LVS负载均衡群集概念、NAT模式LVS负载均衡实战部署
目录
前言
一、群集
1、群集的含义
2、群集存在的必要
3、解决方法
二、群集的分类
三、负载均衡的分层结构
四、负载均衡的工作模式
1、NAT 模式
2、TUN模式
3、DR模式
4、三种工作模式的优缺点
4.1 NAT 模式
4.2 TUN模式
4.3 DR 模式
五、LVS 的负载调度算法
1、轮询
2、加权轮询
3、最少连接
4、加权最少连接
六、ipvsadm工具
七、NAT模式LVS负载均衡群集部署
1、实验环境
1.1 网关服务器网卡配置（在虚拟机设置里面添加新网卡），内网关 ens33：192.168.229.90，外网关 ens36：12.0.0.1
1.2 web节点服务器以及NFS服务器的网关修改为负载调度器的内网网关ens33:192.168.229.90
1.3 客户端IP和网关设置
2、部署共享存储（NFS服务器：192.168.229.60）
3、配置节点服务器
3.1 配置节点服务器1（192.168.229.80）
3.2 配置节点服务器2（192.168.229.70）
4、配置负载调度器（内网关 ens33：192.168.229.90，外网关 ens36：12.0.0.1）
4.1 配置SNAT转发规则
4.2 加载LVS内核模块
4.3 安装ipvsadm 管理工具并启动服务
4.4 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）
5、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）
总结
前言
在各种互联网应用中，随着站点对硬件功能、响应速度、服务稳定性、数据可靠性等的要求越来越高，单台服务器将难以承担所有的访问。除了使用价格昂贵的大型机、专用负载分流设备以外，企业还有另外一种选择来解决问题，那就是构建集群服务器——通过整合多台相对廉价的普通服务器，以同一个地址对外提供相同的服务。
一、群集
1、群集的含义
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），相当于一台大型计算机。
2、群集存在的必要
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。
3、解决方法
使用价格昂贵的小型机、大型机。
使用多台相对廉价的普通服务器构建服务群集。
通过整合多台服务器，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。
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
根据集群针对的目标差异，可分为三种
- 负载均衡群集
- 高可用群集
- 高性能群集
详情解释：
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。
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，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。
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、负载均衡的分层结构
典型的负载均衡群集中，包括三个层次的组建。前端至少有一个负载调度器，负载响应并分发来自客户端的访问请求；后端由大量的真是服务器构成服务器池，提供实际的应用服务；为了保持服务的以执行，所有节点使用共享储存设备。
第一层：负载调度器，是访问整个集群系统的唯一入口，对外使用所有服务器共有的 VIP 地址。
第二层：服务器池，群集提供的应用服务由服务器池承担，其中的每个节点具有独立的 RIP 地址，只处理调度器分发的请求。
第三层：共享储存，为服务器池中的所有节点提供稳定、一致的文件存取服务，确保整个集群的统一性 。
下图是分层结构图：
四、负载均衡的工作模式
基于 IP 的负载均衡模式中，常见的有地址转换、IP 隧道和直接路由三种工作模式
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
4、三种工作模式的优缺点
4.1 NAT 模式
优点：
服务器可以运行任何支持TCP/IP的操作系统；
它只需要一个IP地址配置在调度器上，服务器组可以用私有的IP地址；
基于 NAT 的集群系统可以适合许多服务器的性能要求；
缺点：
它的伸缩能力有限，当服务器结点数目升到20时，调度器本身有可能成为系统的新瓶颈；
相比其他两种模式，负载能力比较弱，使用范围比较小。
4.2 TUN模式
优点：
负载调度器就可以处理大量的请求，它甚至可以调度百台以上的服务器（同等规模的服务器），而它不会成为系统的瓶颈；
可以用来构建高性能的超级服务器。
缺点：
所有的服务器必须支持“IP Tunneling”或者“IP Encapsulation”协议；
只适用运行其他操作系统的后端服务器。
4.3 DR 模式
优点：调度器只处理客户到服务器端的连接，响应数据可以直接从独立的网络路由返回给客户。这可以极大地提高LVS集群系统的伸缩性。
缺点：方法没有IP隧道的开销，但是要求负载调度器与实际服务器都有一块网卡连在同一物理网段上，服务器网络设备（或者设备别名）不作ARP响应。
五、LVS 的负载调度算法
1、轮询
将收到的访问请求按照顺序轮流分配给真是服务器，不会管服务器的实际连接数量和系统负载。
2、加权轮询
根据真实服务器的处理能力轮流分配请求，调度器可以自动查询各个节点的负载情况，并调整器权重。这样可以保证处理能力强的服务器承担更多的访问流量。
3、最少连接
根据真实服务器已建立的连接数进行分配，把请求优先分配给连接数最少的节点。这样可以更好的均衡负载。
4、加权最少连接
在服务器节点的性能差异较大的情况下，可以为真实服务器自动调整权重，权重较高的承担更大比例的活动连接负载。
六、ipvsadm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。
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 |
七、NAT模式LVS负载均衡群集部署
1、实验环境
1.1 网关服务器网卡配置（在虚拟机设置里面添加新网卡），内网关 ens33：192.168.229.90，外网关 ens36：12.0.0.1
1.2 web节点服务器以及NFS服务器的网关修改为负载调度器的内网网关ens33:192.168.229.90
Web节点服务器1：192.168.229.80
Web节点服务器2：192.168.229.70
NFS服务器：192.168.229.60
1.3 客户端IP和网关设置
客户端：12.0.0.18
2、部署共享存储（NFS服务器：192.168.229.60）
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/ly /opt/weq
chmod 777 /opt/ly /opt/weq
echo 'this is ly web!' > /opt/ly/index.html
echo 'this is weq web!' > /opt/weq/index.html
vim /etc/exports
/opt/ly 192.168.229.0/24(rw,sync)
/opt/weq 192.168.229.0/24(rw,sync)
--发布共享---
exportfs -rv
showmount -e3、配置节点服务器
3.1 配置节点服务器1（192.168.229.80）
[root@192 ~]# yum -y install httpd
[root@192 ~]# systemctl start httpd.service
[root@192 ~]# systemctl enable httpd.service
Created symlink from /etc/systemd/system/multi-user.target.wants/httpd.service to /usr/lib/systemd/system/httpd.service.
[root@192 ~]# rpm -q rpcbind nfs-utils
rpcbind-0.2.0-42.el7.x86_64
nfs-utils-1.3.0-0.48.el7.x86_64
[root@192 ~]# showmount -e 192.168.229.60
Export list for 192.168.229.60:
/opt/weq 192.168.229.0/24
/opt/ly 192.168.229.0/24
[root@192 ~]# netstat -natp | grep 111
tcp 0 0 0.0.0.0:111 0.0.0.0:* LISTEN 1/systemd
tcp6 0 0 :::111 :::* LISTEN 1/systemd
[root@192 ~]# mount.nfs 192.168.229.60:/opt/ly /var/www/html/
[root@192 ~]# ls /var/www/html/
index.html
[root@192 ~]# cat /var/www/html/index.html
This is ly web！
3.2 配置节点服务器2（192.168.229.70）
[root@localhost ~]# yum -y install httpd
[root@localhost ~]# systemctl start httpd.service
[root@localhost ~]# systemctl enable httpd.service
Created symlink from /etc/systemd/system/multi-user.target.wants/httpd.service to /usr/lib/systemd/system/httpd.service.
[root@localhost ~]# rpm -q rpcbind nfs-utils
rpcbind-0.2.0-42.el7.x86_64
nfs-utils-1.3.0-0.48.el7.x86_64
[root@localhost ~]# showmount -e 192.168.229.60
Export list for 192.168.229.60:
/opt/weq 192.168.229.0/24
/opt/ly 192.168.229.0/24
[root@localhost ~]# netstat -natp | grep 111
tcp 0 0 0.0.0.0:111 0.0.0.0:* LISTEN 1/systemd
tcp6 0 0 :::111 :::* LISTEN 1/systemd
[root@localhost ~]# mount.nfs 192.168.229.60:/opt/weq /var/www/html/
[root@localhost ~]# ls /var/www/html/
index.html
[root@localhost ~]# cat /var/www/html/index.html
This is weq web！
4、配置负载调度器（内网关 ens33：192.168.229.90，外网关 ens36：12.0.0.1）
4.1 配置SNAT转发规则
[root@192 ~]# yum -y install iptables iptables-services
[root@192 ~]# systemctl start iptables.service
[root@192 ~]# vim /etc/sysctl.conf
[root@192 ~]# sysctl -p
net.ipv4.ip_forward = 1
[root@192 ~]# iptables -F
[root@192 ~]# iptables -F -t nat
[root@192 ~]# iptables -t nat -A POSTROUTING -s 192.168.229.0/24 -o ens36 -j SNAT --to 12.0.0.1
[root@192 ~]# iptables -nL -t nat
Chain PREROUTING (policy ACCEPT)
target prot opt source destination
Chain INPUT (policy ACCEPT)
target prot opt source destination
Chain OUTPUT (policy ACCEPT)
target prot opt source destination
Chain POSTROUTING (policy ACCEPT)
target prot opt source destination
SNAT all -- 192.168.229.0/24 0.0.0.0/0 to:12.0.0.1
4.2 加载LVS内核模块
[root@192 ~]# modprobe ip_vs
[root@192 ~]# cat /proc/net/ip_vs
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
-> RemoteAddress:Port Forward Weight ActiveConn InActConn4.3 安装ipvsadm 管理工具并启动服务
[root@192 ~]# yum -y install ipvsadm
[root@192 ~]# ipvsadm-save > /etc/sysconfig/ipvsadm
[root@192 ~]# systemctl start ipvsadm.service4.4 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）
[root@192 ~]# ipvsadm -C
[root@192 ~]# ipvsadm -A -t 12.0.0.1:80 -s rr
[root@192 ~]# ipvsadm -a -t 12.0.0.1:80 -r 192.168.229.80:80 -m
[root@192 ~]# ipvsadm -a -t 12.0.0.1:80 -r 192.168.229.70:80 -m
[root@192 ~]# ipvsadm
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
-> RemoteAddress:Port Forward Weight ActiveConn InActConn
TCP 192.168.229.90:http rr
-> 192.168.229.70:http Masq 1 0 0
-> 192.168.229.80:http Masq 1 0 0
[root@192 ~]# ipvsadm -ln
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
-> RemoteAddress:Port Forward Weight ActiveConn InActConn
TCP 12.0.0.1:80 rr
-> 192.168.229.70:80 Masq 1 0 0
-> 192.168.229.80:80 Masq 1 0 0
[root@192 ~]# ipvsadm-save > /etc/sysconfig/ipvsadm5、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）
在一台IP为12.0.0.18的客户机使用浏览器访问 http://12.0.0.1/
总结
客户端访问负载调度器的外网网关，负载调度器将其转发至节点服务器处理，实现了负载均衡