Layer 4 Load Balancer (NAT, IP Tunnelling, DR)
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負荷分散や冗長化に用いるL4LBの3つのやり方、NAT、IPトンネリング、DRについて説明する。 DRについて、MACアドレスの解決の仕方を含めて少し詳しく説明する。
Layer 4 Load Balancer (NAT, IP Tunnelling, DR)
- 1. Layer 4Load BalancerNAT, IPトンネリグ, DR2014 / 10 15 内田公太
- 2. Outline• プロトコルスタックの基礎知識 • 3つのロードバランス手法
- 3. プロトコルスタックの基礎知識 TCP + IP Ethernet における送受信データの構造
- 4. TCP + IP + Ethernet スタック HTTP Request TCP Header IP Header HTTP Request Ethernet Header HTTP Request TCP Header HTTP Request TCP Header IP Header FCS HTTP Request TCP Header IP Header HTTP Request Ethernet Header HTTP Request TCP Header HTTP Request TCP Header IP Header FCS IP Header Ethernet Header HTTP Request TCP Header FCS Pre-amble IP Header Ethernet Header HTTP Request TCP Header FCS Pre-amble LANケーブルで伝送 第4層 第5-7層 第3層 第2層 第1層
- 5. HTTP Request TCP Header IP Header HTTP Request 802.11 Header HTTP Request TCP Header HTTP Request TCP Header IP Header FCS HTTP Request TCP Header IP Header HTTP Request 802.11 Header HTTP Request TCP Header HTTP Request TCP Header IP Header FCS TCP + IP + WLAN スタック IP Header 802.11 Header HTTP Request TCP Header FCS IP Header 802.11 Header HTTP Request TCP Header FCS PCLP Preamble 電波で伝送 PCLP Preamble 第4層 第5-7層 第3層 第2層 第1層
- 6. プロトコルスタック • 各層が独立 • 例えばIPデータグラムはEthernetでもWLANでも伝送されうる。 • どちらの場合も、IP層の処理は同じ。 • 各層を独立させコスト削減。 • L4LB• OSI参照モデル第4層（トランスポー。TCP/UDPなど） までの情報を使って負荷分散する装置。 • 要するに、IPアドレスとポート番号で振り分けるもの。
- 8. NAT Network Address Translation IP Dest 192.168.1.1 Src 1.2.3.4 Ethernet Dest 12:00:34:00:00:01 Src 06:00:50:00:28:c0 TCP Dest 80 Src 38000 HTTP Foobar L4LB IP Dest 192.168.1.10 Src 192.168.1.1 Ethernet Dest 12:00:34:00:00:02 Src 12:00:34:00:00:01 TCP Dest 80 Src 38000 HTTP Foobar 12:00:34:00:00:01 192.168.1.1 IP Dest 192.168.1.10 Src 192.168.1.1 IP Dest 192.168.1.1 Src 1.2.3.4 TCP Dest 80 Src 38000 HTTP Foobar TCP Dest 80 Src 38000 HTTP Foobar 書き換え あたかもL4LBから HTTPリクエストが 来たように見える 12:00:34:00:00:02 192.168.1.10
- 9. NAT• ○ 設定が分かりやすい • ワーカはごく普通のWebサーバでよい • × L4LBに負荷が集中 • L4LBが IN/OUT 双方のデータを扱うため
- 10. IPトンネリング IP Dest 192.168.1.1 Src 1.2.3.4 Ethernet Dest 12:00:34:00:00:01 Src 06:00:50:00:28:c0 TCP Dest 80 Src 38000 HTTP Foobar L4LB IP Dest 192.168.2.10 Src 192.168.1.1 Ethernet Dest 12:00:34:00:00:03 Src 12:00:34:00:00:01 12:00:34:00:00:01 192.168.1.1 IP Dest 192.168.1.1 Src 1.2.3.4 TCP Dest 80 Src 38000 HTTP Foobar IPヘッダで 包み込む ネットワークを超えられる 元のパケットがそのまま届く IP IP Dest 192.168.2.10 Src 192.168.1.1 IP Dest 192.168.1.1 Src 1.2.3.4 TCP Dest 80 Src 38000 HTTP Foobar TCP HTTP IP TCP HTTP Ethernet Dest 12:00:34:00:00:04 Src 12:00:34:00:00:03
- 11. IPトンネリグ • ○ ネットワークを超えられる • ○ L4LBの負荷がかなり低い • OUT方向のデータがL4LB を通らないため （ワーカは送信元IPを知っており、直接返答できる） • × 設定が複雑
- 12. IP Dest 192.168.1.1 Src 1.2.3.4 Ethernet Dest 12:00:34:00:00:01 Src 06:00:50:00:28:c0 TCP Dest 80 Src 38000 HTTP Foobar L4LB Ethernet Dest 12:00:34:00:00:02 Src 12:00:34:00:00:01 TCP Dest 80 Src 38000 HTTP Foobar 12:00:34:00:00:01 192.168.1.1 IP Dest 192.168.1.1 Src 1.2.3.4 IP Dest 192.168.1.1 Src 1.2.3.4 TCP Dest 80 Src 38000 HTTP Foobar 無加工で 送る 元のパケットがそのまま届く DR Direct Routing 12:00:34:00:00:02 192.168.1.1
- 13. DR• ○ L4LBの負荷が非常に低い • OUT方向のデータがL4LB を通らないため （ワーカは送信元IPを知っており、直接返答できる） • × 設定が複雑
- 15. 大丈夫 ループバックアドレスとして IPアドレスを設定しておけば、 ARPを無視するから衝突しないんだ
- 16. L4LB ワーカ1 ワーカ2 DRを使うときの ネットワーク構成 ユーザ 12:00:34:00:00:01 eth0 192.168.1.1 12:00:34:00:00:02 lo0 192.168.1.1 12:00:34:00:00:03 lo0 192.168.1.1
- 17. L4LB 12:00:34:00:00:01 eth0 192.168.1.1 12:00:34:00:00:02 lo0 192.168.1.1 ワーカ1 12:00:34:00:00:03 lo0 192.168.1.1 ワーカ2 ユーザ192.168.1.1 に対応する MACアドレスを教えて！ ARPリクエスト ブロードキャスト
- 18. L4LB 12:00:34:00:00:01 eth0 192.168.1.1 12:00:34:00:00:02 lo0 192.168.1.1 ワーカ1 12:00:34:00:00:03 lo0 192.168.1.1 ワーカ2 ユーザ 12:00:34:00:00:01 です … … ARPレスポンス
- 19. L4LB 12:00:34:00:00:01 eth0 192.168.1.1 12:00:34:00:00:02 lo0 192.168.1.1 ワーカ1 12:00:34:00:00:03 lo0 192.168.1.1 ワーカ2 ユーザ 了解。では 12:00:34:00:00:01 に送ります IP Dest 192.168.1.1 Src 1.2.3.4 TCP Dest 80 Src 38000 HTTP Foobar
- 20. L4LB 12:00:34:00:00:01 eth0 192.168.1.1 12:00:34:00:00:02 lo0 192.168.1.1 ワーカ1 12:00:34:00:00:03 lo0 192.168.1.1 ワーカ2 ユーザ ワーカ2君 処理してね IP Dest 192.168.1.1 Src 1.2.3.4 TCP Dest 80 Src 38000 HTTP Foobar 了解
- 21. L4LB 12:00:34:00:00:01 eth0 192.168.1.1 12:00:34:00:00:02 lo0 192.168.1.1 ワーカ1 12:00:34:00:00:03 lo0 192.168.1.1 ワーカ2 ユーザ IP Dest 192.168.1.1 Src 1.2.3.4 TCP Dest 80 Src 38000 HTTP Foobar 1.2.3.4 に 応答を返せば いいんだな
- 22. L4LB 12:00:34:00:00:01 eth0 192.168.1.1 12:00:34:00:00:02 lo0 192.168.1.1 ワーカ1 12:00:34:00:00:03 lo0 192.168.1.1 ワーカ2 ユーザ IP Dest 1.2.3.4 Src 192.168.1.1 TCP Dest 38000 Src 80 HTTP Foobar Foobar
- 23. まとめ • プロトコルスタックでヘダがいくつも付加される • 第4層までの情報データを振り分ける装置がL4LB• L4LB の3つの実装NAT, IPトンネリグ, DR を紹介 • DR が最もL4LB の負荷が小さくなる