供Web服务 |
真实服务器2 (RS2) | RIP: 192.168.1.21 | CentOS 6.4 | 提供Web服务 |
- DIP (Director IP): 调度器的真实IP地址,用于与真实服务器通信。
- VIP (Virtual IP): 对外提供服务的虚拟IP地址,客户端的请求全部发往此IP。
- RIP (Real Server IP): 真实服务器的IP地址。
在调度器上安装和配置
我们需要在调度器(192.168.1.10)上进行操作。
安装ipvsadm管理工具
ipvsadm
是LVS的管理命令行工具,用于添加、删除和查看虚拟服务及真实服务器规则。yum install ipvsadm -y
配置虚拟IP (VIP)
在调度器的网卡上绑定VIP,这里我们使用一个子接口,并设置一个32位的子网掩码,以避免IP地址冲突。ifconfig eth0:0 192.168.1.100 netmask 255.255.255.255 up
开启IP转发
LVS调度器需要具备路由转发的能力。echo "1" > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward
配置LVS规则
使用ipvsadm
命令创建LVS虚拟服务,并添加后端真实服务器,我们将使用轮询(rr)调度算法。# 清空现有规则 ipvsadm -C # 添加一个TCP虚拟服务,监听VIP的80端口,使用rr调度算法 ipvsadm -A -t 192.168.1.100:80 -s rr # 添加两个真实服务器到虚拟服务中,-g表示使用DR模式 ipvsadm -a -t 192.168.1.100:80 -r 192.168.1.20:80 -g ipvsadm -a -t 192.168.1.100:80 -r 192.168.1.21:80 -g # 查看配置的LVS规则 ipvsadm -L -n
执行
ipvsadm -L -n
后,你应该能看到类似如下的输出,表明规则已成功添加:Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags -> RemoteAddress:Port Forward Weight ActiveConn InActConn TCP 192.168.1.100:80 rr -> 192.168.1.20:80 Route 1 0 0 -> 192.168.1.21:80 Route 1 0 0
在真实服务器上配置
DR模式的关键在于,真实服务器需要能够响应发往VIP的请求,但绝不能向外宣告自己拥有这个VIP,否则,网络中会出现ARP冲突,我们需要在所有真实服务器(192.168.1.20和192.168.1.21)上执行以下操作。
安装并启动Web服务
为了测试,我们在每台真实服务器上安装Apache。yum install httpd -y service httpd start chkconfig httpd on
为了区分,可以分别在两台服务器的Web根目录(
/var/www/html
)创建不同的首页文件,例如index.html
内容分别为“Real Server 1”和“Real Server 2”。在回环接口上配置VIP
将VIP配置在回环接口lo
上,这样服务器本地进程可以处理发往VIP的数据包,但此IP不会在物理网络上广播。ifconfig lo:0 192.168.1.100 netmask 255.255.255.255 up
抑制ARP响应
这是最关键的一步,我们需要修改内核参数,禁止服务器响应关于VIP的ARP请求,确保只有调度器会回应客户端的ARP查询。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
arp_ignore=1
: 当收到ARP请求时,如果请求的目标IP不是本机接收接口的地址,则不响应。arp_announce=2
: 总是使用最佳本地地址作为ARP请求的源地址,避免使用VIP地址。
测试与验证
整个LVS-DR集群已经配置完毕,可以从局域网内任意一台客户端机器(或调度器本身)进行测试。
使用curl
命令反复访问VIP:
curl 192.168.1.100
由于我们使用了轮询(rr)算法,你将看到输出内容在“Real Server 1”和“Real Server 2”之间交替出现,证明请求被成功地分发到了不同的后端服务器。
在调度器上,可以使用watch
命令实时监控连接状态:
watch ipvsadm -L -n
你将看到ActiveConn
和InActConn
列的数值会随着curl
请求而变化,直观地展示了LVS的负载均衡效果。
至此,一个基础的LVS-DR负载均衡环境就在CentOS 6.4上搭建完成了,需要注意的是,这只是一个最简配置,在生产环境中,调度器本身是单点故障,为了实现高可用,通常会配合Keepalived
等工具来实现调度器的故障自动切换。
相关问答FAQs
LVS-NAT模式和LVS-DR模式有什么核心区别?我应该如何选择?
解答: LVS-NAT和LVS-DR的核心区别在于数据包的返回路径。
- NAT模式:客户端请求和响应都必须经过调度器,调度器修改目标IP为RIP,修改源IP为DIP,响应时,调度器再将源IP改回VIP,优点是配置简单,真实服务器可以使用任何操作系统,缺点是调度器容易成为网络瓶颈,因为所有流量都经过它。
- DR模式:客户端请求到达调度器后,调度器仅修改数据包的MAC地址为目标真实服务器的MAC地址,然后直接转发给真实服务器,真实服务器收到请求后,直接将响应数据包回复给客户端,不再经过调度器,优点是性能极高,调度器只处理请求,不处理响应,缺点是配置相对复杂,要求调度器和所有真实服务器在同一个物理网段。
选择建议:对于测试环境、小型网络或对性能要求不高的场景,可以使用NAT模式,因为它更简单,对于大流量、高性能要求的生产环境,DR模式是首选,因为它能充分发挥LVS的性能优势。
为什么在真实服务器上配置VIP时,要将其绑定在回环接口(lo)上,并修改ARP参数?
解答: 这是DR模式能够正常工作的关键机制,目的是为了避免ARP冲突。
- 绑定在回环接口:真实服务器需要“认识”VIP这个IP地址,才能处理发往它的数据包,但如果将VIP配置在物理网卡(如eth0)上,服务器就会在网络上宣告“我是192.168.1.100”,这与调度器的角色冲突,会导致客户端的ARP请求可能被错误地解析到真实服务器的MAC地址上,将VIP配置在回环接口
lo
上,使得该IP只在服务器内部有效,不会向外发送ARP广播。 - 修改ARP参数:即使VIP在
lo
上,系统默认行为可能仍会响应某些ARP请求,通过设置arp_ignore
和arp_announce
参数,我们明确告诉内核:“对于发往VIP(192.168.1.100)的ARP请求,请不要回应”,这样就确保了在整个网络中,只有调度器会响应VIP的ARP查询,从而保证客户端的请求总是首先到达调度器,再由调度器进行分发。
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