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Brc
2021-11-24
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LVS DR模型实践

# LVS DR模型原理

通过修改请求报文的目标MAC地址，然后根据算法挑选出合适的RS节点，进行转发。（请求进入DS时做MAC地址替换，后端返回数据报文时无需经过DS节点，直接返回给客户端即可。）

# DR模型基础图解

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# DR模型底层实现

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  1. 路由器如何找到VIP以及MAC地址呢？
    • 路由器通过ARP广播获取VMAC，然后封装CIP、VIP、CMAC、VMAC，通过交换机转发至目标主机。
  2. RS处理请求直接返回给CIP，不经过DS，那么RS如何将数据包回传给CIP？
    • 由于CIP请求的是VIP，而响应是通过RIP响应给CIP，所以数据报文一定会被丢弃。那么就需要在所有的RS的接口上配置VIP的地址，由RS上的VIP响应给CIP即可。
  3. 所有RS节点都配置VIP，那么路由器在广播的时候，岂不是所有的VIP都会响应？
    • 方式1：在路由器上静态绑定VIP与VMAC的关系。（但可能没有操作权限）
    • 方式2：在所有RS节点上配置ARP抑制，简单来说就是路由器广播获取VMAC时，所有的RS都不应答，其次所有的RS都不对外宣布自己的VIP。
  4. VIP、DIP、RIP需要在同—网段中吗？
    • 一般来说DIP和RIP在同一物理网络中，并不一定在同一网段中。

# DR模型访问流程

  1. 当用户请求到达DS节点，此时请求的数据报文会先到内核空间的PREROUTING链。此时报文的源IP为CIP，目标IP为VIP；
  2. PREROUTING检查发现数据包的目标IP是本机，将数据包送至INPUT链；
  3. IPVS比对数据包请求的服务是否为集群服务，是则将请求报文中的源MAC修改为DMAC，将目标MAC修改为RMAC，然后将数据包通过POSTROUTING链发出。此时的源IP和目标IP均未修改，仅将源MAC修改为DMAC，目标MAC修改为RMAC；
  4. 由于DS和RS在同一个网络中，所以是通过二层来传输。POSTROUTING链检查目标MAC为RIP的MAC地址，那么此时数据包将通过DIP发送到RS节点；
  5. RS拆解数据报文发现请求的IP地址是本机，则会接收该数据报文，而后构建响应报文向外发出，此时的源IP是VIP，目标IP是CIP；
  6. 响应报文最终送达至客户端；

# DR模型特性

  • 请求报文必须由DS节点转发，但响应报文必须不经过DS节点；
  • RS不能将网关指向DS节点的DIP；
  • DS和RS节点必须位于同一物理网络中；
  • DR模型不支持地址转换，也不支持端口映射；
  • RS可以是常见的操作系统Windows、Linux、Macos；
  • RS在lo接口上配置VIPeth1(arp)；

# DR模型ARP

  • arp_ignore（控制系统在收到外部的arp请求时，是否需要应答）
    • 0 默认值，将本机所有接口的所有信息像每个连接的网络进行通告；
    • 1 只应答本地主机访问网络接口（eth0-->lo），才给予响应；
  • arp_announce（控制系统是否对外宣布自己的地址）
    • 0 默认值，把本机所有接口的所有信息向每个接口的网络进行通告；
    • 1 "尽量避免"将接口信息向非直接连接网络进行通告；
    • 2 "必须避免"将接口信息向非本网络进行通告；

# LVS DR模型实践

# DR架构规划

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# DR路由器配置

  1. 将Linux服务器配置为路由器，先配置其IP地址；

    • eth0配置信息如下
    [root@route ~]# cat /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-eth0
TYPE=Ethernet
BOOTPROTO=none
DEFROUTE=yes
NAME=eth0
DEVICE=eth0
ONBOOT=yes
IPADDR=10.0.0.200
PREFIX=24
GATEWAY=10.0.0.2			# 指向能出公网的IP
DNS1=223.5.5.5
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    • eth1配置信息如下
    [root@route ~]# cat /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-eth1
TYPE=Ethernet
BOOTPROTO=none
DEFROUTE=yes
NAME=eth1
DEVICE=eth1
ONBOOT=yes
IPADDR=172.16.1.200
PREFIX=24
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  2. 在Route节点启用FORWARD转发功能，实现路由功能；

    [root@route ~]# echo "net.ipv4.ip_forward = 1" >>/etc/sysctl.conf
[root@route ~]# sysctl -p
    1
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# DR RS配置

  1. 配置RS节点eth1网卡为LAN模式，然后将网关指向能出公网的路由即可；（所有RS节点都需要操作）

    [root@rs01 ~]# ifdown eth0		# 关闭eth0网关，真实生产环境也仅有一块网卡
[root@rs01 ~]# cat /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-eth1
TYPE=Ethernet
BOOTPROTO=none
DEFROUTE=yes
NAME=eth1
DEVICE=eth1
ONBOOT=yes
IPADDR=172.16.1.5			# 不同的 RS 节点地址不一样
GATEWAY=172.16.1.200		# 所有的 RS 节点都需要能出公网网关
PREFIX=24
DNS=223.5.5.5
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  2. 配置RS节点VIP地址；

    [root@rs01 ~]# cat /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-lo:0
DEVICE=lo:0
IPADDR=172.16.1.100
NETMASK=255.0.0.0
ONBOOT=yes
NAME=loopback
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  3. 重启eth1、lo:0网络，使其生效；

    [root@rs01 ~]# ifdown eth1 && ifup eth1
[root@rs01 ~]# ifdown lo:0 && ifup lo:0
    1
    2

  4. 配置arp，不对外宣告本机VIP地址，也不响应其他节点发起ARP请求本机的VIP；

    [root@rs01 ~]# echo "1" >/proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_ignore
[root@rs01 ~]# echo "1" >/proc/sys/net/ipv4/conf/default/arp_ignore
[root@rs01 ~]# echo "1" >/proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_ignore

[root@rs01 ~]# echo "2" >/proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_announce
[root@rs01 ~]# echo "2" >/proc/sys/net/ipv4/conf/default/arp_announce
[root@rs01 ~]# echo "2" >/proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_announce
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  5. 检查RS节点路由信息；

    [root@rs01 ~]# route -n
Destination	Gateway			Genmask			Flags	Metric	Ref	Use	Iface
0.0.0.0		172.16.1.200	0.0.0.0			UG		100		0	0	eth1
172.16.1.0	0.0.0.0			255.255.255.0	U		100		0	0	eth1
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  6. 配置后端所有RS的web服务，注意RS1和RS2页面不一样，方便验证效果；

    • rs1节点配置
    [root@rs01 ~]# yum install nginx -y
[root@rs01 ~]# cat /etc/nginx/conf.d/lvs.birenchong.cn.conf
server {
    listen 80;
    server_name lvs.birenchong.cn;
    root /opt;

    location / {
    	index index.html;
    }
}
[root@rs01 ~]# echo "Web Page RS-Node1" > /opt/index.html
[root@rs01 ~]# systemctl start nginx

# 本机测试访问
[root@rs01 ~]# curl -HHost:lvs.birenchong.cn http://172.16.1.5
Web Page RS-Node1
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    • rs2节点配置
    [root@rs02 ~]# yum install nginx -y
[root@rs02 ~]# cat /etc/nginx/conf.d/lvs.birenchong.cn.conf
server {
    listen80;
    server_name lvs.birenchong.cn;
    root /opt;

    location / {
    	index index.html;
    }
}
[root@rs02 ~]# echo "Web Page RS-Node2" >/opt/index.html
[root@rs02 ~]# systemctl start nginx

# 本机测试访问
[root@rs02 ~]# curl -HHost:lvs.birenchong.cn http://172.16.1.6
Web Page RS-Node2
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# DR DS配置

  1. 编辑网卡配置，将DS节点的eth1网关指向路由节点；

    [root@lb01 ~]# ifdown eth0
[root@lb01 ~]# cat /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-eth1
TYPE=Ethernet
BOOTPROTO=none
DEFROUTE=yes
NAME=eth1
DEVICE=eth1
ONBOOT=yes
IPADDR=172.16.1.3
PREFIX=24
GATEWAY=172.16.1.200		# 填写一个网关即可
DNS1=223.5.5.5
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  2. 新增VIP地址的网卡配置，将VIP绑定到eth1:1网卡上；

    [root@lb01 ~]# cat /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-eth1:1
TYPE=Ethernet
BOOTPROTO=none
DEFROUTE=yes
NAME=eth1:1
DEVICE=eth1:1
ONBOOT=yes
IPADDR=172.16.1.100
PREFIX=24
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  3. 重启DS节点eth1、eth1:1的网卡；

    [root@lb01 ~]# ifdown eth1 && ifup eth1
[root@lb01 ~]# ifdown eth1:1 && ifup eth1:1
    1
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  4. 开启DS节点的内核转发功能；（DR模型不需要，因为不需要DS节点转发RS请求）

    [root@lb01 ~]# echo "net.ipv4.ip_forward = 1" >>/etc/sysctl.conf
[root@lb01 ~]# sysctl -p
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  5. DS节点负载均衡配置；

    # 定义LVS集群
[root@lb01 ~]# ipvsadm -C
[root@lb01 ~]# ipvsadm -A -t 172.16.1.100:80 -s rr

# 添加RS1、RS2集群节点，采用官网模式
[root@lb01 ~]# ipvsadm -a -t 172.16.1.100:80 -r 172.16.1.5:80 -g
[root@lb01 ~]# ipvsadm -a -t 172.16.1.100:80 -r 172.16.1.6:80 -g

# 查看集群状态信息
[root@lb01 ~]# ipvsadm -L -n
IP virtual server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
	-> RemoteAddress; Port	Forward	weight	ActiveConn	InActConn
TCP	172.16.1.100:80 rr
	-> 172.16.1.5:80		Route	1		0			0
	-> 172.16.1.6:80		Route	1		0			0
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# DR Client测试

  1. 配置Client节点eth0网络；

    [root@client ~]# cat /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-eth0
TYPE=Ethernet
BOOTPROTO=none
DEFROUTE=yes
NAME=eth0
DEVICE=eth0
ONBOOT=yes
IPADDR=10.0.0.100
PREFIX=24
GATEWAY=10.0.0.200		# 真实场景不可能将客户端网关指向企业的路由器上
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  2. 重启Client节点网络；

    [root@client ~]# systemctl restart network
    1

  3. 使用Client测试访问效果；

    [root@client ~]# curl -HHost:lvs.birenchong.cn http://172.16.1.100
Web Page RS-Node1
[root@client ~]# curl -HHost:lvs.birenchong.cn http://172.16.1.100
Web Page RS-Node2
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  4. 模拟真实场景，首先删除Client节点指向Route的网关信息，然后配置Route打开IP映射DNAT、以及SNAT（共享上网功能）；

    • 删除Client节点的网关配置
    [root@client ~]# sed -i '/GATEWAY/d' /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-eth0
[root@client ~]# systemctl restart network
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    • 配置Route路由节点的DNAT以及SNAT
    # DNAT（地址映射，企业环境使用）
[root@route ~]# iptables -t nat -A PREROUTING -d 10.0.0.200 -j DNAT --to 172.16.1.100
# DNAT（端口映射，虚拟环境使用）
[root@route ~]# iptables -t nat -A PREROUTING -d 10.0.0.200 -p tcp --dport 80 -j DNAT --to 172.16.1.100:80

# SNAT（让内部主机通过路由可以上网）
[root@route ~]# iptables -t nat -A POSTROUTING -s 172.16.1.0/24 -j SNAT --to 10.0.0.200
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  5. 最后用Client再次测试；

    # 真实情况下，客户端节点也是无法连接企业内部网络
[root@client ~]# curl -HHost:lvs.birenchong.cn http://172.16.1.100
curl:(7） Failed to connect to 172.16.1.100:网络不可达

# 需要通过访问路由的公网IP
[root@client ~]# curl -HHost:lvs.birenchong.cn http://10.0.0.200
Web Page RS-Node2
[root@client ~]# curl -HHost:lvs.birenchong.cn http://10.0.0.200
Web Page RS-Node1
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# LVS DR模型脚本实践

在网络规划没有问题的情况下，通过脚本来实现LVS DR模型。（注意修改脚本中的IP地址）

# DS配置脚本

[root@lb01 ~]# cat lvs_ds.sh
#!/usr/bin/bash
VIP=172.16.1.100
RS1=172.16.1.5
RS2=172.16.1.6
PORT=80
DEV=eth1:1

case $1 in
    start)
        cat  >/etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-${DEV} <<-EOF
        TYPE=Ethernet
        BOOTPROTO=none
        DEFROUTE=yes
        NAME=${DEV}
        DEVICE=${DEV}
        ONBOOT=yes
        IPADDR=${VIP}
        PREFIX=24
        EOF

        # 启动网卡
        ifup ${DEV}

        # 配置LVS规则
        ipvsadm -C
        ipvsadm -A -t ${VIP}:${PORT} -s rr
        ipvsadm -a -t ${VIP}:${PORT} -r ${RS1} -g
        ipvsadm -a -t ${VIP}:${PORT} -r ${RS2} -g
        ;;

    stop)
        ifdown ${DEV}
        rm -f /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-${DEV}
        ipvsadm -C
		;;
    *)
        echo "Usage: sh $0 { start | stop }"
    	;;
esac
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# RS配置脚本

[root@rs01 ~]# cat lvs_rs.sh
#!/usr/bin/bash
VIP=172.16.1.100
DEV=lo:0

case $1 in
    start)
        echo "1" >/proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_ignore
        echo "1" >/proc/sys/net/ipv4/conf/default/arp_ignore
        echo "1" >/proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_ignore

        echo "2" >/proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_announce
        echo "2" >/proc/sys/net/ipv4/conf/default/arp_announce
        echo "2" >/proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_announce


        cat  >/etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-${DEV} <<-EOF
        DEVICE=lo:0
        IPADDR=${VIP}
        NETMASK=255.0.0.0
        ONBOOT=yes
        NAME=loopback
        EOF

        ifup ${DEV}    # 启动网卡
        systemctl start nginx
        ;;
    stop)
        echo "0" >/proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_ignore
        echo "0" >/proc/sys/net/ipv4/conf/default/arp_ignore
        echo "0" >/proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_ignore

        echo "0" >/proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_announce
        echo "0" >/proc/sys/net/ipv4/conf/default/arp_announce
        echo "0" >/proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_announce

        ifdown ${DEV}  # 停止网卡
        rm -f /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-${DEV}
        systemctl stop nginx
        ;;
    *)
        echo "Usage: sh $0 { start | stop }"
        ;;
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# LVS 持久连接实践

# 什么是持久化连接

LVS persistence持久连接，无论使用任何调度算法，在一段时间内（默认300s），能够实现将来自同一个地址的请求始终发往同一个RS。

# 持久化连接配置

[root@lb01 ~]# ipvsadm -E -t 172.16.1.100:80 -p 30
[root@lb01 ~]# ipvsadm -L -n
IP virtual server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
	-> RemoteAddress:Port	Forward	weight	ActiveConn	InActConn
TCP 172.16.1.100:80 wlc persistent 30
	-> 172.16.1.5:80		Route	1		0			0
	-> 172.16.1.6:80		Route	1		0			0
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# 持久化连接测试

客户端请求后，可以登陆LVS节点查看，是否有一个连接处于长连接状态。（需要每个请求都TIME-WAIT结束，才会断开长连接）

[root@lb01 ~]# ipvsadm -L -n -c
IPvS connection entries
pro expire state	source				virtual			destination
TCP 01:52 FIN_WAIT	10.0.0.100:60100	172.16.1.100:80	172.16.1.6:80
# 这个就是长连接的计数器，为O就断开了长连接
TCP 00:22 NONE		10.0.0.100:0		172.16.1.100:80	172.16.1.6:80
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# LVS DR模型高可用

LVS可以实现负载均衡功能，但是没有健康检查机制，如果一台RS节点故障，LVS仍然会将请求调度至该故障RS节点服务器；

  • 那么我们可以使用Keepalived来实现解决：
    • 使用Keepalived可以实现LVS的健康检查机制，RS节点故障，则自动剔除该故障的RS节点，如果RS节点恢复则自动加入集群；
    • 使用Keeplaived可以解决LVS单点故障，以此实现LVS的高可用；
    • 可以理解Keepalived就是为LVS而诞生的；

# Master节点配置

  1. 安装Keepalived软件

    [root@lb01 ~]# yum install keepalived -y
    1

  2. 配置Keepalived为MASTER角色

    [root@lb01 ~]# cat /etc/keepalived/keepalived.conf
global_defs {
    router_id lb01
}

vrrp_instance VI_1 {
    state MASTER
    priority 200

    interface eth1
    virtual_router_id 50
    advert_int 3
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass 1111
 }
    virtual_ipaddress {
        172.16.1.100
    }
}

# 配置集群地址访问的IP+Port
virtual_server 172.16.1.100 80 {
    # 健康检查的时间，单位:秒
    delay_loop 6
    # 配置负载均衡的算法
    lb_algo wlc
    # 设置LVS的模式NAT|TUN|DR
    lb_kind DR
    # 设置会话持久化的时间
    perssisstence_timeout 5
    # 设置协议
    protocol TCP

    # 负载均衡后端的真实服务节点RS-1
    real_server 172.16.1.5 80 {
        # 权重配比设置为1
        weight 1
        # 设置健康检查
        TCP_CHECK {
            # 检测后端80端口
            connect_port 80
            # 超时时间
            connect_timeout 3
            # 重试次数2次
            nb_get_retry 2
            # 间隔时间3s
            delay_beefore_retry 3
        }
    }
     # 负载均衡后端的真实服务节点RS-2
    real_server 172.16.1.6 80 {
        # 权重配比设置为1
        weight 1
        # 设置健康检查
        TCP_CHECK {
            # 检测后端80端口
            connect_port 80
            # 超时时间
            connect_timeout  3
            # 重试次数2次
            nb_get_retry 2
            # 间隔时间3s
            delay_beefore_retry 3
        }
    }
}
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# Backup节点配置

  1. 安装Keepalived软件

    [root@lb02 ~]# yum instal1 keepalived -y
    1

  2. 配置Keepalived为BACKUP角色

    [root@lb02 ~]# cat /etc/keepalived/keepalived.conf
global_defs {
    router_id lb02
}

vrrp_instance VI_1 {
    state BACKUP
    priority 150

    interface eth1
    virtual_router_id 50
    advert_int 3
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass 1111
 }
    virtual_ipaddress {
        172.16.1.100
    }
}

# 配置集群地址访问的IP+Port
virtual_server 172.16.1.100 80 {
    # 健康检查的时间，单位:秒
    delay_loop 6
    # 配置负载均衡的算法
    lb_algo wlc
    # 设置LVS的模式NAT|TUN|DR
    lb_kind DR
    # 设置会话持久化的时间
    perssisstence_timeout 5
    # 设置协议
    protocol TCP

    # 负载均衡后端的真实服务节点RS-1
    real_server 172.16.1.5 80 {
        # 权重配比设置为1
        weight 1
        # 设置健康检查
        TCP_CHECK {
            # 检测后端80端口
            connect_port 80
            # 超时时间
            connect_timeout 3
            # 重试次数2次
            nb_get_retry 2
            # 间隔时间3s
            delay_beefore_retry 3
        }
    }
     # 负载均衡后端的真实服务节点RS-2
    real_server 172.16.1.6 80 {
        # 权重配比设置为1
        weight 1
        # 设置健康检查
        TCP_CHECK {
            # 检测后端80端口
            connect_port 80
            # 超时时间
            connect_timeout  3
            # 重试次数2次
            nb_get_retry 2
            # 间隔时间3s
            delay_beefore_retry 3
        }
    }
}
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# 高可用架构测试

当启动两台LVS节点的Keepalived软件后，会发现两台节点都有LVS的规则，但仅标记为Master节点的服务器有VIP地址；

当有新的请求进入时，所有的请求都会发送至Master节点，当Master节点故障，VIP地址会漂移到Backup节点，由Backup节点继续对外提供服务，以此来实现LVS的高可用。

  • LVS-MASTER节点地址检查，LVS规则检查。

    [root@lb01 ~]# ip addr | grep 172.16.1.100
inet 172.16.1.100/32 scope global eth1

[root@lb01 ~]# ipvsadm -L -n
IP virtual server version 1.2.1 (size=4096)
Prot	LocalAddress:Port Scheduler	Flags
	-> RemoteAddress:Port	Forward	weight	ActiveConn	InActConn
TCP 172.16.1.100:80 wlc
	-> 172.16.1.5:80		Route	1		0			0
	-> 172.16.1.6:80		Route	1		0			0
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  • LVS-BACKUP节点地址检查，LVS规则检查。

    [root@lb02 ~]# ip addr | grep 172.16.1.100
[root@lb02 ~]#

[root@lb02 ~]# ipvsadm -L -n
IP virtual server version 1.2.1 (size=4096)
Prot	LocalAddress:Port Scheduler	Flags
	-> RemoteAddress:Port	Forward	weight	ActiveConn	InActConn
TCP 172.16.1.100:80 wlc
	-> 172.16.1.5:80		Route	1		0			0
	-> 172.16.1.6:80		Route	1		0			0
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  • 假设目前有一台Real server故障，Keeplaived检测后会自动将节点移除。

    [root@lb01 ~]# ipvsadm -L -n
IP virtual server version 1.2.1 (size=4096)
Prot	LocalAddress:port Scheduler	Flags
-> RemoteAddress:Port		Forward	weight	ActiveConn	InActConn
TCP 172.16.1.100:80 wlc
	-> 172.16.1.6:80		Route	1		0			0

# 观察Keeplaived的详情
[root@lb01 ~]# systemctl status keepalived
...
1月 08 10:11:55 lb01 Keepalived_healthcheckers[25006]:TCP connection to [172.16.1.5]:80 failed.
1月 08 10:11:56 lb01 Keepalived_healthcheckers[25006]:TCP connection to [172.16.1.5]:80 failed.
1月 08 10:11:56 lb01 Keepalived_healthcheckers[25006]:Check on service [172.16.1.5]:80 failed after 1 retry.
1月 08 10:11:56 lb01 Keepalived_healthcheckers[25006]:Removing service [172.16.1.5]:80 from VS [172.16.1.100]:80
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#LVS
Last Updated: 2022/03/30, 11:09:09
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