群集之LVS负载均衡群集之NAT模式

目录

  • 一、群集
    • 1、群集的含义
    • 2、群集存在必要性
  • 二、群集的分类
    • 1、负载均衡群集
    • 2、高可用群集
    • 3、高性能群集
  • 三、负载均衡群集架构和工作模式
    • 负载均衡的结构
    • 负载均衡群集工作模式分析
  • 四、LVS虚拟服务器
  • 五、LVS的负载调度算法
  • 六、ipvsadm工具
  • 七、NAT模式LVS负载均衡群集部署
    • 环境配置
    • 1、部署共享存储(NFS服务器:192.168.109.3)
    • 2、配置节点服务器(192.168.109.12、192.168.109.22)
      • Web节点服务器1:192.168.109.12
      • Web节点服务器1:192.168.109.22
    • 3.配置负载调度器
      • 1)配置SNAT转发规则
      • 2)加载LVS内核模块
      • 3)安装ipvsadm 管理工具
      • 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)
    • 4、测试

一、群集

1、群集的含义

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

2、群集存在必要性

出现的问题
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,单台服务器无法满足负载均衡及高可用的需求。

解决方法
方法一:使用价格昂贵的小型机、大型机。(花费高)
方法二:使用多台相对廉价的普通服务器构建服务群集。(花费低)

结果
大部分企业都选择方法二整合多台服务器,使用LVS来达到服务器高可用和负载均衡,并于同一个IP地址对外提供相同服务。而这就是企业中常用的一种群集技术——LVS(Linux Virtual Server ,Linux虚拟服务器)。

二、群集的分类

1、负载均衡群集

  • 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。
  • 例如:“DNS轮询”、“反向代理”等。

2、高可用群集

  • 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,达到高可用(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。

3、高性能群集

  • 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、负载均衡群集架构和工作模式

负载均衡的结构

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。

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。

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。

负载均衡群集工作模式分析

1)NAT模式------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

2)TUN模式------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

3)DR模式------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

四、LVS虚拟服务器

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.orgl
  • 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。
#加载ip_va模块
modprobe ip_vs
#确认内核对LVS的支持
cat /proc/net/ip_vs

五、LVS的负载调度算法

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

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

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

4、加权最少连接(Weighted L east 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、ipvsadm工具

ipvsadm功能与选项说明

选项 功能
-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

七、NAT模式LVS负载均衡群集部署

LVS调度器作为Web 服务器池的网关,LVS具有两块网卡,分别连接内外网,使用轮询(rr)调度算法

环境配置

主机 操作系统 IP地址 工具/软件/安装包
负载均衡器 CentOS7 内网:192.168.109.7、外网:12.0.0.1 ipvsadm
NFS服务器 CentOS7 192.168.109.3 rpcbind、nfs-utils
Web节点服务器1 CentOS7 192.168.109.12 rpcbind、nfs-utils、httpd
Web节点服务器2 CentOS7 192.168.109.22 rpcbind、nfs-utils、httpd
客户端 Windows10 12.0.0.10 ——————

注意:负载调度器网关可设置为自身IP或不设置,服务器和客户机的网关都要设置,地址为负载调度器的内外网关地址。(跨网段访问必须要网关)
群集之LVS负载均衡群集之NAT模式_第1张图片

1、部署共享存储(NFS服务器:192.168.109.3)

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

yum -y install nfs-utils rpcbind

systemctl start rpcbind.service
systemctl start nfs.service

systemctl enable nfs.service
systemctl enable rpcbind.service

mkdir /opt/test1
mkdir /opt/test2

chmod 777 /opt/test1
chmod 777 /opt/test2

vim /etc/exports
/opt/zq 192.168.109.0/24(rw,sync)
/opt/test 192.168.109.0/24(rw,sync)

exportfs -rv

群集之LVS负载均衡群集之NAT模式_第2张图片
群集之LVS负载均衡群集之NAT模式_第3张图片
群集之LVS负载均衡群集之NAT模式_第4张图片

2、配置节点服务器(192.168.109.12、192.168.109.22)

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

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

yum -y install nfs-utils rpcbind

systemctl start rpcbind
systemctl enable rpcbind

showmount -e 192.168.109.3

web服务器1、2这步一样
群集之LVS负载均衡群集之NAT模式_第5张图片

群集之LVS负载均衡群集之NAT模式_第6张图片
群集之LVS负载均衡群集之NAT模式_第7张图片

Web节点服务器1:192.168.109.12

mount.nfs 192.168.109.3:/opt/test1 /var/www/html
df -h
echo 'this is test1 web!' > /var/www/html/index.html

群集之LVS负载均衡群集之NAT模式_第8张图片
群集之LVS负载均衡群集之NAT模式_第9张图片

Web节点服务器1:192.168.109.22

mount.nfs 192.168.109.3:/opt/test2 /var/www/html
df -h
echo 'this is test2 web!' > /var/www/html/index.html

群集之LVS负载均衡群集之NAT模式_第10张图片

3.配置负载调度器

负载调度器:内网关 ens33:192.168.109.7,外网关 ens36:12.0.0.1

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

群集之LVS负载均衡群集之NAT模式_第11张图片

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 192.168.109.0/24 -o ens36 -j SNAT --to-source 12.0.0.1

群集之LVS负载均衡群集之NAT模式_第12张图片
群集之LVS负载均衡群集之NAT模式_第13张图片

2)加载LVS内核模块

#加载 ip_vs模块
modprobe ip_vs
#查看 ip_vs版本信息
cat /proc/net/ip_vs

群集之LVS负载均衡群集之NAT模式_第14张图片

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
ipvsadm --save > /etc/sysconfig/ipvsadm

systemctl start ipvsadm.service

群集之LVS负载均衡群集之NAT模式_第15张图片
在这里插入图片描述

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)

#清除原有策略
ipvsadm -C

ipvsadm -A -t 12.0.0.1:80 -s rr
ipvsadm -a -t 12.0.0.1:80 -r 192.168.109.12:80 -m
ipvsadm -a -t 12.0.0.1:80 -r 192.168.109.22:80 -m
#启用策略
ipvsadm

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

群集之LVS负载均衡群集之NAT模式_第16张图片
在这里插入图片描述

4、测试

群集之LVS负载均衡群集之NAT模式_第17张图片

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