PDF de programación - Arquitecturas de Clustering de Alta Disponibilidad y Escalabilidad (Linux Virtual Server), ACADE (LVS)

Ingeniería Técnica de Telecomunicaciones: Especialidad Telemática

Proyecto Final de Carrera

Arquitecturas de Clustering de Alta Disponibilidad y
Escalabilidad (Linux Virtual Server), ACADE (LVS)



Marcos Martínez Jiménez <[email protected]>

Gabriel Bergés Pujol <[email protected]>



V1.0.1 Marzo 2003

Prefacio

Prefacio
Estructura y contenido de la memoria

La memoria del proyecto ACADE (LVS) se estructura en tres bloques y el anexo. Los tres
bloques o partes son:



Parte 1: Conceptos teóricos fundamentales
Parte 2: Software libre para Arquitecturas de Clustering de Alta Disponibilidad y

Escalabilidad (ACADE).

Parte 3: Cluster Acade (LVS). Descripción, funcionamiento y pruebas efectuadas.


La primera parte recoge definiciones y aspectos teóricos básicos sobre balanceadores de
carga, clusters y otros temas importantes relacionados con el proyecto. Para ampliar los
conocimientos teoricos de esta parte ver [0].

Uno de los objetivos principales a la hora de iniciar el proyecto ACADE era el de ir más
allá del mero estudio teórico e implementar un cluster de alta disponibilidad y
escalabilidad que permitiera profundizar, mediante la experimentación, en todos los
aspectos de este tipo de arquitecturas. Se montó un cluster activo/pasivo de balanceadores
de carga (LVS) al que se nombró “Acade”, utilizando para ello software libre.

La segunda parte hace un recorrido por las diferentes soluciones software disponibles para
implementar arquitecturas de clustering de alta disponibilidad sobre plataformas libres,
centrándose especialmente en aquellas soluciones que han formado parte del cluster
Acade.

El tercer apartado describe el funcionamiento del cluster Acade, detallando su topología, y
el funcionamiento e interrelación de todos los elementos software utilizados.. Las
descripciones se acompañan con capturas de pantalla, que ayudan a entender el
comportamiento del software.

Finalmente, el anexo reúne toda la documentación complementaria al proyecto. El
apartado más importante del mismo es el “Manual Acade (LVS)” el cual se crea a partir de

Prefacio


una serie de documentación propia de trabajo, generada durante el montaje del cluster
Acade. El propósito del manual es facilitar el montaje de una arquitectura similar a la del
proyecto ACADE, a cualquiera que pudiera estar interesado en ello.

Convenciones utilizadas.
Con el fin de facilitar una lectura clara y concisa, que ayude a una mejor comprensión de
los conceptos expuestos en esta memoria, se han utilizado las siguientes convenciones
tipográficas.

Cursiva

Las fuentes en cursiva se han utilizado para nombres de programas, términos técnicos en
inglés, para fragmentos de texto importados de otros documentos o URLs. Además, estas
últimas aparecen entre los símbolos <>.

Monoespaciada

Los caracteres monoespaciados son utilizados para comandos, variables de entrono,
direcciones IP y MAC, números y nombres de puertos, nombres de máquinas, nombres de
dispositivos y fragmentos de código.

Negrita

Utilizada para resaltar o remarcar palabras y determinados conceptos importantes.

Fondo Gris

Es usado para resaltar texto cuando éste representa la captura de la salida estándar de un
programa, en ejemplos de comandos de la shell o para mostrar el código fuente de un
programa.

[Referencias bibliográficas]:


Prefacio

En ocasiones, a fin de invitar al lector a ampliar determinados conocimientos, o bien para
referenciar el origen de determinada información, se han utilizado referencias a la
bibliografía que se recoge en la bibliografía situada al final de esta memoria.

(Referencias internas)
Para referenciar apartados expuestos en otras partes de la memoria, se indicará entre
paréntesis el número del mismo . Por ejemplo (12.4) o así (anexo IV).





ÍNDICE I

Índice



1. INTRODUCCIÓN........................................................................................................... 1
1.1 DEFINICIONES............................................................................................................... 2
1.1.1 Clustering ............................................................................................................. 2
1.1.2 Alta disponibilidad ............................................................................................... 2
1.1.3 Alta escalabilidad................................................................................................. 2


Parte 1: Conceptos teóricos fundamentales

2. OBJETIVOS INICIALES DEL PROYECTO ACADE .............................................. 3
3. BALANCEADORES DE CARGA................................................................................. 5
3.1 INTRODUCCIÓN............................................................................................................. 5
3.2 DEFINICIÓN .................................................................................................................. 5
3.3 MEJORAS QUE APORTA EL BALANCEADOR DE CARGA................................................... 6
3.3.1 Escalabilidad........................................................................................................ 6
3.3.2 Disponibilidad ...................................................................................................... 7
3.3.3 Gestión y flexibilidad en el mantenimiento .......................................................... 7
3.3.4 Seguridad.............................................................................................................. 8
3.3.5 Calidad de servicio (QoS) .................................................................................... 8
3.4 TIPOS............................................................................................................................ 8
3.5 MÉTODOS DE DISTRIBUCIÓN DE CARGA ........................................................................ 9
3.5.1 Stateless .............................................................................................................. 10
3.5.2 Stateful................................................................................................................ 11
3.5.3 Algoritmos de Scheduling (Hashing).................................................................. 13
3.6 MONITORIZACIÓN DE LOS SERVIDORES....................................................................... 14
3.6.1 Sistemas in-band................................................................................................. 14
3.6.2 Sistemas out-band............................................................................................... 14
3.6.3 Métodos para monitorizar la salud del servidor (Health Checks)..................... 15
3.7 MÉTODOS DE REENVÍO ............................................................................................... 17
3.7.1 Network Address Translation (NAT).................................................................. 17
3.7.2 Direct Server Return (DSR)................................................................................ 22
3.8 PERSISTENCIA DE SESIÓN............................................................................................ 23
3.8.1 Tipos de persistencia de sesión .......................................................................... 25
3.8.2 Métodos de persistencia basados en IP origen .................................................. 26
3.8.3 Métodos basados en la aplicación ..................................................................... 30
3.9 BALANCEADORES DE CARGA DE ALTA DISPONIBILIDAD.............................................. 33
4. CLUSTERING Y BASES DE DATOS........................................................................ 39



ÍNDICE II



Parte 2: Software libre para Arquitecturas de Clustering de Alta
Disponibilidad y Escalabilidad (ACADE).


5. EL SOFTWARE LIBRE COMO MOTOR DE DESARROLLO SOCIAL............ 41
6. BALANCEADORES DE CARGA LIBRES............................................................... 45
6.1 LINUX VIRTUAL SERVER PROJECT ............................................................................. 45
6.2 ¿QUÉ ES LVS? ........................................................................................................... 45
6.2.1 LVS, IP Virtual Server (IPVS)............................................................................ 46
6.3 MÉTODOS DE REENVÍO SOPORTADOS POR LVS .......................................................... 48
6.3.1 LVS-NAT............................................................................................................. 48
6.3.2 LVS-DR............................................................................................................... 51
6.3.3 LVS-Tun.............................................................................................................. 56
6.3.4 El problema con el Protocolo de Resolución de Direcciones (ARP)................. 57
6.4 PERSISTENCIA EN LVS ............................................................................................... 66
6.5 FIREWALL MARKS ...................................................................................................... 72
6.6 ALGORITMOS DE SCHEDULING IMPLEMENTADOS POR LVS........................................ 74
6.7 IPVSADM .................................................................................................................... 76
6.8 LVS, KERNEL TCP VIRTUAL SERVER (KTCPVS) ....................................................