LVS(Linux Virtaul Server)
Cluser
LB(Load Balance)
HA(High Available)
HP(High Performance)
LB(Load Balance)
LVS-NAT
LVS-DR
LVS-TUN
一、关于ipvsadm:
ipvsadm是运行于用户空间、用来与ipvs交互的命令行工具，它的作用表现在：
1、定义在Director上进行dispatching的服务(service)，以及哪此服务器(server)用来提供此服务；
2、为每台同时提供某一种服务的服务器定义其权重（即概据服务器性能确定的其承担负载的能力）；
注：权重用整数来表示，有时候也可以将其设置为atomic_t；其有效表示值范围为24bit整数空间，即（2^24-1）；
因此，ipvsadm命令的主要作用表现在以下方面：
1、添加服务（通过设定其权重>0）；
2、关闭服务（通过设定其权重>0）；此应用场景中，已经连接的用户将可以继续使用此服务，直到其退出或超时；新的连接请求将被拒绝；
3、保存ipvs设置，通过使用“ipvsadm-sav > ipvsadm.sav”命令实现；
4、恢复ipvs设置，通过使用“ipvsadm-sav < ipvsadm.sav”命令实现；
5、显示ip_vs的版本号，下面的命令显示ipvs的hash表的大小为4k；
# ipvsadm
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
6、显示ipvsadm的版本号
# ipvsadm --version
ipvsadm v1.24 2003/06/07 (compiled with popt and IPVS v1.2.0)
7、ipvsadm常用选项
定义服务： ipvsadm -A|E(add|editor) -t|u|f service-address -p
-D(删除)
-C(清空)
-S(保存)
-R(恢复)
定义realserver ipvsadm -a|e(add|editor) -t|u|f service-address -r service-address -w(weight) -m|g|i
二、ipvsadm使用中应注意的问题
默认情况下，ipvsadm在输出主机信息时使用其主机名而非IP地址，因此，Director需要使用名称解析服务。如果没有设置名称解析服务、服务不可用或设置错误，ipvsadm将会一直等到名称解析超时后才返回。当然，ipvsadm需要解析的名称仅限于RealServer，考虑到DNS提供名称解析服务效率不高的情况，建议将所有RealServer的名称解析通过/etc/hosts文件来实现；
三、调度算法
Director在接收到来自于Client的请求时，会基于"schedule"从RealServer中选择一个响应给Client。ipvs支持以下调度算法：
1、轮询（round robin, rr),加权轮询(Weighted round robin, wrr)——新的连接请求被轮流分配至各RealServer；算法的优点是其简洁性，它无需记录当前所有连接的状态，所以它是一种无状态调度。轮叫调度算法假设所有服务器处理性能均相同，不管服务器的当前连接数和响应速度。该算法相对简单，不适用于服务器组中处理性能不一的情况，而且当请求服务时间变化比较大时，轮叫调度算法容易导致服务器间的负载不平衡。
2、最少连接(least connected, lc)， 加权最少连接(weighted least connection, wlc)——新的连接请求将被分配至当前连接数最少的RealServer；最小连接调度是一种动态调度算法，它通过服务器当前所活跃的连接数来估计服务器的负载情况。调度器需要记录各个服务器已建立连接的数目，当一个请求被调度到某台服务器，其连接数加1；当连接中止或超时，其连接数减一。
3、基于局部性的最少链接调度（Locality-Based Least Connections Scheduling，lblc）——针对请求报文的目标IP地址的负载均衡调度，目前主要用于Cache集群系统，因为在Cache集群中客户请求报文的目标IP地址是变化的。这里假设任何后端服务器都可以处理任一请求，算法的设计目标是在服务器的负载基本平衡情况下，将相同目标IP地址的请求调度到同一台服务器，来提高各台服务器的访问局部性和主存Cache命中率，从而整个集群系统的处理能力。LBLC调度算法先根据请求的目标IP地址找出该目标IP地址最近使用的服务器，若该服务器是可用的且没有超载，将请求发送到该服务器；若服务器不存在，或者该服务器超载且有服务器处于其一半的工作负载，则用“最少链接”的原则选出一个可用的服务器，将请求发送到该服务器。
4、带复制的基于局部性最少链接调度（Locality-Based Least Connections with Replication Scheduling，lblcr）——也是针对目标IP地址的负载均衡，目前主要用于Cache集群系统。它与LBLC算法的不同之处是它要维护从一个目标IP地址到一组服务器的映射，而 LBLC算法维护从一个目标IP地址到一台服务器的映射。对于一个“热门”站点的服务请求，一台Cache 服务器可能会忙不过来处理这些请求。这时，LBLC调度算法会从所有的Cache服务器中按“最小连接”原则选出一台Cache服务器，映射该“热门”站点到这台Cache服务器，很快这台Cache服务器也会超载，就会重复上述过程选出新的Cache服务器。这样，可能会导致该“热门”站点的映像会出现在所有的Cache服务器上，降低了Cache服务器的使用效率。LBLCR调度算法将“热门”站点映射到一组Cache服务器（服务器集合），当该“热门”站点的请求负载增加时，会增加集合里的Cache服务器，来处理不断增长的负载；当该“热门”站点的请求负载降低时，会减少集合里的Cache服务器数目。这样，该“热门”站点的映像不太可能出现在所有的Cache服务器上，从而提供Cache集群系统的使用效率。LBLCR算法先根据请求的目标IP地址找出该目标IP地址对应的服务器组；按“最小连接”原则从该服务器组中选出一台服务器，若服务器没有超载，将请求发送到该服务器；若服务器超载；则按“最小连接”原则从整个集群中选出一台服务器，将该服务器加入到服务器组中，将请求发送到该服务器。同时，当该服务器组有一段时间没有被修改，将最忙的服务器从服务器组中删除，以降低复制的程度。
5、目标地址散列调度（Destination Hashing，dh）算法也是针对目标IP地址的负载均衡，但它是一种静态映射算法，通过一个散列（Hash）函数将一个目标IP地址映射到一台服务器。目标地址散列调度算法先根据请求的目标IP地址，作为散列键（Hash Key）从静态分配的散列表找出对应的服务器，若该服务器是可用的且未超载，将请求发送到该服务器，否则返回空。
6、源地址散列调度（Source Hashing，sh）算法正好与目标地址散列调度算法相反，它根据请求的源IP地址，作为散列键（Hash Key）从静态分配的散列表找出对应的服务器，若该服务器是可用的且未超载，将请求发送到该服务器，否则返回空。它采用的散列函数与目标地址散列调度算法的相同。除了将请求的目标IP地址换成请求的源IP地址外，它的算法流程与目标地址散列调度算法的基本相似。在实际应用中，源地址散列调度和目标地址散列调度可以结合使用在防火墙集群中，它们可以保证整个系统的唯一出入口。
四、关于LVS追踪标记fwmark：
如果LVS放置于多防火墙的网络中，并且每个防火墙都用到了状态追踪的机制，那么在回应一个针对于LVS的连接请求时必须经过此请求连接进来时的防火墙，否则，这个响应的数据包将会被丢弃。
查看LVS上当前的所有连接
# ipvsadm -Lcn
或者
#cat /proc/net/ip_vs_conn
查看虚拟服务和RealServer上当前的连接数、数据包数和字节数的统计值，则可以使用下面的命令实现：
# ipvsadm -l --stats
查看包传递速率的近似精确值，可以使用下面的命令：
# ipvsadm -l --rate
LVS/NAT
LVS-NAT基于cisco的LocalDirector。VS/NAT不需要在RealServer上做任何设置，其只要能提供一个tcp/ip的协议栈即可，甚至其无论基于什么OS。基于VS/NAT，所有的入站数据包均由Director进行目标地址转换后转发至内部的RealServer，RealServer响应的数据包再由Director转换源地址后发回客户端。
VS/NAT模式不能与netfilter兼容，因此，不能将VS/NAT模式的Director运行在netfilter的保护范围之中。现在已经有补丁可以解决此问题，但尚未被整合进ip_vs code。
设置LVS-NAT模式的LVS我们以web为例
定义服务
#ipvsadm -A -t VIP:PORT -s rr
如：
#ipvsadm -A -t 202.99.59.110:80 -s rr
定义Realserver
#ipvsadm -a -t VIP:PORT -r RIP -m -w n
如：
#ipvsadm -a -t 202.99.59.110:80 -r 192.168.10.1 -m -w 2
#ipvsadm -a -t 202.99.59.110:80 -r 192.168.10.2 -m -w 4
#ipvsadm -a -t 202.99.59.110:80 -r 192.168.10.3 -m -w 5
打开路由转发功能
#echo "1" >/proc/sys/net/ipv4/ip_forward
服务控制脚本：
vim /etc/init.d/ipvsd
#!/bin/bash
#
. /etc/rc.d/init.d/functions
#
VIP='202.99.59.110'
DIP='192.168.10.254'
RIP1='192.168.10.1'
RIP2='192.168.10.2'
RIP3='192.168.10.3'
#
case $1 in
'start')
/sbin/ifconfig eth0:1 $VIP netmask 255.255.255.0 up
echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward
#Clear all iptable fules.
/sbin/iptables -F
#Reset iptables counters.
/sbin/iptables -Z
#Clear all ipvsadm rules/services.
/sbin/ipvsadm -C
#Add an IP virtaul services for VIP port 80
/sbin/ipvsadm -A -t $VIP:80 -s rr
#the director packets for this VIP to
/sbin/ipvsadm -a -t $VIP:80 -r $RIP1 -m -w 1
/sbin/ipvsadm -a -t $VIP:80 -r $RIP2 -m -w 1
/sbin/ipvsadm -a -t $VIP:80 -r $RIP3 -m -w 1
;;
'stop')
echo 0 >/proc/sys/net/ipv4/ip_forward
/sbin/ipvsadm -C
/sbin/ifconfig eth0:1 down
;;
'*')
echo "Unknown options Usage:$0 {start|stop}"
;;
esac
LVS-DR
在如上图的VS/DR或VS/TUN应用的一种模型中（所有机器都在同一个物理网络），所有机器（包括Director和RealServer）都使用了一个额外的IP地址，即VIP。当一个客户端向VIP发出一个连接请求时，此请求必须要连接至Director的VIP，而不能是RealServer的。因为，LVS的主要目标就是要Director负责调度这些连接请求至RealServer的。
因此，在Client发出至VIP的连接请求后，只能由Director将其MAC地址响应给客户端（也可能是直接与Director连接的路由设备），而Director则会相应的更新其ipvsadm table以追踪此连接，而后将其转发至后端的RealServer之一。
如果Client在请求建立至VIP的连接时由某RealServer响应了其请求，则Client会在其MAC table中建立起一个VIP至RealServer的对就关系，并以至进行后面的通信。此时，在Client看来只有一个RealServer而无法意识到其它服务器的存在。
为了解决此问题，可以通过在路由器上设置其转发规则来实现。当然，如果没有权限访问路由器并做出相应的设置，则只能通过传统的本地方式来解决此问题了。这些方法包括：
1、禁止RealServer响应对VIP的ARP请求；
2、在RealServer上隐藏VIP，以使得它们无法获知网络上的ARP请求；
3、基于“透明代理（Transparent Proxy）”或者“fwmark （firewall mark）”；
4、禁止ARP请求发往RealServers；
传统认为，解决ARP问题可以基于网络接口，也可以基于主机来实现。Linux采用了基于主机的方式，因为其可以在大多场景中工作良好，但LVS却并不属于这些场景之一，因此，过去实现此功能相当麻烦。现在可以通过设置arp_ignore和arp_announce，这变得相对简单的多了。
Linux 2.2和2.4（2.4.26之前的版本）的内核解决“ARP问题”的方法各不相同，且比较麻烦。幸运的是，2.4.26和2.6的内核中引入了两个新的调整ARP栈的标志（device flags）：arp_announce和arp_ignore。基于此，在DR/TUN的环境中，所有IPVS相关的设定均可使用arp_announce=2和arp_ignore=1/2/3来解决“ARP问题”了。
arp_annouce：Define different restriction levels for announcing the local source IP address from IP packets in ARP requests sent on interface；
0 - (default) Use any local address, configured on any interface.
1 - Try to avoid local addresses that are not in the target's subnet for this interface.
2 - Always use the best local address for this target.
arp_ignore: Define different modes for sending replies in response to received ARP requests that resolve local target IP address.
0 - (default): reply for any local target IP address, configured on any interface.
1 - reply only if the target IP address is local address configured on the incoming interface.
2 - reply only if the target IP address is local address configured on the incoming interface and both with the sender's IP address are part from same subnet on this interface.
3 - do not reply for local address configured with scope host, only resolutions for golbal and link addresses are replied.
4-7 - reserved
8 - do not reply for all local addresses
在RealServers上，VIP配置在本地回环接口lo上。如果回应给Client的数据包路由到了eth0接口上，则arp通告或请应该通过eth0实现，因此，需要在sysctl.conf文件中定义如下配置：
#vim /etc/sysctl.conf
net.ipv4.conf.lo.arp_announce = 2
net.ipv4.conf.lo.arp_ignore = 1
net.ipv4.conf.all.arp_announce = 2
net.ipv4.conf.all.arp_ignore = 1
以上选项需要在启用VIP之前进行，否则，则需要在Drector上清空arp表才能正常使用LVS。
到达Director的数据包首先会经过PREROUTING，而后经过路由发现其目标地址为本地某接口的地址，因此，接着就会将数据包发往INPUT(LOCAL_IN HOOK)。此时，正在运行内核中的ipvs（始终监控着LOCAL_IN HOOK）进程会发现此数据包请求的是一个集群服务，因为其目标地址是VIP。于是，此数据包的本来到达本机(Director)目标行程被改变为经由POSTROUTING HOOK发往RealServer。这种改变数据包正常行程的过程是根据IPVS表(由管理员通过ipvsadm定义)来实现的。
如果有多台Realserver，在某些应用场景中，Director还需要基于“连接追踪”实现将由同一个客户机的请求始终发往其第一次被分配至的Realserver，以保证其请求的完整性等。其连接追踪的功能由Hash table实现。Hash table的大小等属性可通过下面的命令查看：
# ipvsadm -lcn
为了保证其时效性，Hash table中“连接追踪”信息被定义了“生存时间”。LVS为记录“连接超时”定义了三个计时器：
1、空闲TCP会话；
2、客户端正常断开连接后的TCP会话；
3、无连接的UDP数据包（记录其两次发送数据包的时间间隔）；
上面三个计时器的默认值可以由类似下面的命令修改，其后面的值依次对应于上述的三个计时器：
# ipvsadm --set 28800 30 600
数据包在由Direcotr发往Realserver时，只有目标MAC地址发生了改变(变成了Realserver的MAC地址)。Realserver在接收到数据包后会根据本地路由表将数据包路由至本地回环设备，接着，监听于本地回环设备VIP上的服务则对进来的数据库进行相应的处理，而后将处理结果回应至RIP，但数据包的原地址依然是VIP。
ipvs的持久连接：
无论基于什么样的算法，只要期望源于同一个客户端的请求都由同一台Realserver响应时，就需要用到持久连接。比如，某一用户连续打开了三个telnet连接请求时，根据RR算法，其请求很可能会被分配至不同的Realserver，这通常不符合使用要求。
Director脚本:
#!/bin/bash
#
. /etc/rc.d/init.d/functions
#
VIP='202.108.22.46'
RIP1='192.168.1.2'
RIP2='192.168.1.3'
RIP3='192.168.1.4'
case $1 in
'start')
/sbin/ifconfig eht0:1 $VIP broadcast $VIP netmask 255.255.255.255 up
/sbin/route add -host $VIP dev eth0:1
#Since this is the Director we must be able to forward packets
echo "1" >/proc/sys/net/ipv4/ip_forward
#Clear all iptables rules.
/sbin/iptables -F
/sbin/iptables -Z
#Clear all ipvsadm rules/services.
/sbin/ipvsadm -C
# Add an IP virtual service for VIP 192.168.0.219 port 80
# In this recipe, we will use the round-robin scheduling method.
# In production, however, you should use a weighted, dynamic scheduling method.
/sbin/ipvsadm -A -t $VIP:80 -s wlc
# Now direct packets for this VIP to
# the real server IP (RIP) inside the cluster
/sbin/ipvsadm -a -t $VIP:80 -r $RIP1 -g -w 1
/sbin/ipvsadm -a -t $VIP:80 -r $RIP2 -g -w 1
/sbin/ipvsadm -a -t $VIP:80 -r $RIP3 -g -w 1
/bin/touch /var/lock/subsys/ipvsadm &>/dev/null
;;
'stop')
echo 0 >/proc/sys/net/ipv4/ip_forward
/sbin/ipvsadm -C
/sbin/ifconfig eth0:1 down
/sbin/route del $VIP
/bin/rm -f /var/lock/subsys/ipvsadm
echo "ipvsadm is stoped..."
;;
'status')
if [ ! -e /var/lock/subsys/ipvsadm ] ; then
echo "ipvsadm is stoped..."
else
echo "ipvsadm is running..."
/sbin/ipvsadm -Ln
fi
;;
'*')
echo "Unknown optiosn Usage:$0 {start|stop|status}"
;;
esac
RealServer脚本:
#!/bin/bash
#
# Script to start LVS DR real server.
# description: LVS DR real server
#
. /etc/rc.d/init.d/functions
VIP='202.108.22.46'
host=`/bin/hostname`
case "$1" in
start)
# Start LVS-DR real server on this machine.
/sbin/ifconfig lo down
/sbin/ifconfig lo up
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
/sbin/ifconfig lo:0 $VIP broadcast $VIP netmask 255.255.255.255 up
/sbin/route add -host $VIP dev lo:0
;;
stop)
# Stop LVS-DR real server loopback device(s).
/sbin/ifconfig lo:0 down
echo 0 > /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_ignore
echo 0 > /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_announce
echo 0 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_ignore
echo 0 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_announce
;;
status)
# Status of LVS-DR real server.
islothere=`/sbin/ifconfig lo:0 | grep $VIP`
isrothere=`netstat -rn | grep "lo:0" | grep $VIP`
if [ ! "$islothere" -o ! "isrothere" ];then
# Either the route or the lo:0 device
# not found.
echo "LVS-DR real server Stopped."
else
echo "LVS-DR real server Running."
fi
;;
*)
# Invalid entry.
echo "$0: Usage: $0 {start|status|stop}"
exit 1
;;
esac
LVS-Persistance持久连接
PCC(Persistant client connection)
ppc(Persistant port connection)
PCC
#ipvsadm -A -t $VIP:0 -s rr -p 3600
ppc
#ipvsadm -A -t $VIP:80 -s rr -p 3600
#ipvsadm -A -t $vip:443 -s rr -p 3600
#ipvsadm -A -t $VIP:25 -s rr -p 3600
FW(基于防火墙标记)
#iptables -t mangle -F
#iptables -t mangle -A PREROUTING -d 192.168.0.220 -p tcp --dport 80 -i eth0 -j MARK --set-mark 1
#iptables -t mangle -A PREROUTNING -d 192.168.0.220 -p tcp --dport 443 -i eth0 -j MARK --set-mark 1
#ipvsadm -A -f 1 -s rr -p 3600
#ipvsadm -a -f 1 -r RIP -m -w 1
#ipvsadm -a -f 1 -r RIP -m -w 1
