図1.1「A Basic LVS Configuration」 shows a simple LVS configuration consisting of two layers. On the first layer are two LVS routers — one active and one backup. Each of the LVS routers has two network interfaces, one interface on the Internet and one on the private network, enabling them to regulate traffic between the two networks. For this example the active router is using Network Address Translation or NAT to direct traffic from the Internet to a variable number of real servers on the second layer, which in turn provide the necessary services. Therefore, the real servers in this example are connected to a dedicated private network segment and pass all public traffic back and forth through the active LVS router. To the outside world, the servers appears as one entity.

Service requests arriving at the LVS routers are addressed to a virtual IP address, or VIP. This is a publicly-routable address the administrator of the site associates with a fully-qualified domain name, such as www.example.com, and is assigned to one or more virtual servers. A virtual server is a service configured to listen on a specific virtual IP. Refer to 「VIRTUAL SERVERS」 for more information on configuring a virtual server using the Piranha Configuration Tool. A VIP address migrates from one LVS router to the other during a failover, thus maintaining a presence at that IP address (also known as floating IP addresses).

VIP アドレスは、LVS router をインターネットに接続する同じデバイスにエイリアス化することが 可能です。例えば、eth0 がインターネットに接続されている場合、複数の仮想サーバーが eth0:1 としてエイリアス化することが出来ます。別の方法としては、 各仮想サーバーがサービス毎に別々のデバイスに関連付けされることも可能です。例えば、 HTTP トラフィックは eth0:1 上で処理され、FTP トラフィックは eth0:2 で処理されるように出来ます。

Only one LVS router is active at a time. The role of the active router is to redirect service requests from virtual IP addresses to the real servers. The redirection is based on one of eight supported load-balancing algorithms described further in 「LVS スケジューリングの概要」.

アクティブ router は、簡単な 送信/期待スクリプトを通じて 実サーバー上の特定サーバーの健全性を動的に監視もします。HTTPS や SSL などの 動的データを必要とするサービスの健全性検知を援助する為、管理者は外部の実行ファイルを コールすることもできます。実サーバー上のサービスが異常動作した場合、アクティブ router は 正常な運営が復帰するまでそのサーバーへのジョブの送信を停止します。

バックアップ router はスタンバイシステムの役目をします。定期的に LVS router 達は、 主要外部公共インターフェイスを通じて、及びフェイルオーバーの 状態になった場合には、 プライベートインターフェイスを通じて、ハートビートのメッセージを交換します。バックアップ ノードが想定した期間内にハートビートメッセージを受け取らない場合、それはフェイルオーバーを 開始してアクティブ router の役目を受け持ちます。フェイルオーバーの期間中はバックアップ router が ARP spoofing と言う技術を使用して故障した router でサービスされている VIP アドレスを取り込みます。ARP spoofing では、バックアップ router が 故障した router 宛に出された IP パケット にとって自分が目的地であることを表明します。故障したノードが アクティブなサービスを復元すると、バックアップノードは再度、そのバックアップ役目を取り戻します。

The simple, two-layered configuration used in 図1.1「A Basic LVS Configuration」 is best for serving data which does not change very frequently — such as static webpages — because the individual real servers do not automatically sync data between each node.

図1.2「A Three-Tier LVS Configuration」 shows a typical three-tier LVS topology. In this example, the active LVS router routes the requests from the Internet to the pool of real servers. Each of the real servers then accesses a shared data source over the network.

この設定は頻繁に稼働する FTP サーバー用に理想的であり、そこではアクセス可能なデータは 中央の高度可用性サーバーに保存されており、エキスポートされた NFS ディレクトリや Samba 共有などを介してそれぞれの実サーバーからアクセスを受けます。このトポロジーは また、トランザクション用の中央高度可用性データベースにアクセスするウェブサイトの為に 推薦できるものです。更には、Red Hat Cluster Manager でアクティブ/アクティブ設定を使用すると、管理者は これらの役目を両方共同時にサービスできる高度可用性クラスタを構成することができます。

上記の例で、三番目の層は Red Hat Cluster Manager を使用する必要がありませんが、高度可用性の ソリューションを使用しそこなうと重大な単一故障箇所の発生を招く可能性が出てきます。

LVS を使用する利点の１つとして、実サーバー群で柔軟な IP レベルのロードバランシングを実行できる能力があります。この柔軟性は、管理者が LVS を設定している時に選択できるスケジューリングアルゴリズムの多様性によるものです。LVS ロードバランシングは、クライアントマシンによる DNS の階級的性格とそのキャッシングがロードのアンバランスになり易い、ラウンドロビン（Round-Robin） DNS などの他の柔軟性の低いメソッドに比べて優れています。更に、ネットワークパケットレベルでのロードバランシングは少々の演算負担と なる代わりに、より大きな拡張性を与えるため、LVS router で使用される低レベルのフィルタリングはアプリケーションレベルの要求転送よりも優れています。

Using scheduling, the active router can take into account the real servers' activity and, optionally, an administrator-assigned weight factor when routing service requests. Using assigned weights gives arbitrary priorities to individual machines. Using this form of scheduling, it is possible to create a group of real servers using a variety of hardware and software combinations and the active router can evenly load each real server.

LVS 用のメカニズムは IP 仮想サーバー いわゆる IPVS モジュールと呼ばれるカーネルパッチの集合によって提供されます。これらのモジュールは 単独 IP アドレス上で複数のサーバーとうまく動作するように設計されている レイヤー（layer） 4 (L4)トランスポートレイヤーを有効にします。

パケットを見つけて実サーバーまで効率的に回送する為に、 IPVS はカーネル内に IPVS 表 を構成します。この表はアクティブ LVS router が 仮想サーバーアドレスからの要求を実サーバー群とやり取りするのに使用されます。 IPVS 表は ipvsadm と呼ばれるユーティリティで常時更新 されており、使用可能状態に応じてクラスタメンバーを追加したり削除したりします。

Red Hat Enterprise Linux は LVS 用 にネットワークアドレス解決（Network Address Translation） いわゆる NAT routing を使用します。これにより、管理者は存在するハードウェアを 活用し、既存のネットワークに LVS を統合する場合に格別の柔軟性を得ることが出来ます．

特定の状況では、LVS ロードバランシングアルゴリズムに要求を使用可能な最善の サーバーに送らせるよりも、クライアントが同一の実サーバーに繰り返して再接続することが 望ましくなります。そのような状況の例としては、複数画面のウェブページ、クッキー、SSL、 及び FTP 接続などがあります。これらのケースでは、トランザクションがそのコンテキストを維持する為に 同じサーバーで処理されない限りは、クライアントは正しく動作しない場合があります。LVS はこれに 対処するために二つの異なる機能を持っています: 固執 と ファイアウォールマーク です。

LVS routers use a collection of programs to monitor cluster members and cluster services. 図1.5「LVS Components」 illustrates how these various programs on both the active and backup LVS routers work together to manage the cluster.

pulse デーモンはアクティブとバックアップの両方の LVS router 上で稼働します。バックアップ router 上では pulse は ハートビート をアクティブ router の公共インターフェイスに送り、 アクティブ router がまだ、正常に機能していることを確認します。アクティブ router 上では、 pulse は、lvs デーモンを開始して、 バックアップ LVS router からの ハートビートクエリに応答します。

開始されると、lvs デーモンは ipvsadm ユーティリティをコールして、カーネル内の IPVS routing 表の設定と維持をし、 各実サーバー上の各設定済仮想サーバー用に nanny プロセスを開始します。 各 nanny プロセスは１つの実サーバー上の１つの設定済サービスの状況を チェックして lvs デーモンに実サーバー上のサービスが異常かどうかを 伝えます。異常が検出された場合、lvs デーモンは ipvsadm に指示を出して IPVS routing 表からその実サーバーを取り除きます。

バックアップ router がアクティブ router から応答を受け取らない場合、それは、send_arp をコールしてフェイルオーバーを開始し、全ての 仮想 IP アドレスをバックアップノードの NIC ハードウェアアドレス（MACアドレス） に 再割り当てします。そして公共とプライベートの両方のネットワークインターフェイスを通じて アクティブ router にコマンドを送り アクティブ router 上の lvs デーモンを シャットダウンします。その後はバックアップノード上の lvs デーモンが設定済 仮想サーバーの為に要求を受け付けます。

Red Hat Enterprise Linux のインストールプログラムは LVS のセットアップに必要な全ての コンポーネントをインストールしますが、LVS の設定をする前に該当するサービスをアクティベートしておく必要があります。両方の LVS router の為に該当のサービスが 起動時にスタートするようにセットします。Red Hat Enterprise Linux には起動時にアクティベートするための サービスのセッティングに使用できる主要ツールが三つあります: コマンドラインプログラムの chkconfig、ncurses ベースプログラムの ntsysv、 グラフィカルツールの Services Configuration Tool です。これら全てのツールには root アクセスが必要です。

$ su - root password

LVS router 上には、起動時にアクティベートされるべき三つのサービスがあります:

複数ポートサービスのクラスタリングを構成したり、ファイアウォールマークを使用したり している場合は、iptables サービスも有効にする必要が あります。

これらのサービスは、ランレベル 3 とランレベル 5 の両方でアクティベートするようにセットするのが 最適です。 chkconfig を使用してこれを達成するには、それぞれのサービス用に 以下のコマンドを入力します:

/sbin/chkconfig --level 35 daemon on

上記のコマンドで daemon の部分を、アクティベートする サービスの名前で入れ替えます。システム上のサービスの一覧とそれらがアクティベートするように セットされているランレベルを取得するには、以下のコマンドを発行します:

/sbin/chkconfig --list

For more information on runlevels and configuring services with ntsysv and the Services Configuration Tool, refer to the chapter titled 『"Controlling Access to Services"』 in the 『Red Hat Enterprise Linux System Administration Guide』.

主要 LVS router 上で初めて Piranha Configuration Tool を使用する前に、 パスワードを作成してそのアクセスを制限する必要があります。これを実行するには、root として 次のコマンドを発行します:

/usr/sbin/piranha-passwd

このコマンドを入力した後は、催促された時に管理者パスワードを作成します。

アクティブ Piranha Configuration Tool セッションの間にパスワードが変更になった 場合は、管理者は新規のパスワードを提供するように催促されます。

Piranha Configuration Tool の為のパスワードを設定したら、次には /etc/rc.d/init.d/piranha-gui 内にある piranha-gui を 開始、又は再開始します。これを実行するには、root として以下のコマンドを入力します:

/sbin/service piranha-gui start

or

/sbin/service piranha-gui restart

Issuing this command starts a private session of the Apache HTTP Server by calling the symbolic link /usr/sbin/piranha_gui -> /usr/sbin/httpd. For security reasons, the piranha-gui version of httpd runs as the piranha user in a separate process. The fact that piranha-gui leverages the httpd service means that:

The piranha-gui service is all that is necessary to begin configuring LVS. However, if you are configuring LVS remotely, the sshd service is also required. You do not need to start the pulse service until configuration using the Piranha Configuration Tool is complete. See 「LVS の開始」 for information on starting the pulse service.

Piranha Configuration Tool は正当なユーザー名とパスワードの組み合わせを 要求してきます。しかし、Piranha Configuration Tool に渡されるすべての データは平文であるため、アクセスを許可するのは信頼できるネットワークかローカルマシンに 制限すべきです。

The easiest way to restrict access is to use the Apache HTTP Server's built in access control mechanisms by editing /etc/sysconfig/ha/web/secure/.htaccess. After altering the file you do not have to restart the piranha-gui service because the server checks the .htaccess file each time it accesses the directory.

デフォルトでは、このディレクトリ用のアクセス制御は誰にでもディレクトリの内容を 表示させるようになっています。デフォルトのアクセスは以下のように見えます:

Order deny,allow
Allow from all

Piranha Configuration Tool へのアクセスをローカルホストだけに制限する には、ループバックデバイス (127.0.0.1) のみにアクセスを許可するように .htaccess ファイルを変更します。ループバックデバイスに関する詳細情報には、『Red Hat Enterprise Linux Reference Guide』 にある 『ネットワークスクリプト（Network Scripts）』 と言う章をご覧下さい。

Order deny,allow
Deny from all
Allow from 127.0.0.1

この例に示してあるように特定のホストやサブネットを許可することも出来ます:

Order deny,allow
Deny from all
Allow from 192.168.1.100
Allow from 172.16.57

この例では、IP アドレス 192.168.1.100 を持つマシンと、172.16.57/24 ネットワーク上の マシンからの Web ブラウザのみが Piranha Configuration Tool にアクセス 出来ます。

LVS router が実サーバーに正常にネットワークパケットを転送するためには、各 LVS router ノードは カーネル内で IP 転送をオンにしている必要があります。root としてログインして /etc/sysctl.conf 内で net.ipv4.ip_forward = 0 となっている行を 以下のように変更します:

net.ipv4.ip_forward = 1

変更はシステムを再起動した時点で反映されます。

IP 転送がオンになっていることをチェックするには、root として次のコマンドを発行します :

/sbin/sysctl net.ipv4.ip_forward

上記のコマンドが 1 を返してくれば、IP 転送は 有効になっています。コマンドが 0 を返して来た場合は 以下のコマンドを使用して、手動でオンにすることができます:

/sbin/sysctl -w net.ipv4.ip_forward=1

実サーバーが Red Hat Enterprise Linux システムであれば、該当するサーバーデーモンを設定して 起動時にアクティベートするようにします。これらのデーモンは Web サービス用の httpd 又は FTP や Telnet サービス用の xinetd を含むことができます。

実サーバーにリモートでアクセスすることも便利になります。その為には sshd デーモンもインストールして実行している必要があります。

NAT トポロジーを使用すると、既存のハードウェアの活用に大きな自由度を得ることができますが、サーバー群を出入りするパケットがすべて LVS router を通過すると言う事実により、大量のロードを処理するには限界があります。

DEVICE=eth0
BOOTPROTO=static
ONBOOT=yes
IPADDR=192.168.26.9
NETMASK=255.255.255.0
GATEWAY=192.168.26.254

DEVICE=eth1
BOOTPROTO=static
ONBOOT=yes
IPADDR=10.11.12.9
NETMASK=255.255.255.0

DEVICE=eth0
ONBOOT=yes
BOOTPROTO=static
IPADDR=10.11.12.1
NETMASK=255.255.255.0
GATEWAY=10.11.12.10

As mentioned in 「ダイレクト Routing」, direct routing allows real servers to process and route packets directly to a requesting user rather than passing outgoing packets through the LVS router. Direct routing requires that the real servers be physically connected to a network segment with the LVS router and be able to process and direct outgoing packets as well.

上記の routing メソッドのうち使用するものを決定した後は、ハードウェアは ネットワーク上で一緒にリンクしてある必要があります。

ハードウェアを物理的に接続した後は、主要 LVS router と バックアップ LVS router 上で ネットワークインターフェイスを設定します。これは、system-config-network などのグラフィカルアプリケーションを使用するか、又は手動でネットワークスクリプトを編集することで達成できます。system-config-network を使用した デバイスの追加に関する詳細情報には、『Red Hat Enterprise Linux 導入ガイド』 内にある 『ネットワーク設定』 を参照してください。この章の残りの部分では、 ネットワークインターフェイスへの変更の例は手動か、あるいは Piranha Configuration Tool を 介して実行されます。

LVS routers under any topology require extra configuration when creating multi-port LVS services. Multi-port services can be created artificially by using firewall marks to bundle together different, but related protocols, such as HTTP (port 80) and HTTPS (port 443), or when LVS is used with true multi-port protocols, such as FTP. In either case, the LVS router uses firewall marks to recognize that packets destined for different ports, but bearing the same firewall mark, should be handled identically. Also, when combined with persistence, firewall marks ensure connections from the client machine are routed to the same host, as long as the connections occur within the length of time specified by the persistence parameter. For more on assigning persistence to a virtual server, see 「仮想サーバー サブセクション」.

残念なことに、実サーバー上でロードのバランスを取るために使用するメカニズム — IPVS — は、パケットに割り当てたファイアウォールマークは認識できますが、自身でファイアウォールマークを割り当てる ことが出来ません。ファイアウォールマークを割り当てる 作業はネットワーク パケットフィルタ、iptables によって Piranha Configuration Tool の外部で実行される必要があります。

ファイル転送プロトコル(FTP) は旧式ながら複雑な複数ポートプロトコルで、LVS 環境に明白な挑戦を与えます。 これらの挑戦の性質を理解するには、まず FTP の動作に付いて基本事項を理解する必要があるでしょう。

ユーザーの状況に応じた適切なネットワークパケットフィルタを設定した後は、 そのセッティングを保存して再起動後にそれが復帰するようにします。 iptables 用には以下のコマンドを使用します:

/sbin/service iptables save

これが /etc/sysconfig/iptables 内の設定を保存し、設定は起動時に 再度呼び出し可能になります。

Once this file is written, you are able to use the /sbin/service command to start, stop, and check the status (using the status switch) of iptables. The /sbin/service will automatically load the appropriate module for you. For an example of how to use the /sbin/service command, see 「Piranha Configuration Tool サービスの開始」.

Finally, you need to be sure the appropriate service is set to activate on the proper runlevels. For more on this, see 「LVS Router 上でサービスの設定」.

次の章では、Piranha Configuration Tool を使用して LVS router を設定する方法を説明し、LVS をアクティブにするのに必要な手順を案内しています。

Piranha Configuration Tool を使用するためには、piranha-gui サービスが主要 LVS router 上で稼働している必要があります。LVS を 設定するには、最低でも links などのテキストベースのウェブブラウザが必要です。別のマシンから LVS router にアクセスしている 場合は、主要 LVS router まで root ユーザーとして ssh 接続が必要です。

主要 LVS router を設定している時に、ターミナルウィンドウ内で ssh 接続を 並行して維持するのが良いでしょう。この接続は pulse や他のサービスの再開始、 ネットワークパケットフィルタの設定、及びトラブルシューティングでの /var/log/messages の監視などをする為の安全な手段を提供します。

次の四つのセクションでは、Piranha Configuration Tool の設定ページのそれぞれを見ていき、 LVS のセットアップの為のその使用法を説明します。

When configuring LVS, you should always begin by configuring the primary router with the Piranha Configuration Tool. To do this,verify that the piranha-gui service is running and an administrative password has been set, as described in 「Piranha Configuration Tool 用のパスワードの設定」.

If you are accessing the machine locally, you can open http://localhost:3636 in a Web browser to access the Piranha Configuration Tool. Otherwise, type in the hostname or real IP address for the server followed by :3636. Once the browser connects, you will see the screen shown in 図4.1「The Welcome Panel」.

ログイン（Login） ボタンをクリックして ユーザー名（Username） に piranha を入力し、パスワード（Password） には作成してある管理者パスワードを入力します。

Piranha Configuration Tool は四つの主要画面、いわゆる パネル で 構成されています。更に、仮想サーバー パネルには、四つのサブセクション が含まれています。制御/監視 パネルがログイン画面の後に出る 最初のパネルです。

制御/監視 パネルは LVS の制限付きランタイムステータスを与えます。 これは、pulse デーモンのステータス、LVS routing 表、及び LVS 派生の nanny プロセスを表示します。

The GLOBAL SETTINGS panel is where the you define the networking details for the primary LVS router's public and private network interfaces.

The top half of this panel sets up the primary LVS router's public and private network interfaces. These are the interfaces already configured in 「NAT のある LVS 用の Network インターフェイス設定」.

The next three fields deal specifically with the NAT router's virtual network interface connecting the private network with the real servers. These fields do not apply to the direct routing network type.

冗長 パネルでは、バックアップ LVS router ノードの設定ができて、各種ハートビート監視オプションがセットできます。

パネルの残りの部分はハートビートチャンネルの設定に与えられて、ここはバックアップノードが 主要ノードの故障を監視する為に使用されます。

仮想サーバー パネルは現在定義されている各仮想サーバーの情報を 表示します。各表のエントリは仮想サーバーのステータス、サーバー名、サーバーに割り当て済の 仮想 IP、その仮想 IP のネットマスク、サーバーの通信先のポート番号、使用プロトコル、及び 仮想デバイスインターフェイスを表示します。

仮想サーバー パネルに表示された各サーバーは、その中から出る画面、いわゆる サブセクション 上で設定できます。

サービスを追加するには、追加（ADD） ボタンをクリックします。 サービスを削除するには、仮想サーバー横のラジオボタンをクリックしてそのサービスを選択してから、 削除（DELETE） ボタンをクリックします。

表内の仮想サーバーを有効/無効にするには、そのラジオボタンをクリックしてから、 有効/無効（(DE)ACTIVATE） ボタンをクリックします。

仮想サーバーを追加した後は、その左側のラジオボタンをクリックしてから、編集（EDIT） ボタンをクリックし、仮想サーバー サブセクションを表示することで設定できます。

主要 LVS router を設定した後は、LVS を開始する前に数種の設定ファイルをバックアップ LVS router に コピーしなければなりません。

これらのファイルは以下を含みます:

LVS を開始するには、二つの root ターミナルが同時に開くようにするか、又は 二つの同時 root が、主要 LVS router に対して ssh セッションを 開くようにするのが最適です。

ターミナルの１つで以下のコマンドを使用してカーネルログメッセージを見ます:

tail -f /var/log/messages

それから、他のターミナルに以下のコマンドを入力して LVS を開始します:

/sbin/service pulse start

Follow the progress of the pulse service's startup in the terminal with the kernel log messages. When you see the following output, the pulse daemon has started properly:

gratuitous lvs arps finished

/var/log/messages の表示を停止するには、 Ctrl+c を押します。

この時点以降、主要 LVS router はアクティブ LVS router でもあります。 この時点でも LVS に要求を出すことができますが、LVS をサービス開始状態に進める前に バックアップ LVS router を開始する必要があります。これを実行するには、上記にある工程を バックアップ LVS router ノード上で繰り返すだけです。

この最終手順を完了した後は、LVS が立ち上がり稼働します。