LVS-DR工作原理图文详解

VS/DR的体系结构:

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：

LVS-DR:

DR 值 Direct Routing，直接路由，DR 模型中，Director 和 Realserver 处在同一网络中，对于 Director，VIP 用于接受客户端请求，DIP 用于和 Realserver 通信。对于 Realserver，每个 Realserver 都配有和 Director 相同的 VIP（此 VIP 隐藏，关闭对 ARP 请求的响应），仅用户响应客户端的请求，RIP 用于和 Director 通信。
当客户端请求集群服务时，请求报文发送至 Director 的 VIP（Realserver的 VIP 不会响应 ARP 请求），Director 将客户端报文的源和目标 MAC 地址进行重新封装，将报文转发至 Realserver，Realserver 接收转发的报文。此时报文的源 IP 和目标 IP 都没有被修改，因此 Realserver 接受到的请求报文的目标 IP 地址为本机配置的 VIP，它将使用自己的 VIP 直接响应客户端。
LVS-DR 模型中，客户端的响应报文不会经过 Director，因此 Director 的并发能力有很大提升。

LVS-DR 模型特性:

保证前端路由器将目标地址为 VIP 的报文通过 ARP 解析后送往 Director。

静态绑定：在前端路由将 VIP 对应的目标 MAC 地址静态配置为Director VIP 接口的 MAC 地址。

arptables：在各 Realserver 上，通过 arptables 规则拒绝Realserver响应来自客户端对 VIP 的 ARP 广播请求

修改内核参数：在 Realserver 上修改内核参数，并结合地址的配置方式实现拒绝响应对 VIP 的 ARP 广播请求

各RIP 必须与 DIP 在同一个物理网络中

RS 的 RIP 可以使用私有地址，也可以使用公网地址，以方便配置

Director 仅负责处理入站请求，响应报文由 Realserver 直接发往客户端

Realserver 不能将网关指向 DIP，而直接使用前端网关

不支持端口映射

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：

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：

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。

LVS/DR模式工作原理常见问题:

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.
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。
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。
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。
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。
- arp_ignore:
  定义对目标地址为本地IP的ARP询问不同的应答模式0
  0 - (默认值): 回应任何网络接口上对任何本地IP地址的arp查询请求
  1 - 只回答目标IP地址是来访网络接口本地地址的ARP查询请求
  2 -只回答目标IP地址是来访网络接口本地地址的ARP查询请求,且来访IP必须在该网络接口的子网段内
  3 - 不回应该网络界面的arp请求，而只对设置的唯一和连接地址做出回应
  4-7 - 保留未使用
  8 -不回应所有（本地地址）的arp查询
  确定了向外发送ARP请求的发出地址也即使VIP 地址
- arp_announce - INTEGER
  对网络接口上，本地IP地址的发出的，ARP回应，作出相应级别的限制:
  确定不同程度的限制,宣布对来自本地源IP地址发出Arp请求的接口
  0 - (默认) 在任意网络接口（eth0,eth1，lo）上的任何本地地址
  1 - 尽量避免不在该网络接口子网段的本地地址做出arp回应. 当发起ARP请求的源IP地址是被设置应该经由路由达到此网络接口的时候很有用.此时会检查来访IP是否为所有接口上的子网段内ip之一.如果改来访IP不属于各个网络接口上的子网段内,那么将采用级别2的方式来进行处理.
  2 - 对查询目标使用最适当的本地地址.在此模式下将忽略这个IP数据包的源地址并尝试选择与能与该地址通信的本地地址.首要是选择所有的网络接口的子网中外出访问子网中包含该目标IP地址的本地地址. 如果没有合适的地址被发现,将选择当前的发送网络接口或其他的有可能接受到该ARP回应的网络接口来进行发送.限制了使用本地的vip地址作为优先的网络接口
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。
为什么director上eth0接口除了VIP另外还要配一个ip（即DIP）？
- 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。
- 没有健康检查机制的HA或者Load Balance则没有存在的实际意义。
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。
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.