架构设计：负载均衡层设计方案
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架构设计：负载均衡层设计方案（5）——LVS单节点安装

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 2023-07-27
©版权
原文作者：说好不能打脸 原文地址：https://yinwj.blog.csdn.net/article/details/46605451

1、概述

上篇文章《架构设计：负载均衡层设计方案（4）——LVS原理》（http://blog.csdn.net/yinwenjie/article/details/46845997），我们介绍了LVS的工作模式，和每一种模式的具体工作过程。这篇文章中，我们将介绍单一LVS节点的安装方式。比起上一篇文章，这一片要提到的安装和配置就是非常简单的了，只要您了解原理，实践就是从容的事情。

您可以在您的电脑上使用VMware虚拟机，按照下面介绍的过程一步一步实践。我们将采用两台虚拟机，一台作为LVS节点，另外一台安装了Nginx的服务器作为Real Server节点。

2、LVS-NAT 模式安装

2.1、准备工作——LVS Server：

LVS Server：LSV Server有两张网卡。

  • eth0：192.168.100.10：这张网卡对应一个封闭的内网，不能访问外网资源，外网也不能直接通过这个IP访问这台主机
  • eth1：192.168.220.100：这张网卡设置的IP可以访问外网，也可以被外网访问。eth1的网关：192.168.220.1。
        以下是设置的eth0    ip信息，
        [root@lvs1 ~]# cat /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-eth0
        DEVICE="eth0"
        BOOTPROTO="static"
        HWADDR="00:0C:29:3E:4A:4F"
        ONBOOT="yes"
        TYPE="Ethernet"
        IPADDR="192.168.100.10"
        NETMASK="255.255.255.0"
        ====================================
        以下是设置的eth1  ip信息
        [root@lvs1 ~]# cat /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-eth1
        DEVICE="eth1"
        BOOTPROTO="static"
        HWADDR="00:0C:29:3E:4A:59"
        ONBOOT="yes"
        TYPE="Ethernet"
        IPADDR="192.168.220.100"
        NETMASK="255.255.255.0"
        GATEWAY="192.168.220.1"

记得设置完成后，要重启network服务：

    [root@lvs1 ~]# service network restart

ping ping更健康（说明到外网的网管工作是正常的）：

    [root@lvs1 ~]# ping 192.168.220.1
    PING 192.168.220.1 (192.168.220.1) 56(84) bytes of data.
    64 bytes from 192.168.220.1: icmp_seq=1 ttl=128 time=0.447 ms
    64 bytes from 192.168.220.1: icmp_seq=2 ttl=128 time=0.154 ms

另外还可以通过route命令检查：

    [root@lvs1 ~]# route
    Kernel IP routing table
    Destination     Gateway         Genmask         Flags Metric Ref    Use Iface
    192.168.100.0   *               255.255.255.0   U     1      0        0 eth0
    192.168.220.0   *               255.255.255.0   U     1      0        0 eth1
    default         192.168.220.1   0.0.0.0         UG    0      0        0 eth1

注意，route表中有一项eth1的default的信息，指向192.168.220.1。说明路由配置是正确的。

2.2、准备工作——Real Server：

Real Server：Real Server有一张网卡，在一个封闭的内网环境中。

  • eth0:192.168.100.11：这样LVS Server和Real Server就组成了一个相对封闭的局域网络。注意按照我们介绍的NAT原理，Real Server的eth0的默认网关要设置成Lvs Server：192.168.100.10.
  • 在Real Server上运行了一个Nginx程序，在80端口上。这样以便在后续的过程中，测试LVS-NAT的工作是否正常。

以下是设置的Real Server eth0 的IP信息：

    [root@vm1 ~]# cat /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-eth0 
    DEVICE="eth0"
    BOOTPROTO="static"
    HWADDR="00:0C:29:45:04:32"
    ONBOOT="yes"
    TYPE="Ethernet"
    IPADDR=192.168.100.11
    NETMASK=255.255.255.0
    GATEWAY="192.168.100.10"

一定注意Real Server的网管要设置到LVS的IP：192.168.100.10。接着，看看Nginx是不是工作正常的：

202307271854220861.png

当然，同样的ping ping更健康：

    [root@vm1 ~]# ping 192.168.100.10
    PING 192.168.100.10 (192.168.100.10) 56(84) bytes of data.
    64 bytes from 192.168.100.10: icmp_seq=1 ttl=64 time=0.259 ms
    64 bytes from 192.168.100.10: icmp_seq=2 ttl=64 time=0.215 ms
    64 bytes from 192.168.100.10: icmp_seq=3 ttl=64 time=0.227 ms

另外一个检查方式，也可以通过route命令：

    [root@vm1 ~]# route
    Kernel IP routing table
    Destination     Gateway         Genmask         Flags Metric Ref    Use Iface
    192.168.100.0   *               255.255.255.0   U     1      0        0 eth0
    default         192.168.100.10  0.0.0.0         UG    0      0        0 eth0

注意，默认的路由指向192.168.100.10。
完成准备工作后，我们可以开始安装和配置LVS了。

2.3、开始安装和配置LVS-NAT模式：

ipvsadm是一个LVS的管理程序。我们队LVS的配置都是通过这个管理程序进行实现的。首先我们要安装ipvsadm：

    yum -y install ipvsadm

然后开始配置。首先我们要设置LVS机器支持IP转发功能。注意默认IP转发功能是关闭的，重启机器后，又会关闭：

    [root@lvs1 ~]# echo 1 >> /proc/sys/net/ipv4/ip_forward

然后我们查看一下，是否改写成功：

    [root@lvs1 ~]# cat /proc/sys/net/ipv4/ip_forward 
    1

注意，如果您使用vim或者vi命令，改写文件，是不会成功的。因为这个文件存在于内存。不在硬盘上。所以只能通过echo这样的命令改写。

接下来执行如下的命令：

    [root@lvs1 ~]# ipvsadm -At 192.168.220.100:80 -s rr
    [root@lvs1 ~]# ipvsadm -at 192.168.220.100:80 -r 192.168.100.11 -m

我们来解释一下其中的参数：

    -A --add-service 在内核的虚拟服务器表中添加一条新的虚拟服务器记录。也就是增加一台新的虚拟服务器。
    -t --tcp-service service-address 说明虚拟服务器提供的是tcp 的服务。
    -s --scheduler scheduler 使用的调度算法，可选项包括：rr|wrr|lc|wlc|lblc|lblcr|dh|sh|sed|nq（关于调度算法我们在上篇文章中已经详细介绍了）
    -r --real-server server-address 真实的服务器[Real-Server:port]。
    -m --masquerading 指定LVS 的工作模式为NAT 模式。

当然ipvsadm还包括很多参数，后面慢慢讲，然后再本文章的最后部分，会给出一个比较完整的参数汇总。最后我们测试一下：

202307271854230172.png

我们在相对于Real Server的外网，通过192.168.220.100的LVS Server IP访问到了Real Server上的Nginx服务。安装和配置成功。

2.4、关于iptables和重启服务的说明

在配置LVA-NAT过程中，建议关闭LVS和Real Server的防火墙服务。这样可以避免不必要的错误发生，增加一次配置成功的几率。但是正常生产环境中，LVS的防火墙根据实际情况最好还是要打开。

请注意，刚才使用ipvsadm配置的信息，在LVS服务器重启后，就会失效。包括ip_forward的配置 。所以，最好制作一个脚本文件，并加入到/etc/profile中：

    vim /usr/lvsshell.sh
    
    #!/bin/bash
    echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward 
    ipvsadm -C
    ipvsadm -At 192.168.220.100:80 -s rr
    ipvsadm -at 192.168.220.100:80 -r 192.168.100.11 -m

3、LVS-DR 模式安装

3.1、准备工作——LVS Server

为了让您了解LVS的另外设置方式，本次我们使用VIP的方式，而不是两张网卡的方式（当然您也可以用两张网卡的方式）。VIP的方式是后面我们将讲到的LVS + Keepalived组合工作模式的常用方式。所谓VIP就死虚拟IP，是指这个IP不会固定捆绑到某一个网卡设备，而是通过ifconfig命令绑定，并在“适当时候”这种绑定关系会随之变化：

DIP：192.168.220.137
VIP：192.168.220.100

首先我们看看在没有设置VIP之前，LVS主机上的IP信息：

    [root@lvs1 ~]# ifconfig 
    eth1      Link encap:Ethernet  HWaddr 00:0C:29:3E:4A:59  
              inet addr:192.168.220.137  Bcast:192.168.220.255  Mask:255.255.255.0
              inet6 addr: fe80::20c:29ff:fe3e:4a59/64 Scope:Link
              UP BROADCAST RUNNING MULTICAST  MTU:1500  Metric:1
              RX packets:2612 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0
              TX packets:117 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
              collisions:0 txqueuelen:1000 
              RX bytes:159165 (155.4 KiB)  TX bytes:8761 (8.5 KiB)
    
    lo        Link encap:Local Loopback  
              inet addr:127.0.0.1  Mask:255.0.0.0
              inet6 addr: ::1/128 Scope:Host
              UP LOOPBACK RUNNING  MTU:16436  Metric:1
              RX packets:210 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0
              TX packets:210 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0 
              collisions:0 txqueuelen:0 
              RX bytes:16944 (16.5 KiB)  TX bytes:16944 (16.5 KiB)

然后我们来设置VIP信息：

    [root@lvs1 ~]# ifconfig eth1:0 192.168.220.100 broadcast 192.168.220.100 netmask 255.255.255.255 up
    [root@lvs1 ~]# route add -host 192.168.220.100 dev eth1:0

路由表会有新的路由信息：

    [root@lvs1 ~]# route
    Kernel IP routing table
    Destination     Gateway         Genmask         Flags Metric Ref    Use Iface
    192.168.220.100 *               255.255.255.255 UH    0      0        0 eth1
    192.168.100.0   *               255.255.255.0   U     1      0        0 eth0
    192.168.220.0   *               255.255.255.0   U     1      0        0 eth1
    default         192.168.220.1   0.0.0.0         UG    0      0        0 eth1

这时，通过一个外网IP，可以ping通这个VIP（下面这个DOS系统是VM的母机）：

    C:\Users\yinwenjie>  ping 192.168.220.100
    正在 Ping 192.168.220.100 具有 32 字节的数据:
    来自 192.168.220.100 的回复: 字节=32 时间<1ms TTL=64
    来自 192.168.220.100 的回复: 字节=32 时间<1ms TTL=64

以上，我们完成了LVS主机设置LVS-DR工作模式的准备工作。注意：

  • 在您设置过程中，防火前最好关闭，但在正式生产环境中，LVS的防火强最好打开。
  • VIP信息在LVS主机重启后，会消失。所以您最好将设置VIP的命令做成一个脚本。

3.2、准备工作——Real Server

RIP：192.168.220.132

真实服务器的准备工作，需要保证真实服务器能够访问外网网关，并且保证由LVS改写的报文能够被Real Server处理（请参见我的上一篇介绍LVS原理的博文），这就需要做一个回环IP。首先我们看看没有开始设置之前的IP信息：

    [root@localhost ~]# ifconfig 
    eth0      Link encap:Ethernet  HWaddr 00:0C:29:FC:91:FC  
              inet addr:192.168.220.132  Bcast:192.168.220.255  Mask:255.255.255.0
              inet6 addr: fe80::20c:29ff:fefc:91fc/64 Scope:Link
              UP BROADCAST RUNNING MULTICAST  MTU:1500  Metric:1
              RX packets:2384 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0
              TX packets:1564 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
              collisions:0 txqueuelen:1000 
              RX bytes:1551652 (1.4 MiB)  TX bytes:144642 (141.2 KiB)
    
    lo        Link encap:Local Loopback  
              inet addr:127.0.0.1  Mask:255.0.0.0
              inet6 addr: ::1/128 Scope:Host
              UP LOOPBACK RUNNING  MTU:65536  Metric:1
              RX packets:44 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0
              TX packets:44 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
              collisions:0 txqueuelen:0 
              RX bytes:3361 (3.2 KiB)  TX bytes:3361 (3.2 KiB)

使用route命令，查看原始route信息：

    [root@localhost ~]# route
    Kernel IP routing table
    Destination     Gateway         Genmask         Flags Metric Ref    Use Iface
    192.168.220.0   *               255.255.255.0   U     1      0        0 eth0
    default         192.168.220.1   0.0.0.0         UG    0      0        0 eth0

另外，这台Real Server上有一个Nginx，以保证我们观测LVS-DR的运行情况。我们在外网使用192.168.220.132这个IP，能够访问到Nginx的页面：

202307271854240263.png

接下来，我们开始设置Real Server上的回环IP，首先关闭这台机器进行ARP查询的功能，否则，Real Server会在路由器或者交换机上去查询192.168.220.100这个IP对应的MAC地址（注意，以下的信息都会被还原）：

    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

然后可以设置回环IP了：

    [root@vm3 ~]# ifconfig lo:0 192.168.220.100 broadcast 192.168.220.100 netmask 255.255.255.255 up
    [root@vm3 ~]# route add -host 192.168.220.100 dev lo:0

检查新的路由信息：

    [root@vm3 ~]# route 
    Kernel IP routing table
    Destination     Gateway         Genmask         Flags Metric Ref    Use Iface
    192.168.220.100 *               255.255.255.255 UH    0      0        0 lo
    192.168.220.0   *               255.255.255.0   U     1      0        0 eth0
    default         192.168.220.1   0.0.0.0         UG    0      0        0 eth0

以上设置完成。 完成后，您需要通过ping命令，检查一下网关是否可用（最好可以瓶ping一下外网的某个地址，例如163.com）。LVS-DR模式下，Real Server是直接向请求方返回结果，所以一定要保证网关时可用的。

3.3、开始安装和配置LVS-DR模式

在验证了LVS Server和Real Server都准备好以后，就可以进行LVS-DR模式的设置了。LVS管理软件ipvsadm的安装我们就不敷述了，在LVS-NAT的小结中有关于LVS管理软件安装的介绍。

    [root@lvs1 ~]# echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward
    [root@lvs1 ~]# cat /proc/sys/net/ipv4/ip_forward
    1
    [root@lvs1 ~]# ipvsadm -C
    [root@lvs1 ~]# ipvsadm -At 192.168.220.100:81 -s rr 
    [root@lvs1 ~]# ipvsadm -at 192.168.220.100:81 -r 192.168.220.132 -g

介绍一下新出现的参数：

  • -g –gatewaying 指定LVS 的工作模式为直接路由模式DR模式（也是LVS默认的模式）

配置完成，是不是很简单。接下来，我们就可以在外网，通过192.168.220.100这个IP访问132这台Real Server上的Nginx服务了：

202307271854247754.png

4、LVS-TUN 模式安装

LVS-TUN模式的安装我不打算再花很大的篇幅讲了，在您通过上一篇文章了解了DR和TUN的不同以后，其配置的过程都是差不多的，只不过一个可以跨越子网，一个不能。所以LVS-TUN模式的安装和配置请首先参考LVS-DR模式。

5、IPVSADM参数汇总

-A –add-service 在内核的虚拟服务器表中添加一条新的虚拟服务器记录。也就是增加一台新的虚拟服务器。

-E –edit-service 编辑内核虚拟服务器表中的一条虚拟服务器记录。

-D –delete-service 删除内核虚拟服务器表中的一条虚拟服务器记录。

-C –clear 清除内核虚拟服务器表中的所有记录。

-R –restore 恢复虚拟服务器规则

-S –save 保存虚拟服务器规则，输出为-R 选项可读的格式

-a –add-server 在内核虚拟服务器表的一条记录里添加一条新的真实服务器记录。也就是在一个虚拟服务器中增加一台新的真实服务器

-e –edit-server 编辑一条虚拟服务器记录中的某条真实服务器记录

-d –delete-server 删除一条虚拟服务器记录中的某条真实服务器记录

-L –list 显示内核虚拟服务器表

-Z –zero 虚拟服务表计数器清零（清空当前的连接数量等）

–set tcp tcpfin udp 设置连接超时值

–start-daemon 启动同步守护进程。他后面可以是master 或backup，用来说明LVS Router 是master 或是backup。在这个功能上也可以采用keepalived 的VRRP 功能。

–stop-daemon 停止同步守护进程

-t –tcp-service service-address 说明虚拟服务器提供的是tcp 的服务[vip:port] or [real-server-ip:port]

-u –udp-service service-address 说明虚拟服务器提供的是udp 的服务[vip:port] or [real-server-ip:port]

-f –fwmark-service fwmark 说明是经过iptables 标记过的服务类型。

-s –scheduler scheduler 使用的调度算法，选项：rr|wrr|lc|wlc|lblc|lblcr|dh|sh|sed|nq, 默认的调度算法是： wlc.

-p –persistent [timeout] 持久稳固的服务。这个选项的意思是来自同一个客户的多次请求，将被同一台真实的服务器处理。timeout 的默认值为300 秒。

-M –netmask netmask persistent granularity mask

-r –real-server server-address 真实的服务器[Real-Server:port]

-g –gatewaying 指定LVS 的工作模式为直接路由模式DR模式（也是LVS默认的模式）

-i –ipip 指定LVS 的工作模式为隧道模式

-m –masquerading 指定LVS 的工作模式为NAT 模式

-w –weight weight 真实服务器的权值

–mcast-interface interface 指定组播的同步接口

-c

–connection 显示LVS 目前的连接 如：ipvsadm -L -c

–timeout 显示tcp tcpfin udp 的timeout 值 如：ipvsadm -L –timeout

–daemon 显示同步守护进程状态

–stats 显示统计信息

–rate 显示速率信息

–sort 对虚拟服务器和真实服务器排序输出

–numeric -n 输出IP 地址和端口的数字形式

好吧，这个就是我网上抄的。

6、后文介绍

LVS的设置实际上没有什么难度，充其量是一个高级玩意儿，是解决特定问题的特定方法 。您需要的基础知识涉及到IP协议、子网分割、IP映射、Linux脚本等基本知识。打通任督二脉才是您的根本。

LVS的设置过程中肯定会遇到实际问题，特别是您头几次配置。别慌，别怕，透过现象猜测本质，一个一个的解决问题。就我的经验总结，无非几种问题分类：

  • 网关不通
  • 回环IP设置问题
  • 防火墙问题
  • VIP设置问题
  • 网段或者子网问题

通过包括这篇博客在内的这几篇文章，您已经分别了解了Nginx、LVS的功能、原理、特 点和工作模式。后面一篇文章，我们将把这些负载层的技术混合在一起，介绍Nginx + Keepalived、LVS + Keepalived、LVS + Keepalived + Nginx的安装和配置方式。

（本人这个月“持之以恒”奖已经拿到了，笑一个：哈哈哈）

补充一下：由于工作的原因，期间可能还会推出一篇关于Apache Camel的文章，就算提前进入业务通信层的讨论吧。不过这个看当时的时间安排。目前情况下还是以负载均衡层的讨论为主线。

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文章标签： 负载均衡