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疑问引入:用户访问淘宝，访问哪台apache服务器
传统做法：DNS服务
四个问题
Q1：apache2 down，remove生效时间不可控
Q2：只支持WRR癿调度策略
Q3：apache间负载不均匀
Q4：攻击防御能力弱
A: 引入Virtual Server
4层Load Balance
– 基亍传输层信息进行 调度
– 调度算法：WRR/WLC 等
– 工作模式：NAT/DR/TUNNEL
– 传输协议：TCP/UDP
NAT
TUNNET
DR
LVS – 内核模块：ip_vs – 实现了负载均衡
• Q – 某台RealServer down了，怎么办？ – LVS本身down了，怎么办？
A – 某台RealServer down了，怎么办？
--- 健康检测 – LVS本身down了，怎么办？
---LVS冗余 • Keepalived
– LVS管理软件 – 健康检测：支持4/7监测；
– 主备冗余：采用VRRP协议癿HeartBeat；
– 如何配置？
--- 配置文件
Keepalived –f /etc/keepalived/keepalived.conf
Q：缺少监控系统？LVS具有开源SNMP Patch
问题
LVS在大规模网络中应用存在不足
– 各转发模式，网络拓扑复杂，运维成本高 • 和商用LB设备相比
– 缺少TCP标志位DDOS攻击防御 • 主备部署方式不足
– 性能无法线性扩展
DR模式-不足
1. LVS-RS间必须在同一个VLAN 2. RS上绑定VIP，风险大；
NAT模式-不足
TUNNEL不足
IN：增加1个IP头 OUT：NULL
1. RS配置复杂（IPIP模块等）
2. RS上绑定VIP，风险大
解决办法
LVS各转发模式运维成本高
– 新转发模式FULLNAT：实现LVS-RealServer间跨vlan通讯，并 且in/out流都经过LVS；
• 缺少攻击防御模块 – SYNPROXY：synflood攻击防御模块
– 其它TCP FLAG DDOS攻击防御策略 • 性能无法线性扩展
– Cluster部署模式
FULLNAT是一种新的转发模式 – 主要思想：引入local address（内网ip地址），cip-vip转 换为lip->rip，而 lip和rip均为IDC内网ip，可以跨vlan通 讯； – keepalived配置方式：
virtual_server 125.76.224.240 {
lb_kind FNAT/DR/NAT/TUNNEL
local_address {
192.168.1.1
}
FULLNAT转发模式
NAT实现原理
FULLNAT实现原理
NAT-HOOK点
NETFILTER HOOK点，同iptables
为什么是这2个HOOK点？
FULLNAT-HOOK点
NAT-session表
FULLNAT-session表
FULLNAT-获取client address（TOA）
FULLNAT-设计考虑
– TCP OPT-TIMESTAMP • RealServer kernel开启tcp_tw_recycle • 用户A和B，timestamp大癿访问成功，timestamp小癿访问失败
– TCP OPT-MSS • TCP三次握手最后一个ack包为GET请求 • GET请求>1个数据包，toa无法插入
– TCP - Sequence • RealServer上timewait癿socket复用条件：seq递增
SYNPROXY用于防御synflood攻击 – 主要思想：参照linux tcp协议栈中syncookies癿思想， LVS-构造特殊seq癿synack包，验证ack包中ack_seq是否 合法-实现了TCP三次握手代理； – 配置方式
virtual_server 125.76.224.240 {
syn_proxy
SYNPROXY实现原理
SYNPROXY-设计考虑
– TCP - Sequence • Lvs->client 和 apache->lvs癿syn_ack包中seq不相同
– TCP OPT • Lvs->client syn_ack包中tcp opt支持mss/wsale/sack
– Session reused • 多个用户通过NAT网关用同一个ip/port访问LVS
– Ack Storm • Tcp seq转换导致ack storm
IPVS优化 – 多队列网卡，1个队列绑定到1个cpu核上
– 增大session hash table
– 增大session hash bucket lock个数 – 避免路由cache条目过多
– LOCKLESS – 硬件：Westmere(第二代nehalem)/bios配置
单队列网卡 – 只有一个rx_buffer和一个tx_buffer；
多队列网卡
网卡中断– CPU核 – Cat /proc/interrupts
54: 188324418 0 IR-PCI-MSI-edge eth0-TxRx-0
55: 167573416 0 IR-PCI-MSI-edge eth0-TxRx-1
– 绑定
echo 01 > /proc/irq/54/smp_affinity
echo 02 > /proc/irq/55/smp_affinity
• 软多队列：RPS(receive packet steering)
RPS配置
– cat /sys/class/net/eth0/queues/rx-0/rps_cpus
cat /sys/class/net/eth0/queues/rx-1/rps_cpus
– 绑定
echo 01 > /sys/class/net/eth0/queues/rx-0/rps_cpus
echo 02 > /sys/class/net/eth0/queues/rx-1/rps_cpus
KEEPALIVED优化
– Select->epool – 减少reload时间和开销
系统配置注意点
– 关闭网卡LRO/GRO
– 关闭irqbalance
– 增大proc参数：net.core.netdev_max_backlog
性能指标
– Synflood：350w pps
– Ack/rst/fin-flood：800w pps
– HTTP：150w pps
– New tcp connection：30w
– MAX session：4000w (24G memory) 机器：DELL R610(E5645 @ 2.40GHz)， Intel 82599 NIC
• 提高性能
– Ipvs：lockless
– Keepalived：多线程事件驱劢
– 新硬件：sandybridge - DDIO • 完善功能
– 攻击防御：ip黑白名单…..
– 支持GRO(不支持LRO)
未来：4/7层合一