LVS负载均衡群集

一、企业群集应用概述

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

2.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、群集分为三种类型

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压力。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，双工及所有节点同时在线；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”“双击热备”等

3.高性能运算群集

• 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”“并行运算”，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”“网络计算”等

三、负载均衡群集架构

负载均衡的结构

1.负载调度器（Load Balancer）

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

2.服务器池（Servel 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（真是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，等待错误排除以后在重新纳入服务池。

3.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。

4.图例：

四、负载均衡群集工作模式分析

群集的负载调度技术有三种工作模式

1.地址转换（net模式）

• Network Address Translation, 简称NAT模式
• 类似于防火墙的私有网络结构，负载均衡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

图例

2.IP隧道（TUN模式）

• 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，而不载经过负载调度器
• 服务器节点分散载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

图例

3.直接路由（DR模式）

• 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

图例

五、关于LVS虚拟服务器

1.Linux Virtual Server

• 针对Linux内核开发的负载均衡解决方案

• 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现在已称为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Centos7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

  • modprobe ip_vs
    cat /proc/net/ip_vs
    

2.LVS的负载调度算法

六、总结

1.集群 群集 cluster

特点：由多台主机构成，都同样干一件事，对外是展现为一个整体

集群的类型

1.1负载均衡群集 LB

提高系统响应效率，处理更多的访问请求，减少延迟，实现高并发、高负载的能力

应用代表：

软件类：LVS 、Nginx 、HAproxy 硬件类：F5 、绿盟

1.2高可用群集 HA

提高系统的可靠性，减少中断时间，确保服务的连续性

应用代表：

keepalived、heartbeat

1.3高性能运算群集 HPC

通过云计算或分布式计算获取高性能的CPU和内存等资源

2.LVS三种工作模式

2.1NAT：地址转换

调度器会作为所有节点服务器的默认网关，也作为所有客户机的访问入口和节点服务器返回响应消息的出口，也就是说调度器会承载双向数据的负载压力，可能会成为整个集群的性能瓶颈。

由于节点服务器都处于内网环境，使用内网IP地址，所以安全性尚可。

2.2TUN： IP隧道 IP Tunnel

调度器仅作为客户端的访问入口，节点服务器是响应消息直接返回客户端，不经过调度器。

由于节点服务器需要部署在不同位置的公网环境中，需要具有独立公网IP，调度器与节点服务器是通过专用的IP隧道实现相互通信的，因此IP隧道模式成本较高，安全性较低，且IP隧道需要更多的封装和解封装过程，性能也会受到一定的影响。

2.3DR ：直接路由 Direct Routing

器。

由于节点服务器需要部署在不同位置的公网环境中，需要具有独立公网IP，调度器与节点服务器是通过专用的IP隧道实现相互通信的，因此IP隧道模式成本较高，安全性较低，且IP隧道需要更多的封装和解封装过程，性能也会受到一定的影响。