linux運維之LVS（一）

關(guān)于LVS負載均衡

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一、什么是負載均衡：

負載均衡集群提供了一種廉價、有效、透明的方法，來擴展網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和

服務(wù)器的負載、帶寬、增加吞吐量、加強網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理能力，提高網(wǎng)絡(luò)的靈活性

和可用性。

二、搭建負載均衡服務(wù)的需求：

1）把單臺計算機無法承受的大規(guī)模的并發(fā)訪問或者數(shù)據(jù)流量分擔(dān)到多臺節(jié)點設(shè)備上

分別處理，減少用戶等待響應(yīng)的時間，提升用戶體驗。

2）單個重負載的運算分擔(dān)到多臺節(jié)點設(shè)備上做并行處理，每個節(jié)點設(shè)備結(jié)束后，

將結(jié)果匯總，返回給用戶，系統(tǒng)處理能力得到大幅度提升。

3）7*24的服務(wù)保證，任意一個或多個有限節(jié)點設(shè)備宕機，要求不能影響業(yè)務(wù)。

三、LVS的介紹：

LVS是Linux Virtual Server的簡寫，即Linux虛擬服務(wù)器，是一個虛擬的服務(wù)器

集群系統(tǒng)，可以在UNIX/LINUX平臺下實現(xiàn)負載均衡集群功能。

該項目是在1998年5月由章文嵩博士組織成立的，是中國國內(nèi)最早出現(xiàn)的自由

軟件項目之一。

四、關(guān)于LVS的配置使用：

LVS負載均衡調(diào)度技術(shù)是在Linux內(nèi)核中實現(xiàn)的，因此，被稱為Linux

虛擬服務(wù)器。我們使用該軟件配置LVS時候，不能直接配置內(nèi)核中的ipvs，

而需要使用ipvs的管理工具ipvsadm進行管理，ipvs的管理工具ipvsadm管理ipvs。

五、LVS技術(shù)點小結(jié)：

1）真正實現(xiàn)負載均衡的工具是ipvs，工作在linux內(nèi)核層面。

2）LVS自帶的ipvs管理工具是ipvsadm。

3）keepalived實現(xiàn)管理ipvs及對負載均衡器的高可用。

4）Red hat工具Piranha WEB管理實現(xiàn)調(diào)度的工具ipvs。

六、LVS體系結(jié)構(gòu)與工作原理：

1）LVS集群負載均衡接收服務(wù)的所有入站客戶端計算機請求，并根據(jù)調(diào)度算法決定哪個集群節(jié)點應(yīng)該處理回復(fù)請求。

負載均衡（LB）有時也被稱為LVS Director(簡稱 Director).

2）LVS虛擬服務(wù)器的體系結(jié)構(gòu)如下圖，一組服務(wù)器通過高速的局域網(wǎng)或者地理分布

的廣域網(wǎng)相互連接，在他們的前端有一個負載調(diào)度器（Load Balancer）。負載調(diào)度器能

無縫地將網(wǎng)絡(luò)請求調(diào)度到真正的服務(wù)器上，從而使得服務(wù)器集群的結(jié)構(gòu)對客戶是透明的，

客戶訪問集群系統(tǒng)提供的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)就像訪問一臺高性能、高可用的服務(wù)器一樣。客戶程序

不受服務(wù)器集群的影響不需做任何修改。系統(tǒng)的伸縮性通過在服務(wù)集群中透明地加入和刪除

一個節(jié)點來達到，通過檢測節(jié)點或服務(wù)進程故障和正確的重置系統(tǒng)達到高可用性。由于我們的負載調(diào)度技術(shù)在

linux內(nèi)核中實現(xiàn)的，我們稱之為linux虛擬服務(wù)器（Linux Virtual Server）。

七、LVS社區(qū)提供了一個命名的約定：

名稱：? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 縮寫? ? ? ? ?

虛擬IP地址（Virtual IP Address）? ? VIP

說明：VIP為Director用于向客戶端計算機提供服務(wù)的ip地址，

比如： 域名就解析到vip上提供服務(wù)。

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真實ip地址(Real Server ip Address)? ? 縮寫：VIP

說明：在集群下面節(jié)點上使用的ip地址，物理ip地址。

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Director的ip地址(Director ip Adress)? 縮寫：DIP

說明：Director用于連接內(nèi)外網(wǎng)絡(luò)的ip地址，物理網(wǎng)卡上的IP地址，

是負載均衡上的ip。

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客戶端主機IP地址(Client IP Address)? 縮寫：CIP

說明：客戶端用戶計算機請求集群服務(wù)器的IP地址，該地址用作發(fā)送

給集群的請求的源ip地址。

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LVS集群內(nèi)部的節(jié)點稱為真實服務(wù)器(Real server)，也叫做集群節(jié)點。請求集群服務(wù)的

計算機稱為客戶端計算機。

與計算機通常在網(wǎng)上交換數(shù)據(jù)包的方式相同，客戶端計算機、Director

和真實服務(wù)器使用IP地址彼此進行通信。

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八、LVS集群的3種工作模式介紹與原理講解

1）IP虛擬服務(wù)軟件ipvs，在調(diào)度器的實現(xiàn)技術(shù)中，IP負載均衡技術(shù)是

效率最高的。在已用的ip負載均衡技術(shù)中有通過網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換

（Network Address Translation）將一組服務(wù)器構(gòu)成一個高性能的、高可用的虛擬服務(wù)器，

我們稱之為VS、NAT技術(shù)（Virtual Server Network Adress Translation）。

2）在分析VS/NAT的缺點和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的非對稱性的基礎(chǔ)上，我們提出通過IP隧道實現(xiàn)虛擬服務(wù)器的

方法VS/TUN(Virtual Server via IP Tunneling)和通過直接路由實現(xiàn)虛擬服務(wù)

器的方法VS/DR(Virtual Server via Director Routing),它們可以極大地提高系統(tǒng)的伸縮性。

3）淘寶開源的模式FULLNAT。

LVS的四種工作模式：

縮寫及全拼：

NAT(Network Adress Translation)、TUN(Tunneling)、

DR(Director Routing)、FULLNAT(FULL Network address Translation)

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九、什么是ARP協(xié)議：

1) ARP協(xié)議：全稱"Address Resolution Protocol"，中文名地址解析協(xié)議，使用ARP協(xié)議可

實現(xiàn)通過IP地址獲得得對應(yīng)主機的物理地址(MAC地址)。

在TCP/IP的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，每個聯(lián)網(wǎng)的主機都會被分配一個32位的ip地址，

這種互聯(lián)網(wǎng)地址是在網(wǎng)際范圍標識主機的一種邏輯地址。為了讓報文在

物理網(wǎng)路上傳輸，還必須要知道對方目的主機的物理地址(MAC)才行。這樣就存在把IP地址變成

物理地址的地址轉(zhuǎn)換的問題。

在以太網(wǎng)環(huán)境，為了正確地目的主機傳送報文，必須把目的主機的32位IP

地址轉(zhuǎn)換成為目的主機48位以太網(wǎng)的地址(MAC地址)。這就需要在互聯(lián)層有一個服務(wù)或功能將

IP地址轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的物理地址(MAC地址)，這個服務(wù)或者功能就是ARP協(xié)議。

所謂的“地址解析”，就是主機在發(fā)送幀之前將目標IP地址轉(zhuǎn)換成目標MAC地址的過程，

ARP協(xié)議的基本功能就是通過目標設(shè)備的ip地址，查詢目標設(shè)備的MAC地址，以保證主機

間互相通信的順利進行。

ARP協(xié)議和DNS有點相像之處，不同點是：DNS是在域名和IP之間的解析，另外，ARP協(xié)議不需要

配置服務(wù)，而DNS要配置服務(wù)才行。

ARP協(xié)議要求通信的主機雙方必須在同一個物理網(wǎng)段(即局域網(wǎng))!

2)關(guān)于ARP的小結(jié)：

1.ARP全稱“Address Resolution Protocol”；

2.實現(xiàn)局域網(wǎng)內(nèi)通過IP地址獲取主機的MAC地址；

3.MAC地址48位主機的物理地址，局域網(wǎng)內(nèi)唯一；

4.ARP協(xié)議類似DNS服務(wù)，但不需要配置服務(wù)。

5.ARP協(xié)議是三層協(xié)議。

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十、ARP緩存表：

1）每臺安裝有TCP/IP協(xié)議的電腦都會有一個ARP緩存表(windows 命令提示符里輸入arp -a即可)。

表里的ip地址與MAC地址是一一對應(yīng)的。

arp常用命令:

arp -a :查所有記錄

arp -d ：清除

arp -s ：綁定IP和MAC

2）ARP緩存表是把雙刃劍：

1.主機有了arp緩存表，可以加快ARP的解析速度，減少局域網(wǎng)內(nèi)廣播風(fēng)暴。

2.正是有了arp緩存表，給惡意黑客帶來了攻擊服務(wù)器主機的風(fēng)險，這個就是arp欺騙攻擊。

3.切換路由器，負載均衡器等設(shè)備時，可能會導(dǎo)致短時網(wǎng)絡(luò)中斷。

3）為啥用ARP協(xié)議？

OSI模型把網(wǎng)絡(luò)工作分為七層，彼此不直接通信打交道，只通過接口。IP地址工作在第三層，

MAC地址工作在第二層。當協(xié)議在發(fā)送數(shù)據(jù)包時，需要先封裝第三層IP地址，第二層MAC地址的報頭，

但是協(xié)議只知道目的節(jié)點的ip地址，不知道目的節(jié)點的MAC地址，又不能跨第二、三層，所以得用ARP協(xié)議服務(wù)，

來幫助獲取目的節(jié)點的MAC地址。

4）ARP在生產(chǎn)環(huán)境產(chǎn)生的問題及解決辦法：

1.ARP病毒，ARP欺騙

2.高可用服務(wù)器對之間切換時要考慮ARP緩存的問題。

3.路由器等設(shè)備無縫遷移時需要考慮ARP緩存的問題，例如：更換辦公室的路由器。

5）ARP欺騙原理：

ARP攻擊就是通過偽造IP地址和MAC地址對實現(xiàn)ARP欺騙的，如果一臺主機中了ARP病毒，

那么它就能在網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生大量的ARP通信量，很快的進行廣播以至于使網(wǎng)絡(luò)阻塞，攻擊者

只要持續(xù)不斷的發(fā)出偽造的ARP響應(yīng)就能更改局域網(wǎng)中目標主機ARP緩存中的IP-MAC條目，

造成網(wǎng)絡(luò)中斷或者中間人攻擊。

如何學(xué)習(xí)linux

第一階段：初級入門

初級階段需要把linux運維學(xué)習(xí)路線搞清楚，任何學(xué)習(xí)都是循序漸進的，所以學(xué)linux運維也是需要有一定的路線。

1、Linux基礎(chǔ)知識、基本命令(起源、組成、常用命令如cp、ls、file、mkdir等常見操作命令)

2、Linux用戶及權(quán)限基礎(chǔ)

3、Linux系統(tǒng)進程管理進階

4、linux高效文本、文件處理命令(vim、grep、sed、awk、find等命令)

5、shell腳本入門(可邊練習(xí)邊學(xué)習(xí))

第二階段:中級進階

中級進階需要在充分了解linux原理和基礎(chǔ)知識之后，對上層的應(yīng)用和服務(wù)進行深入學(xué)習(xí)，其中說到服務(wù)肯定涉及到網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)知識，是需要花時間學(xué)習(xí)的。

1、TCP/IP網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)(差不多CCNA、NP的知識就夠用)

2、Linux企業(yè)常用服務(wù)(如dns、http、ftp、mail、nfs等)

3、Linux企業(yè)級安全原理和防范技巧(系統(tǒng)性能/安全、安全威脅模型和保護方法

4、加密/解密原理及數(shù)據(jù)安全、系統(tǒng)服務(wù)訪問控制及服務(wù)安全基礎(chǔ)

5、iptables安全策略構(gòu)建

6、shell腳本進階(主要是結(jié)合一些應(yīng)用，寫一些案例)

7、MySQL應(yīng)用原理及管理入門(能管理和搭建一個個人博客站點)

第三階段：高級提升

1、http服務(wù)代理緩存加速(其中主要學(xué)習(xí)varnish、nginx緩存系統(tǒng)，要對CDN的知識有所了解。)

2、企業(yè)級負載集群(其中主要學(xué)習(xí)nginx、haproxy、lvs要對主要知識熟練掌握，對負載均衡算法有清晰認識)

3、企業(yè)級高可用集群 (其中需要對keepalived，heartbeat等進行深入講解)

4、運維監(jiān)控zabbix詳解(主要是zabbix、cacti、nagios等監(jiān)控系統(tǒng)，現(xiàn)在用的比較多的是zabbix)

5、運維自動化學(xué)習(xí)(需要學(xué)一些開源運維自動化工具的使用如ansible、puppet、cobbler等運維自動化工具)

第四階段：資深方向進階

1、 大數(shù)據(jù)方向(需要對hadoop、storm等常見開源大數(shù)據(jù)系統(tǒng)需要深入了解)

2、 云計算方向(主要是openstack這套東西，當然像一些kvm等虛擬化技術(shù)，也是需要掌握的，現(xiàn)在docker也比較流行)

3、 運維開發(fā)(主要是python運維開發(fā))

4、 自動化運維(在之前自動化基礎(chǔ)上做深入)

5、 運維架構(gòu)師(主要需要廣度，差不多5年左右以上經(jīng)驗，可以擔(dān)當此職位)

linux負載均衡lvs原理詳細講解 什么是lvs負載均衡技術(shù)

LVS共有三種模式，優(yōu)缺點比較如下：

NAT模式

優(yōu)點：集群中的物理服務(wù)器可以使用任何支持TCP/IP操作系統(tǒng)，物理服務(wù)器可以分配Internet的保留私有地址，只有負載均衡器需要一個合法的IP地址。

不足：擴展性有限。當服務(wù)器節(jié)點（普通PC服務(wù)器）數(shù)據(jù)增長到20個或更多時,負載均衡器將成為整個系統(tǒng)的瓶頸，因為所有的請求包和應(yīng)答包都需要經(jīng)過負載均衡器再生。假使TCP包的平均長度是536字節(jié)的話，平均包再生延遲時間大約為60us（在Pentium處理器上計算的，采用更快的處理器將使得這個延遲時間變短），負載均衡器的最大容許能力為8.93M/s，假定每臺物理服務(wù)器的平臺容許能力為400K/s來計算，負責(zé)均衡器能為22臺物理服務(wù)器計算。

TUN模式

我們發(fā)現(xiàn)，許多Internet服務(wù)（例如WEB服務(wù)器）的請求包很短小，而應(yīng)答包通常很大。

優(yōu)點：負載均衡器只負責(zé)將請求包分發(fā)給物理服務(wù)器，而物理服務(wù)器將應(yīng)答包直接發(fā)給用戶。所以，負載均衡器能處理很巨大的請求量，這種方式，一臺負載均衡能為超過100臺的物理服務(wù)器服務(wù)，負載均衡器不再是系統(tǒng)的瓶頸。使用VS-TUN方式，如果你的負載均衡器擁有100M的全雙工網(wǎng)卡的話，就能使得整個Virtual Server能達到1G的吞吐量。

不足：但是，這種方式需要所有的服務(wù)器支持”IP Tunneling”(IP Encapsulation)協(xié)議，我僅在Linux系統(tǒng)上實現(xiàn)了這個，如果你能讓其它操作系統(tǒng)支持，還在探索之中。

DR模式

優(yōu)點：和VS-TUN一樣，負載均衡器也只是分發(fā)請求，應(yīng)答包通過單獨的路由方法返回給客戶端。與VS-TUN相比，VS-DR這種實現(xiàn)方式不需要隧道結(jié)構(gòu)，因此可以使用大多數(shù)操作系統(tǒng)做為物理服務(wù)器，其中包括：Linux 2.0.36、2.2.9、2.2.10、2.2.12；Solaris 2.5.1、2.6、2.7；FreeBSD 3.1、3.2、3.3；NT4.0無需打補丁；IRIX 6.5；HPUX11等。

不足：要求負載均衡器的網(wǎng)卡必須與物理網(wǎng)卡在一個物理段上

新聞名稱：linux命令lvs,linux中l(wèi)vs命令
URL鏈接：http://chinadenli.net/article34/hchppe.html

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