LVS负载均衡群集部署之——NAT模式的介绍及搭建步骤
LVS负载均衡群集
- 一、企业群集应用概述
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- 1.1 群集的三种类型
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- 1.1 负载均衡群集
- 1.2 高可用群集
- 1.3 高性能运算群集
- 1.2 负载均衡结构
- 1.3 负载均衡群集工作模式
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- (1) NAT模式——地址转换
- (2) TUN模式——IP隧道
- (3) DR模式——直接路由
- 1.4 关于LVS虚拟服务器
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- 1.4.1 LVS 的负载调度算法
- 1.4.2 使用 ipvsadm 管理工具
- 二、NAT模式 LVS负载均衡群集部署
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- 2.1 NAT模式 LVS负载均衡群集部署操作步骤（理论）
- 2.2 NAT模式 LVS负载均衡群集部署实验具体步骤（实操）
一、企业群集应用概述
- 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
1.1 群集的三种类型
负载均衡群集、高可用群集和高性能运算群集。
1.1 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
1.2 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
1.3 高性能运算群集
- 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
1.2 负载均衡结构
第一层，负载调度器（Load Balancer或Director）
第二层，服务器池（Server Pool）
第三层，共享存储（Share Storage）
1.3 负载均衡群集工作模式
- 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三种工作模式
- （NAT）地址转换
- （TUN）IP隧道
- （DR）直接路由
(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
1.4 关于LVS虚拟服务器
- Linux Virtual Server 是针对 Linux 内核开发的一个负载均衡项目，由我国的章文嵩 博士在 1998 年 5 月创建，官方站点位于 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。
1.4.1 LVS 的负载调度算法
针对不同的网络服务和配置需要，LVS 调度器提供多种不同的负载调度算法，其中最常用的四种算法是轮询、加权轮询、最少连接和加权最少连接。
- 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，均 等地对待每台服务器，而不管服务器实际的连接数和系统负载。
- 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并且分配的请求越多，这样可以保证性能高的节点承担更 多请求。
- 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。如果所有的服务器节点性能相近，采 用这种方式可以更好地均衡负载。
- 加权最少连接（Weighted Least Connections）：在服务器节点的性能差异较大的 情况下，调度器可以根据节点服务器负载自动调整权重，权重较高的节点将承担更 大比例的活动连接负载。
1.4.2 使用 ipvsadm 管理工具
ipvsadm 是在负载调度器上使用的 LVS 群集管理工具，通过调用 ip_vs 模块来添加、删 除 服 务器 节 点 ，以 及 查 看 群集 的 运 行状 态 。 在 CentOS 7 系 统 中 ， 需 要 手动 安装 ipvsadm.x86_64 0:1.27-7.el7 软件包。
[root@localhost ~]# yum -y install ipvsadm
[root@localhost ~]# ipvsadm -v
ipvsadm v1.27 2008/5/15 (compiled with popt and IPVS v1.2.1)
LVS 群集的管理工作主要包括创建虚拟服务器、添加服务器节点、查看群集节点状态、 删除服务器节点和保存负载分配策略。
ipvsadm 工具选项说明：
| 选项 | 解释 |
|---|---|
| -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 |
二、NAT模式 LVS负载均衡群集部署
2.1 NAT模式 LVS负载均衡群集部署操作步骤（理论）
实验环境准备：
负载调度器：内网关 ens33：192.168.80.80，外网关 ens37：12.0.0.1
Web节点服务器1：192.168.80.10
Web节点服务器2：192.168.80.20
NFS服务器：192.168.80.30
客户端：12.0.0.12
1.部署共享存储（NFS服务器：192.168.80.30）
systemctl stop firewalld.service
systemctl disable firewalld.service
setenforce 0
yum install nfs-utils rpcbind -y
systemctl start rpcbind.service
systemctl start nfs.service
systemctl enable rpcbind.service
systemctl enable nfs.service
mkdir /opt/kgc /opt/benet
chmod 777 /opt/kgc /opt/benet
echo 'this is kgc web!' > /opt/kgc/index.html
echo 'this is benet web!' > /opt/benet/index.html
vim /etc/exports
/opt/kgc 192.168.80.0/24(rw,sync)
/opt/benet 192.168.80.0/24(rw,sync)
--发布共享---
exportfs -rv
2.配置节点服务器（192.168.80.10、192.168.80.20）
ens33网关需要设置为网关服务器
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 192.168.80.30
systemctl start rpcbind.service
systemctl start nfs.service
systemctl enable rpcbind.service
systemctl enable nfs.service
--192.168.80.10---
mount.nfs 192.168.80.30:/opt/kgc /var/www/html
vim /etc/fstab
192.168.80.30:/opt/kgc /myshare nfs defaults,_netdev 0 0
另一台节点服务器挂载如下：
--192.168.80.20---
mount.nfs 192.168.80.30:/opt/benet /var/www/html
vim /etc/fstab
192.168.80.30:/opt/benet /myshare nfs defaults,_netdev 0 0
3.配置负载调度器（内网关 ens33：192.168.80.1，外网关 ens36：12.0.0.1）
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 #添加ip路由转发
或 echo '1' > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward
sysctl -p
iptables -t nat -F
iptables -F
iptables -t nat -A POSTROUTING -s 192.168.80.0/24 -o ens36 -j SNAT --to-source 12.0.0.1
（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
##加载全部模块
for i in $(ls /usr/lib/modules/$(uname -r)/kernel/net/netfilter/ipvs|grep -o "^[^.]*");do echo $i; /sbin/modinfo -F
filename $i >/dev/null 2>&1 && /sbin/modprobe $i;done
（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 -C #清除原有策略
ipvsadm -A -t 12.0.0.1:80 -s rr
ipvsadm -a -t 12.0.0.1:80 -r 192.168.80.10:80 -m [-w 1] #添加真实ip
ipvsadm -a -t 12.0.0.1:80 -r 192.168.80.20:80 -m [-w 1] #添加真实ip
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 192.168.80.10:80 -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
4.测试效果
网络设置里面网关需要设置为网关服务器
在一台IP为12.0.0.12的客户机使用浏览器访问 http://12.0.0.1/ ，不断刷新浏览器测试负载均衡效果，刷新间隔需长点。
2.2 NAT模式 LVS负载均衡群集部署实验具体步骤（实操）
第一步：环境搭建
1）网关服务器网卡配置（在虚拟机设置里面添加新网卡），内外网网关ip如下：
2）web节点服务器1的IP和网关如下：
3）web节点服务器2的IP和网关如下：
4）NFS服务器IP和网关如下：
5）客户端IP和网关设置如下：
6）关闭所有设备的防火墙和SElinux
第二步：部署共享服务器（NFS服务器：192.168.80.30）
1）安装相关软件并设置开机自启
2）创建accp和benet目录，分别创建index.html并写入内容
3）添加要发布的目录
4）发布共享
第三步：配置节点服务器（192.168.80.10、192.168.80.20）
1）节点服务器1和2安装httpd服务并开启
2）节点服务器1和2安装nfs-utils和rpcbind程序
3）节点服务器1扫描并挂载共享目录
4）节点服务器2扫描并挂载共享目录
第四步：配置负载调度器（内网关 ens33：192.168.80.80，外网关 ens36：12.0.0.1）
1）配置SNAT转发规则
2）情况iptables规则并添加新规则
3）加载LVS内核模块并查看
4）安装ipvsadm管理工具
5）保存负载分配策略并启动服务
6）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）
7）查看节点策略并保存
第五步：浏览器中进行测试（不断刷新浏览器测试负载均衡效果，刷新间隔需长点）
