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2.4.2. ダイレクトルーティング

ダイレクトルーティングを使用するロードバランサー設定を構築すると、他のロードバランサーネットワーキングトポロジーよりもパフォーマンス上のメリットが大きくなります。ダイレクトルーティングでは、実サーバーは要求元のユーザーに対して直接パケットを処理およびルーティングでき、すべての送信パケットを LVS ルーター経由で渡しません。ダイレクトルーティングでは、LVS ルーターが受信パケットのみを処理するよう制限し、ネットワークパフォーマンスの問題が発生する可能性を低減します。

図2.4 ダイレクトルーティングで実装されたロードバランサー

ダイレクトルーティングで実装されたロードバランサー
典型的なダイレクトルーティングのロードバランサー設定では、LVS ルーターは仮想 IP (VIP) 経由で受信サーバー要求を受け取り、スケジューリングアルゴリズムを使用して要求を実サーバーへルーティングします。実サーバーは要求を処理し、LVS ルーターを通さずに応答を直接クライアントに送信します。ネットワークの負荷が高い状態で LVS ルーターが送信パッケージを実サーバーからクライアントへルーティングするとボトルネックになりますが、 このルーティング方法では LVS ルーターがこのような処理をしなくても実サーバーを追加できるため、スケーラビリティーが向上します。

2.4.2.1. ダイレクトルーティングと ARP 制限

ロードバランサーでダイレクトルーティングを使用する利点は多くありますが、制限もあります。最も一般的な問題は、アドレス解決プロトコル (ARP) に関する問題です。
インターフェース上のクライアントは要求を IP アドレスに送信します。ネットワークルーターは ARP を使って IP アドレスをマシンの MAC アドレスに関連付けることで要求を宛先に送信します。ARP 要求がネットワークに接続されているすべてのマシンにブロードキャストされ、IP アドレスと MAC アドレスの正しい組み合わせを持つマシンがパケットを受け取ることになります。IP と MAC の関連性は ARP キャッシュに保存され、定期的に消去と再保存が行われます (通常 15 分ごと)。
ダイレクトルーティングのロードバランサー設定における ARP 要求の問題は、IP アドレスへのクライアント要求が処理されるためにはその要求が MAC アドレスに関連付けされている必要があるため、ロードバランサーシステムの仮想 IP アドレスも MAC に関連付けされている必要があることです。しかし、LVS ルーターと実サーバーは同じ VIP を持っているため、ARP 要求はその VIP に関連付けられているすべてのマシンへブロードキャストされます。これにより、VIP が直接実サーバーの 1 つに関連付けられて直接要求を処理する問題や、完全に LVS ルーターを迂回してロードバランサー設定の目的に反する問題など、複数の問題が発生することがあります。
この問題を解決するには、着信要求が実サーバーの 1 つではなく、常に LVS ルーターに送信されるようにしてください。これには、ARP 要求または IP パケットをフィルターします。ARP のフィルターは arptables ユーティリティーを使用して実行することができ、IP パケットは iptables または firewalld を使用してフィルターできます。この 2 つの方法の違いは以下のとおりです。
  • ARP のフィルター方法では、実サーバーに到達する要求をブロックします。これにより、ARP が実サーバーで VIP と関連することを防ぎ、アクティブな仮想サーバーが MAC アドレスで応答するようにします。
  • IP パケットのフィルター方法では、他の IP アドレスでパケットを実サーバーにルーティングできます。最初から実サーバーで VIP を設定しないと、ARP の問題を完全に回避できます。