华为云环境下LVS/DR架构的故障诊断优化

斯普信专业组2024-12-27 17:26

本文作者：刘涛

文章目录

  • 前言
  • 1.LVS/DR集群的问题
  • 2.华为云环境
  • 3.问题排查
    • [3.1 检查LVS/DR模式配置](#3.1 检查LVS/DR模式配置)
      • [3.1.1 RS服务器](#3.1.1 RS服务器)
      • [3.1.2 DS服务器](#3.1.2 DS服务器)
    • [3.2 继续分析抓包结果](#3.2 继续分析抓包结果)
      • [3.2.1 调整tcpdump抓包过滤条件](#3.2.1 调整tcpdump抓包过滤条件)
      • [3.2.2 client向集群VIP发包](#3.2.2 client向集群VIP发包)
      • [3.2.3 DS服务器arp消息](#3.2.3 DS服务器arp消息)
    • [3.3 查看丢包](#3.3 查看丢包)
      • [3.3.1 监控DS和RS服务器的收发包错误值](#3.3.1 监控DS和RS服务器的收发包错误值)
      • [3.3.2 查看网卡收发包错误](#3.3.2 查看网卡收发包错误)
    • [3.4 Ping抓包](#3.4 Ping抓包)
    • [3.5 client发包和DS发包比较](#3.5 client发包和DS发包比较)
    • [3.6 分析总结](#3.6 分析总结)
      • [3.6.1 由表中的二层链路可知：](#3.6.1 由表中的二层链路可知：)
      • [3.6.2 从表中涉及VIP地址可知：](#3.6.2 从表中涉及VIP地址可知：)
  • 4.尝试LVS/TUN模式
    • [4.1 安装和配置tun模式](#4.1 安装和配置tun模式)
    • [4.2 抓包验证](#4.2 抓包验证)

前言

本文针对华为云环境的LVS/DR接收不到数据包的问题, 排查故障, 分析并验证云上二层网络的Ethernet数据包连通性; LVS/DR模式下, 基本确认ip伪装会被华为云物理网络丢弃。

1.LVS/DR集群的问题

问题:

华为云环境下部署LVS/DR后, 后端服务RS收不到数据包.

现象:

  1. client向集群VIP发包, RS服务器没有收到包; 同时tcpdump也没有抓到相应的包.
  2. client直接向RS发包, RS可以收到包.
  3. 在DS服务器上直接向RS发包, RS也可以收到包.

2.华为云环境

使用华为云作为LVS测试环境，四台服务器:

角色 IP EIP 功能
client xxx.xxx.1.15 xxx.xxx.25.28
DS：VIP xxx.xxx.1.60 xxx.xxx.25.5
DS：DIP xxx.xxx.1.59 xxx.xxx.25.196
RS1 xxx.xxx.1.48 xxx.xxx.25.181 UDP程序
RS2 xxx.xxx.1.98 xxx.xxx.25.154 UDP程序

其中:

  • DS：Director Server, 指的是前端负载均衡器节点；
  • RS：Real Server, 后端真实的工作服务器；
  • VIP：向外部直接面向用户请求, 作为用户请求的目标的IP地址；
  • DIP：Director Server IP, 主要用于和RS通讯的IP地址；
  • RIP：Real Server IP, 后端服务器RS的IP地址；
  • CIP：Client IP, 客户端的IP地址。

RS服务器上部署的是java udp程序。安装及配置前, DS和RS已经提前关闭防火墙, 以及iptables/selinux/firewalld等服务。

3.问题排查

3.1 检查LVS/DR模式配置

要点:

  1. 虚拟地址VIP配置在DS上；
  2. 虚拟地址VIP配置RS的lo网卡上；
  3. RS服务器上阻止arp应答。

3.1.1 RS服务器

在RS服务器上执行:

bash 复制代码 
# sysctl -ar arp_ignore
net.ipv4.conf.all.arp_ignore = 1
net.ipv4.conf.default.arp_ignore = 0
net.ipv4.conf.ens33.arp_ignore = 0
net.ipv4.conf.lo.arp_ignore = 1

# sysctl -ar arp_announce
net.ipv4.conf.all.arp_announce = 2
net.ipv4.conf.default.arp_announce = 0
net.ipv4.conf.ens33.arp_announce = 0
net.ipv4.conf.lo.arp_announce = 2

# sysctl -ar rp_filter | grep 1
net.ipv4.conf.all.rp_filter = 1

# ip -4 a
1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 qdisc noqueue state UNKNOWN group default qlen 1000
    inet 127.0.0.1/8 scope host lo
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet xxx.xxx.1.60/32 brd xxx.xxx.1.60 scope global lo:0
       valid_lft forever preferred_lft forever
2: ens33: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc fq_codel state UP group default qlen 1000
    inet xxx.xxx.1.48/24 brd xxx.xxx.1.255 scope global noprefixroute ens33
	valid_lft forever preferred_lft forever

RS1和RS2更新配置:

bash 复制代码 
# echo "net.ipv4.conf.all.rp_filter = 0" >> /etc/sysctl.conf
# sysctl -p

# sysctl -ar rp_filter | grep 1
<无输出>

3.1.2 DS服务器

在DS服务器上执行:

bash 复制代码 
# sysctl -ar rp_filter | grep 1
<无输出>

# ip -4 a
1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 qdisc noqueue state UNKNOWN group default qlen 1000
    inet 127.0.0.1/8 scope host lo
       valid_lft forever preferred_lft forever
2: ens33: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc fq_codel state UP group default qlen 1000
    inet xxx.xxx.1.59/24 brd xxx.xxx.1.255 scope global noprefixroute ens33
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet xxx.xxx.1.60/32 brd xxx.xxx.1.60 scope global ens33:0
       valid_lft forever preferred_lft forever
bash 复制代码 
# LVS规则
# ipvsadm -Ln
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
  -> RemoteAddress:Port           Forward Weight ActiveConn InActConn
UDP  xxx.xxx.1.60:52002 rr
  -> xxx.xxx.1.48:52002         Route   1      0          0
  -> xxx.xxx.1.98:52002         Route   1      0          0

配置无误

3.2 继续分析抓包结果

Ip地址 + Mac地址:

角色 IP MAC地址 功能
client xxx.xxx.1.15 fa:16:xx:xx:xx:8c
DS：VIP xxx.xxx.1.60 fa:16:xx:xx:xx:8d
DS：DIP xxx.xxx.1.59 fa:16:xx:xx:xx:8d
RS1 xxx.xxx.1.48 fa:16:xx:xx:xx:9a udp程序
RS2 xxx.xxx.1.98 fa:16:xx:xx:xx:d3 udp程序

3.2.1 调整tcpdump抓包过滤条件

DS机器上:

bash 复制代码 
tcpdump ether src fa:16:xx:xx:xx:8c
改为:
tcpdump '(udp or arp or icmp)' -en -v -w ds.cap

RS机器上:

bash 复制代码 
tcpdump ether src fa:16:xx:xx:xx:8d
改为:
tcpdump '(udp or arp or icmp)' -en -v -w rs.cap

3.2.2 client向集群VIP发包

DS上tcpdump抓包结果, 这是client向集群VIP发包时的记录:

Frame-351，mac地址xx:8c ------> xx:8d，即: 1.15 ---> 1.59

下一个包：

Mac地址xx:8d ------> xx:9a, 即: 1.59 ---> 1.48, 如下图:

上面两张图中, 标识码都是0x704d, 是同一个包; TTL先是64, 再到63, 过了一跳。表明lvs/DR生效了, 包的mac地址更改成了rs-1.48的， 包也发出了。

3.2.3 DS服务器arp消息

DS服务器上抓包, arp请求和应答:

1.48收到的arp请求:

说明DS(1.59/1.60) 到 RS(1.48/1.98) 在二层网络上是通的。

3.3 查看丢包

3.3.1 监控DS和RS服务器的收发包错误值

bash 复制代码 
# udp收发包
watch -d netstat -su
# 链路层收发包
watch -d netstat -i
# 网卡收发包
watch -d ifconfig

没有发现异常信息！

3.3.2 查看网卡收发包错误

1.59网卡:

bash 复制代码 
# ethtool -S ens33 | grep error
     rx_errors: 0
     tx_errors: 0
     rx_length_errors: 0
     rx_over_errors: 0
     rx_crc_errors: 0
     rx_frame_errors: 0
     rx_missed_errors: 0
     tx_aborted_errors: 0
     tx_carrier_errors: 0
     tx_fifo_errors: 0
     tx_heartbeat_errors: 0
     tx_window_errors: 0
     rx_long_length_errors: 0
     rx_short_length_errors: 0
     rx_align_errors: 0
     rx_csum_offload_errors: 0
# ethtool -S ens33 | grep drop
     tx_dropped: 0
     dropped_smbus: 0

1.48和1.98同样没有错误和丢包

3.4 Ping抓包

从DS上ping RS服务器, 查看通讯过程:

发出的icmp包, 源mac地址和ip地址对应DS服务器, 而目的mac地址和ip地址对应RS1服务器;

Ping reply包,源mac地址和ip地址对应RS1服务器,目的mac地址和ip地址对应DS服务器。

3.5 client发包和DS发包比较

  1. client发包链路: 1.15 ---> 1.59/1.60 ---> 1.98
  2. DS直接发包链路: 1.59/1.60 ---> 1.98

Client发包, DS上收到的包: 1.15 ---> 1.59

3.6 分析总结

汇总测试和抓包结果:

场景 源 目的 是否通过vip rs1结果
ping 1.59 rs1服务器 通、tcpdump有数据
arp 1.59 rs1服务器 通、tcpdump有数据
nc发udp包 1.15 1.60 是 rs1收不到包、tcpdump无数据
1.60 1.60 是 rs1收不到包、tcpdump有数据
1.59 1.60 是 rs1收到包、tcpdump有数据
1.59 rs1服务器 rs1收到包、tcpdump有数据
1.60 rs1服务器 rs1收到包、tcpdump有数据

DS服务器到RS的ethernet数据包情况:

场景 源ip 目的ip 源mac 目的mac rs结果
Ping ds-ip rs1-ip ds-mac rs1-mac 通、tcpdump有数据
Arp ds-ip rs1-ip ds-mac rs1-mac 通、tcpdump有数据
nc发udp包 client-ip VIP ds-mac rs1-mac rs收不到包、tcpdump无数据
VIP VIP ds-mac rs1-mac rs收不到包、tcpdump有数据
ds-ip VIP ds-mac rs1-mac rs收到包、tcpdump有数据
ds-ip rs1-ip ds-mac rs1-mac rs收到包、tcpdump有数据
VIP rs1-ip ds-mac rs1-mac rs收到包、tcpdump有数据

3.6.1 由表中的二层链路可知：

  1. 从ds-mac到rs-mac, 大部分通, 少部分不通；
  2. arp和ping的结果, 表明DS和RS之间二层链路是通的；
  3. DS和RS上协议栈及网卡没有错误和丢包, 表明DS和RS上发包成功, 从二层链路可以接收到的数据包也都成功入栈。

3.6.2 从表中涉及VIP地址可知：

有问题的包都是涉及VIP的源地址或者目的地址:

  1. 源IP是VIP,目的IP也是VIP:

    RS可以收到包，因为VIP地址在RS上是loopback环回接口，从网卡上收到本身发出去的包，RS默认情况下会拒收，即会丢弃该数据包。

bash 复制代码 
# RS修改内核参数
sysctl -w net.ipv4.conf.all.accept_local=1
# 或者
# echo "net.ipv4.conf.all.accept_local = 1" >> /etc/sysctl.conf
# sysctl -p

  1. 源IP是CIP,目的IP是VIP:

    RS收不到包, tcpdump抓不到包,而且DS/RS协议栈和网卡没有收发包错误和丢包；表明包成功发送出DS,但是没有到达RS,说明包在DS和RS之间丢失。

  2. 结论：

    考虑到华为云环境下, 网络是虚拟网络, 比如构建于vxLan之上的二层链路网络; DS和RS之间还有物理网络设备, 如: VTEP入口。
    考察云环境下的链路:

源 VTEP 目的/源 VTEP 目的
client发包 client-ip 通过 VIP
client发包 client-mac 通过 ds-mac
DS转发 client-ip 拒绝 VIP
DS转发 ds-mac 拒绝 rs-mac

VTEP入口启用了rp_filter[功能是防止ip伪装和欺骗]。

4.尝试LVS/TUN模式

4.1 安装和配置tun模式

安装和配置tun模式, 并且在RS服务器上关闭rp_filter功能:

bash 复制代码 
# echo "net.ipv4.conf.all.rp_filter = 0" >> /etc/sysctl.conf
# sysctl -p

从client向集群VIP发包, RS上正常收到udp包。
考察云环境下的链路:

源 VTEP 目的/源 VTEP 目的
client发包 client-ip 通过 VIP
client发包 client-mac 通过 ds-mac
DS转发 ds-ip 通过 rs-ip、 内含ip包: client-ip ---> VIP
DS转发 ds-mac 通过 rs-mac、内含ip包: client-ip ---> VIP

VTEP设备看到的数据包, 是ds-ip/ds-mac发送到rs-ip/rs-mac的, 符合rp_filter的验证。

RS服务器接收到数据包后, tunl0网卡及内核ipip模块解封数据包后, 内核协议栈看到的数据包是client-ip发送到VIP的, 而VIP是本地tunl0网卡的IP地址, 并且本地已经关闭rp-filter功能, 可以顺利通过内核ip路由的校验, 进入协议栈及应用层。

4.2 抓包验证

从101.43发包, 链路是:

101.43 ---> 101.60/101.41 ---> 101.42

在101.60/101.41上抓包, 收到的包:
Frame-53, 2d:d7 ---> ce:54, 即101.43至101.60/101.41:

Frame-54, ce:54 ---> 9f:4b, 即101.41至101.42:

可以看到这个Frame做了IP-over-IP. ip协议层上, ip地址和mac地址一一对应, 可以通过rp-filter检查。

至101.42, 内核IPIP模块解封后:

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