LVS负载均衡集群、NAT模式LVS负载均衡实战部署

一、企业群集应用概述

1.1 群集的含义

Cluster，集群、群集
由多台主机构成，但对外只表现为一个整体，只提供一个访问入口(域名或IP地址)， 相当于一台大型计算机。

1.2 问题

互联网应用中，随着站点对硬件性能、响应速度、服务稳定性、数据可靠性等要求越来越高，单台服务器已经无法满足负载均衡及高可用的要求。

1.3 解决方法

●使用价格昂贵的小型机、大型机（纵向扩容）
●使用多台相对廉价的普通服务器构建服务群集（横向扩容）
通过整合多台服务器，使用LVS来达到服务器的高可用和负载均衡，并以同一个
IP地址对外提供相同的服务。
在企业中常用的一种群集技术——LVS (Linux Virtual Server, Linux虚拟服务器)

二、企业群集分类

2.1 根据群集所针对的目标差异，可分为三种类型

●负载均衡群集
●高可用群集
●高性能运算群集

2.2 负载均衡群集(Load Balance Cluster)

●提高应用系统的响应能力、尽可能处理更多的访问请求、减少延迟为目标，获得高并发、高负载(LB) 的整体性能
●LB的负载分配依赖于主节点的分流算法，将来自客户机的访问请求分担给多个服务器节点，从而缓解整个系统的负载压力。例如，"DNS轮询” “反向代理”等
企业群集分类2-2

2.3 高可用群集(High Availability Cluster)

●提高应用系统的可靠性、尽可能地减少中断时间为目标，确保服务的连续性，达到高可(HA)的容错效果
●HA的工作方式包括双工和主从两种模式，双工即所有节点同时在线；主从则只有主节点在线，但当出现故障时从节点能自动切换为主节点。例如，“故障切换”“双机热备” 等

2.4 高性能运算群集(High Performance Computer Cluster)

●以提高应用系统的CPU运算速度、扩展硬件资源和分析能力为目标，获得相当于大型、超级计算机的高性能运算(HPC) 能力
●高性能依赖于“分布式运算”、 "并行计算” ，通过专用硬件和软件将多个服务器的CPU、内存等资源整合在一-起， 实现只有大型、超级计算机才具备的计算能力。例如，"云计算”"网格计算”等

三、负载均衡群集架构

3.1 负载均衡的结构

3.1.1 第一层，负载调度器(Load Balancer或Director)

访问整个群集系统的唯一入口， 对外使用所有服务器共有的VIP地址，也称为群集
IP地址。通常会配置主、备两台调度器实现热备份，当主调度器失效以后能够平滑
替换至备用调度器，确保高可用性。

3.1.2 第二层，服务器池(Server Pool)

群集所提供的应用服务、由服务器池承担，其中每个节点具有独立的RIP地址(真实IP)，只处理调度器分发过来的客户机请求。当某个节点暂时失效时,负载调度器的容错机制会将其隔离，等待错误排除以后再重新纳入服务器池。

3.1.3 第三层，共享存储(Share Storage)

为服务器池中的所有节点提供稳定、一致的文件存取服务，确保整个群集的统一性。共享存储可以使用NAS设备，或者提供NFS共享服务的专用服务器。

四、负载均衡群集工作模式分析

■负载均衡群集是目前企业用得最多的群集类型
■群集的负载调度技术有3 E种工作模式
地址转换
IP隧道
直接路由

4.1 NAT模式

4.1.1 地址转换

●Network Address Translation，简称NAT模式
●类似于防火墙的私有网络结构，负载调度器作为所有服务器节点的网关，即作为客户机
的访问入口，也是各节点回应客户机的访问出口
●服务器节点使用私有IP地址，与负载调度器位于同一个物理网络，安全性要优于其他两种方式模式

4.2 TUN模式

4.2.1 IP隧道

●IP Tunnel,简称TUN模式
●采用开放式的网络结构，负载调度器仅作为客户机的访问入口，各节点通过各自的Internet连接直接回应客户机，而不再经过负载调度器
●服务器节点分散在互联网中的不同位置,具有独立的公网IP地址，通过专用IP隧道与负载调度器相互通信

4.3 DR模式

4.3.1 直接路由

●Direct Routing，简称DR模式
●采用半开放式的网络结构，与TUN模式的结构类似，但各节点并不是分散在各地，而是与调度器位于同一个物理网络
●负载调度器与各节点服务器通过本地网络连接，不需要建立专用的IP隧道
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五、LVS虚拟服务器

5.1 Linux Virtual Server

针对Linux内核开发的负载均衡解决方案。1998年5月，由我国的章文嵩博士创建。
官方网站: http://www.linuxvirtualserver org/
●LVS实际上相当于基于IP地址的虚拟化应用，为基于IP地址和内容请求分发的负载均衡提出了一种高效的解决方法
LVS现在已成为Linux内核的一部分，默认编译为ip_ vs模块，必要时能够自动调用。在CentOS 7系统中，以下操作可以手动加载ip_Vs模块，并查看当前系统中ip_vs 模块的版本信息。

# 确认内核对LVS的支持
[root@localhost ~]# modprobe ip_vs
[root@localhost ~]# cat /proc/net/ip_vs
IP Virtual Server version 1 .2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
 -> RemoteAddress:Port Forward Weight ActiveConn InActConn

5.2 LVS的负载调度算法

5.2.1 轮询(Round Robin)

◆将收到的访问请求按照顺序轮流分配给群集中的各节点(真实服务器)，均等地对待每一台服务器， 而不管服务器实际的连接数和系统负载

5.2.2 加权轮询(Weighted Round Robin)

◆根据调度器设置的权重值来分发请求，权重值高的节点优先获得任务，分配的请求数越多
◆保证性能强的服务器承担更多的访问流量

5.2.3 最少连接(Least Connections)

◆根据真实服务器已建立的连接数进行分配，将收到的访问请求优先分配给连接数最少的节点

5.2.4 加权最少连接(Weighted Least Connections)

◆在服务器节点的性能差异较大时，可以为真实服务器自动调整权重
◆性能较高的节点将承担更大比例的活动连接负载

六、使用ipvsadm工具

lvs群集创建与管理

创建虚拟服务器----->添加、删除服务器节点----->查看群集和节点情况----->保存负载分配策略

七、ipvsadm工具选项说明

-A：添加虚拟服务器
-D：删除整个虚拟服务器
-s：指定负载调度算法(轮询: rr、加权轮询: wrr、 最少连接: lc、加权最少连接: wlc)
-a：表示添加真实服务器(节点服务器)
-d：删除某一一个节点
-t：指定VIP地址及TCP端口
-r：指定RIP地址及TCP端口
-m：表示使用NAT群集模式
-g：表示使用DR模式
-i：表示使用TUN模式
-w：设置权重(权重为0时表示暂停节点)
-p 60：表示保持长连接60秒
-l：列表查看LVS虚拟服务器(默认为查看所有)
-n：以数字形式显示地址、端口等信息，常与“-l"选项组合使用。ipvsadm -ln

八、NAT模式LVS负载均衡群集部署

负载调度器：内网关ens33：192.168.238.20， 外网关ens36：12.0.0.1
Web节点服务器1：192. 168.238.100
Web节点服务器2：192. 168.238.101
NFS服务器：192.168.238.10 
客户端：192.168.238.200

1、部署共享存储(NFS服务器：192.168.238.10)

关闭防火墙
systemctl stop firewalld.service
systemctl disable firewalld.service
setenforce 0

yum install nfs-utils rpcbind -y    提供远程调用服务
systemctl start nfs.service
systemctl start rpcbind.service
systemctl enable nfs.service
systemctl enable rpcbind.service

mkdir /opt/jiedian1 /opt/jiedian2         赋权
chmod 777 /opt/jiedian1 /opt/jiedian2

vim /etc/exports   ---->尽量不给写的权限
/usr/share *(ro, sync)    ----> 生产环境使用
/opt/jieidan1 192.168.238.0/24(rw,sync)
/opt/jiedian2 192.168.238.0/24(rw,sync)

重启服务
systemctl restart nfs.service
showmont -e

发布共享
exportfs -rv
echo 'this is jieidan1!' > /opt/jiedian1/index.html
echo 'this is jiedian2!' >/opt/jiedian2/index.html

2、配置节点服务器(192.168.238.100、192.168.238.101 )

systemctl stop firewalld.service 
systemctl disable firewalld.service
setenforce 0

yum install httpd -y
systemctl start httpd.service
systemctl enable httpd.service

yum install nfs-utils rpcbind -y
showmount -e 192.168.238.10
systemctl start rpcbind
systemctl enable rpcbind

--192.168.238.100---
mount.nfs 192.168.238.10:/opt/jiedian1 /var/www/html
#echo 'this is jiedian1!' > /var/www/html/index.html

vim /etc/fstab
192.168.238.10:/opt/jiedian1     /var/www/html  nfs defaults,_netdev   0   0

--192.168.238.101---
mount.nfs 192.168.238.10:/opt/jiedian2 /var/www/html
#echo 'this is jiedian2!' > /var/www/html/index.html
vim /etc/fstab
192.168.238.10:/opt/jiedian2  /var/www/html   nfs    defaults,_netdev    0   0
#  共享目录                         挂载点     协议          参数

3、配置负载调度器(内网关ens33：192.168.238.20，外网关ens36：12.0.0.1)

vim /etc/sysconfig/network.....
systemctl stop firewalld.service
systemctl disable firewalld.service
setenforce 0

(1)配置SNAT转发规则
vim /etc/sysctl.conf
net.ipv4.ip_forward = 1

或echo '1' > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward
sysctl -P

iptables -t nat -F
iptables -F
iptables -t nat -A POSTROUTING -s 192.168.238.0/24 -o ens36 -j SNAT --to-source 12.0.0.1
#-t 指定nat表 -A加入规则链 -s指定源IP地址或网段 -o出站接口  -j指定控制类型 --to-source指定要转换的IP地址
(2)加载LVS内核模块
modprobe ip_vs           加载ip_ vs模块
cat /proc/net/ip_vs      查看ip_ vs版本信息
(3)安装ipvsadm管理工具
yum -y install ipvsadm

--启动服务前须保存负载分配策略---
ipvsadm-save > /etc/sysconfig/ipvsadm
或者ipvsadm --save > /etc/sysconfig/ipvsadm

systemctl start ipvsadm.service

(4)配置负载分配策略(NAT模式只要在服务器上配置，节点服务器不需要特殊配置)
ipvsadm -ln     #查看是否有策略
ipvsadm -C      #清除原有策略
ipvsadm -ln     #再次检测
ipvsadm -A -t 12.0.0.1:80 -s rr    -A添加虚拟服务器  -t指定VIP地址和端口  -s指定负载调度算法  rr轮询
ipvsadm -a -t 12.0.0.1:80 -r 192.168.238.100:80 -m -w 1    -a添加真实服务器  -r指定RIP地址和端口  -m使用NAT群集模式   [-w 1]指定权重
ipvsadm -a -t 12.0.0.1:80 -r 192.168.238.101:80 -m -w 1
                                                 #指定权重

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
ipvsadm      #启用策略
ipvsadm -ln     #查看节点状态，Masq代表NAT模式
ipvsadm-save > /etc/sysconfig/ipvsadm          #保存策略

ipvsadm -d -t 12.0.0.1:80 -r 192.168.238.11:80 -m -w 1   #删除群集中某一节点服务器
ipvsadm -D -t 12.0.0.1:80        #删除整个虚拟服务器
systemctl stop ipvsadm           #停止服务(清除策略)
systemctl start ipvsadm          #启动服务(重建规则)
ipvsadm-restore < /etc/sysconfig/ipvsadm       #恢复LVS策略