LVS集群 NAT模式

LVS概念

在企业中常用的一种集群技术——LVS（Linux Virtual Server，Linux虚拟服务器）
1、群集的含义：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。
2、问题：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性的要求。
3、解决方法：
①使用价格昂贵的小型机、大型机
②使用多台相对廉价的普通服务器构建服务集群
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，并且同一个IP地址对外提供相同的服务。

企业群集分类

1、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（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

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（直实TP）。 只久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。

三种负载调度工作模式

• NAT模式：地址转换（Network Address Translation）
  • 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
• TUN模式：IP隧道（IP Tunnel）烧钱
  • 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
• DR模式：直接路由（Direct Routing）
  • 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的负载调度算法

• 轮询
  • 将收到的访问请求按顺序轮流分配给群集中的每个节点（真实服务器）
• 加权轮询
  • 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分到更多的请求
• 最小连接
  • 根据真实服务器已建立的连接数进行分配，将收到的请求优先分配给连接数少的的节点
• 加权最小连接
  • 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但更大比例的活动连接负载

LVS群集创建与管理

步骤：
1、创建虚拟服务器
2、添加、删除服务器节点
3、查看群集及节点情况
4、保存负载分配策略

ipvsadm管理工具

• ipvsadm工具选项说明
  • -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"-1"选项组合使用。ipvsadm -ln

LVS实验

实验环境：
LVS调度器：ens33：192.168.177.100 ens37：12.0.0.100
WEB节点服务器：192.168.177.110
WEB节点服务器：192.168.177.111
WIN10客户端：12.0.0.10

步骤：
第一步：LVS调度器配置2张网卡

[root@ipvsadm ~]# ifconfig 
ens33: flags=4163,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST>  mtu 1500
		//作为后台真实服务器的网关
        inet 192.168.177.100  netmask 255.255.255.0  broadcast 192.168.177.255
        inet6 fe80::20c:29ff:fe53:a623  prefixlen 64  scopeid 0x20
        ether 00:0c:29:53:a6:23  txqueuelen 1000  (Ethernet)
        RX packets 18815  bytes 20391906 (19.4 MiB)
        RX errors 0  dropped 0  overruns 0  frame 0
        TX packets 9150  bytes 809830 (790.8 KiB)
        TX errors 0  dropped 0 overruns 0  carrier 0  collisions 0

ens37: flags=4163,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST>  mtu 1500
		//暴露给客户端访问的IP
        inet 12.0.0.100  netmask 255.0.0.0  broadcast 12.255.255.255 
        inet6 fe80::20c:29ff:fe53:a62d  prefixlen 64  scopeid 0x20
        ether 00:0c:29:53:a6:2d  txqueuelen 1000  (Ethernet)
        RX packets 1319  bytes 125133 (122.2 KiB)
        RX errors 0  dropped 0  overruns 0  frame 0
        TX packets 193  bytes 24795 (24.2 KiB)
        TX errors 0  dropped 0 overruns 0  carrier 0  collisions 0

第二步：LVS调度器和两台WEB节点服务器安装ntp，并且同步时钟

yum -y install ntp
nptdate npt.aliyun.com

第三步：LVS调度器开启路由转发，并且设置防火墙规则

vim /etc/sysctl.conf
net.ipv4.ip_forward=1
:wq //保存退出
sysctl -p //立即生效

//让内网192.168.177.0/24端的数据从ens37网卡出去的时候转换成12.0.0.100的IP地址
iptables -t nat -A POSTROUTING -s 192.168.177.0/24 -o ens37 -j SNAT--to-source 12.0.0.100

第四步：WEB节点服务器yum安装httpd服务并添加index首页

yum install -y httpd
vim /var/www/html/index.html
this is AAA page //192.168.177.110节点
this is BBB page //192.168.177.111节点

第五步：修改WEB节点服务器的网关为192.168.177.100（LVS调度器ens33网卡的IP）

vim /etc/sysconf/network-scripts/ifcfg-ens33
......省略部分内容
GATEWAY=192.168.177.100
......省略部分内容

第五步：下载ipvsadm工具，并做相关的配置

yum -y install ipvsadm
modprobe ip_vs //手动加载ip_vs模块
cat /porc/net/ip_vs //查看ip_vs版本
ipvsadm-save /etc/sysconfig/ipvsadm //启动前先保存负载分配策略，否则会报错
systemctl start ipvsadm.service //启动ipvsadm
vim nat.sh
ipvsadm -C
ipvsadm -A -t 12.0.0.100:80 -s rr
ipvsadm -a -t 12.0.0.100:80 -r 192.168.177.110:80 -m -w 1
ipvsadm -a -t 12.0.0.100:80 -r 192.168.177.111:80 -m -w 1
ipvsadm

chmod +x nat.sh //添加可执行权限
sh +x nat.sh  //启动脚本
watch -n 1 ipvsadm //监控ipvsadm信息