LVS负载均衡集群之LVS-NAT集群

目录

一、什么是集群？

1.1、集群（cluster）的含义

1.2、问题

1.3解决方法

二、集群分类

2.1、负载均衡集群(Load Balance Cluster)

2.2、高可用集群(High Availability Cluster)

2.3、高性能运算集群 (High Performance Computer Cluster)

三、负载集群的架构

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)

四、负载均衡工作模式

4.1、地址转换（NAT模式）

4.2、IP隧道（TUN模式）

4.3、直接路由（DR模式）

五、LVS虚拟服务器

5.1什么是LVS

六、LVS负载调度算法

6.1、轮询(Round Robin)

6.2、加权轮询 (Weighted Round Robin)

6.3、最少连接 (Least Connections )

6.4、加权最少连接(Weighted L east Connections )

 6.5、LVS的管理工具是ipvsadm

七、部署LVS-NAT部署实战

7.1、配置网关

7.2、配置共享存储

7.2.1发布共享

7.3、配置节点服务器（后端服务器）

7.4、配置负载调度器LVS

7.4.1添加前

7.4.2 添加后

7.5、测试

 7.5.1、win10服务器的显示结果

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一、什么是集群？

1.1、集群（cluster）的含义

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（域名与IP地址），相当于一台大型计算机。

1.2、问题

互联网应用中，随着站点对硬件性能、相应速度、服务稳定性、数据可靠性，等要求越来越高，单台服务器已经无法满足负载均衡及高可用的要求。那么遇到这种问题就需要解决！

1.3解决方法

①使用价格昂贵的小型机、大型机

②使用普通服务器构建服务集群

 ②的意思就是通过整合多台服务器，使用LVS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。

LVS(Linux Virtual Server 虚拟服务器)：     在企业中常用的一种集群技术。

二、集群分类

根据集群针对目标的差异，可以分为三个类型;

负载均衡集群、高可用集群、高性能运算集群

2.1、负载均衡集群(Load Balance Cluster)

①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

②LB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

2.2、高可用集群(High Availability Cluster)

①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

②HA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。

2.3、高性能运算集群 (High Performance Computer Cluster)

①、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

②、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、负载集群的架构

3.1、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。

四、负载均衡工作模式

4.1、地址转换（NAT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

4.2、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

4.3、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

五、LVS虚拟服务器

5.1什么是LVS

LVS，全称 Linux Virtual Server，即Linux虚拟服务器。是一个虚拟的服务器集群系统，使用负载均衡技术将多台服务器组成一个虚拟的服务器集群。在众多解决高并发问题的方案中，这是一个易于扩展并且价格相对低廉的方案。是在1998年时，由章文嵩博士成立的，是中国最早出现的自由软件项目之一。

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。 modprobe ip_vs cat /proc/net/ip_vs #确认内核对LVS的支持

六、LVS负载调度算法

6.1、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

6.2、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

6.3、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

6.4、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

 6.5、LVS的管理工具是ipvsadm

-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、部署LVS-NAT部署实战

LVS负载调度器：ens160：192.168. 14.101  ens37：10.0.0.1（vmnet3）

Web1 节点服务器1：192.168.14.103

Web2 节点服务器2：192.168.14.104

NFS服务器：192.168.14.102

客户端（win10）：10.0.0.2 (Vmnet3)

7.1、配置网关

① win10虚拟机（客户端）网关设置为10.0.0.1

② web服务器 网关设置为 192.168.14.101（两台web服务器都要配置）

7.2、配置共享存储

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

yum install -y nfs-utils rpcbind

systemctl start nfs.service 
systemctl start rpcbind.service
systemctl enable nfs.service 
systemctl enable rpcbind.service

mkdir /opt/zkr /opt/benet
chmod 777 /opt/zkr /opt/benet

vim /etc/exports
/usr/share *(ro,sync)
/opt/zkr 192.168.14.0/24(rw,sync)
/opt/benet 192.168.14.0/24(rw,sync)

7.2.1发布共享

exportfs -rv
showmount -e

7.3、配置节点服务器（后端服务器）

192.168.14.103、192.168.10.104

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

#修改网卡网关为LVS服务器

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

yum install -y nfs-utils rpcbind

systemctl start rpcbind.service
systemctl enable rpcbind.service

showmount -e 192.168.14.102


#web1：192.168.14.103
mount.nfs 192.168.14.102:/opt/zkr /var/www/html/

echo 'this is zkr' > /var/www/html/index.html

vim /etc/fstab 
192.168.14.102:/opt/zkr /var/www/html nfs defaults,_netdev 0 0
mount -a


#web2：192.168.14.104
mount.nfs 192.168.14.102:/opt/benet /var/www/html/

echo 'this is benet' > /var/www/html/index.html

vim /etc/fstab 
192.168.14.102:/opt/benet /var/www/html nfs defaults,_netdev 0 0

mount -a

7.4、配置负载调度器LVS

（ens33：192.168.14.101 ens37：10.0.0.1）

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

sysctl -p
或者：echo '1' > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward

iptables -t nat -F
iptables -F
iptables -t nat -nL


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  


iptables -t nat -A POSTROUTING -s 192.168.14.0/24 -o ens37 -j SNAT --to-source 10.0.0.1

-------（2）、加载LVS内核模块-------------
modprobe ip_vs   #手动加载ip_vs模块
cat /proc/net/ip_vs    #查看ip_vs版本信息

-------（3）、安装ipvsadm管理工具-------------
yum install -y ipvsadm

#注意：启动服务前必须保存负载分配策略，否则将会报错
ipvsadm-save > /etc/sysconfig/ipvsadm
或者
ipvsadm --save > /etc/sysconfig/ipvsadm
或者
touch /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 10.0.0.1:80 -s rr
ipvsadm -a -t 10.0.0.1:80 -r 192.168.14.103:80 -m -w 1
ipvsadm -a -t 10.0.0.1:80 -r 192.168.14.102:80 -m -w 1

ipvsadm     #启动策略

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

7.4.1添加前

是空的的，什么也没有 

7.4.2 添加后

7.5、测试

在win10上使用浏览器访问10.0.0.1，刷新浏览器测试负载均衡 PS:刷新间隔时间需要稍长一点

 7.5.1、win10服务器的显示结果