LVS简介及LVS-NAT负载均衡群集的搭建
目录
一、LVS群集简介
1.群集的含义和应用场景
2.性能扩展方式
3.群集的分类
负载均衡（LB）
高可用（HA）
高性能运算（HPC）
二、LVS负载均衡群集简介及搭建
1.负载均衡群集架构
2.三种工作模式
3.启用LVS虚拟服务
4.LVS调度算法
（1）固定调度算法
（2）动态调度算法
5.使用ipvsadm管理工具
6.部署实例
（1）配置nfs共享存储器
（2）配置节点服务器
（3）配置负载调度服务器
一、LVS群集简介
1.群集的含义和应用场景
群集是为解决某个特定问题将多台计算机组合起来形成的单个系统，由多台主机构成，但对外只表现为一个整体，相当于一台大型计算机提供服务。
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，单台服务器已经无法满足负载均衡及高可用的要求，所有产生了LVS群集技术提供稳定高效服务。
2.性能扩展方式
- 纵向扩展——对服务器的CPU、内存、硬盘等硬件进行升级或者扩容来实现，但存在性能上限会有瓶颈，成本昂贵，收效比不高等问题。
- 横向扩展——通过增加服务器主机数量来应该高并发的场景。
3.群集的分类
负载均衡（LB）
提高应用系统的响应效率，处理更多的访问请求，减少延迟，提高并发和负载能力。
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。
高可用（HA）
提高应用系统的可靠性，减少服务中断时间，确保服务的连续性。
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（HPC）
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。
二、LVS负载均衡群集简介及搭建
负载均衡群集是目前企业中用的最多的群集类型
1.负载均衡群集架构
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。
2.三种工作模式
NAT（地址转换）
调度器作为所有节点服务器的网关，既作客户端的访问入口，也作节点服务器响应的访问出口，也就意味着调度器将成为整个集群系统的瓶颈。
由于再转发过程中做了地址转发，对于节点服务器的安全性比其它模式较好。
调度器至少要有2个网卡，一个承载VIP用于接收客户端的请求，另一个用于使用私有IP在同一个局域网中与节点服务器相互通信。
DR（直接路由）
调度器只负责接收客户端的请求，并根据调度算法转发给节点服务器；节点服务器在处理完请求后是直接响应返回给客户端，响应的数据包不经过调度器。
性能比NAT模式高。
调度器和节点服务器使用私有IP在同一个局域网中与节点服务器相互通信。
TUN（IP隧道）
架构与DR相类似，但是节点服务器分散在互联网各个位置，都具有独立的公网IP，通过专用IP隧道与调度器相互通信。
3.启用LVS虚拟服务
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。
4.LVS调度算法
（1）固定调度算法
轮询调度（rr）：将请求依次分配给不同的RS节点，即RS节点中均摊分配。适合于RS所有节点处理性能接近的情况。
加权轮询调度（wrr）：依据不同RS的权值分配任务。权值较高的RS将优先获得任务，并且分配到的连接数将比权值低的RS更多。相同权值的RS得到相同数目的连接数。
目的地址哈希调度（dh）：以目的地址为关键字查找一个静态hash表来获得所需RS。
源地址哈希调度（sh）：以源地址为关键字查找一个静态hash表来获得需要的RS。
（2）动态调度算法
最小连接数调度（lc）：IPVS表存储了所有活动的连接。LB会比较将连接请求发送到当前连接最少的RS。
加权最小连接数调度（wlc）：假设各台RS的权值依次为x，当前tcp连接数依次为y，依次去y/x为最小的RS作为下一个分配的RS。
基于地址的最小连接数调度（lblc）：将来自同一个目的地址的请求分配给同一台RS，此时这台服务器是尚未满负荷的。否则就将这个请求分配给连接数最小的RS，并以它作为下次分配的首先考虑。
5.使用ipvsadm管理工具
ipvsadm [选项]
常用选项
| -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（默认关闭连接保持） |
| -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 |
6.部署实例
实验准备
负载调度器：内网关 ens33：192.168.116.1，外网关 ens36：12.0.0.1
Web节点服务器1：192.168.116.10
Web节点服务器2：192.168.116.20
NFS服务器：192.168.116.50
客户端：12.0.0.12
（1）配置nfs共享存储器
#关闭防火墙和selinux
systemctl stop firewalld.service
systemctl disable firewalld.service
setenforce 0
#下载nfs服务
yum install nfs-utils rpcbind -y
systemctl start rpcbind.service
systemctl start nfs.service
systemctl enable nfs.service
systemctl enable rpcbind.service
#创建两个共享目录
cd /opt/
mkdir abc def
chmod 777 abc/ def/
echo 'welcome to abc.com!' > abc/index.html
echo 'welcome to def.com!' > def/index.html
#修改nfs发布策略
vim /etc/exports
/usr/share *(ro,sync)
/opt/abc 192.168.116.0/24(rw,sync)
/opt/def 192.168.116.0/24(rw,sync)
#在线发布
exportfs -rv
（2）配置节点服务器
首先需要节点服务器提供web服务（apache、nginx等都可以）
将网页根目录挂载到共享存储服务器
web服务器1（nginx）
#启动nfs服务并共享
systemctl start rpcbind nfs
mount 192.168.116.50:/opt/abc /usr/local/nginx/html/
web服务器2（apache）
#启动nfs服务并共享
systemctl start rpcbind nfs
mount 192.168.116.50:/opt/def /var/www/html/
（3）配置负载调度服务器
配置网卡
#关闭防火墙和selinux
systemctl stop firewalld.service
systemctl disable firewalld.service
setenforce 0
#添加ip转发功能
echo 'net.ipv4.ip_forward=1' >> /etc/sysctl.conf
sysctl -p
#设置SNAT地址转发
iptables -F
iptables -t nat -F
iptables -t nat -A POSTROUTING -s 192.168.116.0/24 -o ens33 -j SNAT --to-source 12.0.0.1
#下载ipvsdam并加载ip_vs通用模块
yum -y install ipvsadm
modprobe ip_vs
#添加并启动ipvsadm
ipvsadm-save > /etc/sysconfig/ipvsadm
systemctl start ipvsadm.service
systemctl enable ipvsadm.service
#添加lvs策略
ipvsadm -A -t 12.0.0.1:80 -s rr -p 5
ipvsadm -a -t 12.0.0.1:80 -r 192.168.116.10:80 -m -w 1
ipvsadm -a -t 12.0.0.1:80 -r 192.168.116.20:80 -m -w 1
#启用策略
ipvsadm
#保存策略（恢复可使用 ipvsadm-restore < /etc/sysconfig/ipvsadm）
ipvsadm-save > /etc/sysconfig/ipvsadm
使用外网客户端访问测试（等待连接保持失效后刷新，都能访问到则实现负载均衡）
