LVS负载均衡(NAT模式)

目录

  • 一、群集的含义
  • 二、企业群集的类型
    • 2.1 负载均衡群集(Load Balance Cluster)
    • 2.2 高可用群集(High Availability Cluster
    • 2.3 高性能运算群集(High Performance Computer Cluster)
  • 三、负载均衡群集架构
    • 3.1 负载均衡的结构
    • 3.2 负载均衡群集工作模式分析
      • 3.2.1 NAT模式
      • 3.2.2 TUN模式
      • 3.2.3 DR模式
    • 3.3 关于LVS虚拟服务器
    • 3.4 LVS的负载调度算法
    • 3.5 NFS共享存储服务
  • 四、案例搭建
    • 4.1 案例环境
    • 4.2 案例配置
    • 4.3 效果验证

一、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

  • 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,单台服务器力不从心

二、企业群集的类型

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

2.1 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

2.2 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,达到高可用(HA)的容错效果
  • HA的工作方式包括双工和主从两种模式

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

  • 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

三、负载均衡群集架构

3.1 负载均衡的结构

  • 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)

LVS负载均衡(NAT模式)_第1张图片

3.2 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三种工作模式

  • 地址转换
  • IP隧道
  • 直接路由

3.2.1 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
    LVS负载均衡(NAT模式)_第2张图片

3.2.2 TUN模式

IP隧道

  • lP 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lnternet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

LVS负载均衡(NAT模式)_第3张图片

3.2.3 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

LVS负载均衡(NAT模式)_第4张图片

3.3 关于LVS虚拟服务器

Linux Virtual Server

  • 针对Linux内核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

3.4 LVS的负载调度算法

  • 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

  • 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

  • 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

  • 加权最少连接(Weighted Lest 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

3.5 NFS共享存储服务

Network File System,网络文件系统

  • 依赖于RPC(远端过程调用)
  • 需安装nfs-utils、rpcbind软件包
  • 系统服务: nfs、rpcbind
  • 共享配置文件:/etc/exports

使用NFS发布共享资源

  • 安装nfs-utils、rpcbind软件包
  • 设置共享目录
  • 启动NFS服务程序
  • 查看本机发布的NFS共享目录

NFS共享存储服务3-3
在客户机中访问NFS共享资源

  • 安装rpcbind软件包,并启动rpcbind服务
  • 手动挂载NFS共享目录
  • fstab自动挂载设置

四、案例搭建

4.1 案例环境

服务器 IP地址
LVS调度服务器 10.0.0.70/16
172.16.1.10/16
Web服务器1 172.16.1.20/16
Web服务器2 172.16.1.30/16
NFS服务器 172.16.1.40/16

4.2 案例配置

  • lvs
[root@lvs ~]# systemctl stop firewalld
[root@lvs ~]# setenforce 0
#加载LVS内核
[root@lvs ~]# modprobe ip_vs
[root@lvs ~]# 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
#安装管理软件ipvsadm
[root@lvs ~]# yum -y install ipvsadm
[root@lvs ~]# cd /etc/sysconfig/network-scripts
[root@lvs ~]# cp -p ifcfg-ens33 ifcfg-ens37
BOOTPROTO=static
IPADDR=172.16.1.10
NETMASK=255.255.0.0
NAME=ens37
DEVICE=ens37
ONBOOT=yes
[root@lvs ~]# vi nat.sh
#!/bin/bash
echo "1" > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward    #启动路由转发功能
#!/bin/bash
ipvsadm -C                            #清除>内核虚拟服务器表中的所有记录
ipvsadm -A -t 10.0.0.70:80 -s rr            #创建虚拟服务器
ipvsadm -a -t 10.0.0.70:80 -r 172.16.1.20:80 -m       #添加服务器节点
ipvsadm -a -t 10.0.0.70:80 -r 172.16.1.30:80 -m     #添加服务器节点
ipvsadm -Ln     #查看节点状态,加个"-n"将以数字形式显示地址、端口信息

#选项注释
-A :表示添加虚拟服务器
-a :表示添加真实服务器
-t :用来指定VIP地址及TCP端口
-r :用来指定RIP地址及TCP端口
-s :用来指定负载调度算法————(rr:轮询,wrr:加权轮询,lc:最少连接,wlc:加权最少连接)
-m :表示使用NAT群集模式(“-g”是DR模式,“-i”是TUN模式)

[root@lvs ~]# bash nat.sh
[root@lvs ~]# bash nat.sh 
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
  -> RemoteAddress:Port           Forward Weight ActiveConn InActConn
TCP  10.0.0.70:80 rr
  -> 172.16.1.20:80               Masq    1      0          0         
  -> 172.16.1.30:80               Masq    1      0          0    
  • web1
[root@web-1 ~]# systemctl stop firewalld
[root@web-1 ~]# setenforce 0
[root@web-1 ~]# yum -y install httpd
[root@web-1 ~]# mount 172.16.1.40:opt/web1 /var/www/html/
[root@web-1 ~]# systemctl start httpd
[root@web-1 ~]# curl localhost
<html>server-1</html>
[root@web-1 ~]# vi /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens33 
BOOTPROTO=static
IPADDR=172.16.1.20
NETMASK=255.255.0.0
GATEWAY=172.16.1.10
  • web2
[root@web-2 ~]# systemctl stop firewalld
[root@web-2 ~]# setenforce 0
[root@web-2 ~]# yum -y install httpd
[root@web-2 ~]# mount 172.16.1.40:opt/web2 /var/www/html/
[root@web-2 ~]# systemctl start httpd
[root@web-2 ~]# curl localhost
<html>server-2</html>
[root@web-1 ~]# vi /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens33
BOOTPROTO=static
IPADDR=172.16.1.20
NETMASK=255.255.0.0
GATEWAY=172.16.1.10
  • nfs
[root@nfs ~]# systemctl stop firewalld
[root@nfs ~]# setenforce 0
[root@nfs ~]# yum -y install rpcbind nfs-utils 
[root@nfs ~]# mkdir /opt/web1 /opt/web2
[root@nfs ~]# echo "server-1" > /opt/web1/index.html
[root@nfs ~]# echo "server-2" > /opt/web2/index.html
[root@nfs ~]# vi /etc/exports
/opt/web1       172.16.1.0/24(rw,sync)
/opt/web2       172.16.1.0/24(rw,sync)
[root@nfs ~]# systemctl start rpcbind
[root@nfs ~]# systemctl start nfs
[root@nfs ~]# showmount -e
Export list for nfs:
/opt/web2 172.16.1.30
/opt/web1 172.16.1.20

4.3 效果验证

多次访问调度服务器的外网地址,即虚拟服务器地址。发现已实现负载均衡。
LVS负载均衡(NAT模式)_第5张图片
LVS负载均衡(NAT模式)_第6张图片
在调度服务器查看记录

LVS负载均衡(NAT模式)_第7张图片

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