LVS集群

目录

前言

一、概述

二、LVS结构

三、工作模式

四、LVS负载均衡算法

五、命令解析

六、NET案列

七、dr模式

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前言

LVS（Linux Virtual Server）集群是一种基于Linux操作系统的高可用性和负载均衡解决方案。它通过将网络流量分发到多个后端服务器上，实现了对网络服务的负载均衡，并提高了系统的可用性和性能。

LVS集群主要由以下几个组件组成：

1. 负载均衡器（Load Balancer）：负载均衡器是集群的前端设备，它接收来自客户端的请求，并将请求按照一定的负载均衡算法转发到后端的真实服务器上。负载均衡器可以是硬件设备（如硬件负载均衡器）或软件设备（如LVS软件负载均衡器）。

2. 真实服务器（Real Server）：真实服务器是承载实际服务的服务器。在LVS集群中，通常有多个真实服务器用于提供相同的服务，并共享负载。这些服务器可以是物理服务器或虚拟服务器。

3. 后端服务（Backend Service）：后端服务是真实服务器提供的具体服务，可以是Web服务器、数据库服务器、应用服务器等。

4. 负载均衡算法（Load Balancing Algorithms）：负载均衡器使用不同的算法来决定将请求转发到哪个真实服务器上。常见的负载均衡算法有轮询（Round Robin）、加权轮询（Weighted Round Robin）、最少连接（Least Connection）等。

LVS集群的工作原理是通过网络地址转换（NAT）或直接路由（Direct Routing）技术来将请求转发到真实服务器上。负载均衡器收到客户端请求后，根据负载均衡算法选择一个真实服务器，并将请求转发给它。真实服务器处理请求并将响应返回给客户端，完成整个过程。

LVS集群能够提供高可用性和性能扩展的好处。如果某个真实服务器出现故障或负载过高，负载均衡器可以自动将流量转发到其他健康的服务器上，保证服务的可用性。同时，通过共享负载，LVS集群能够将客户端请求均匀地分配到多个服务器上，提高整个系统的性能和吞吐量。

总而言之，LVS集群是一种高可用性和负载均衡方案，通过将网络流量分发到多个后端服务器上，提高了系统的可用性和性能。

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一、概述

集群概述：
    1、负载均衡技术类型
        四层负载均衡器 也称为 4 层交换机，主要通过分析 IP 层及 TCP/UDP 层的流量实现基于 IP 加端口的负载均衡，如常见的 LVS、F5 等；
        七层负载均衡器 也称为 7 层交换机，位于 OSI 的最高层，即应用层，此负载均衡器支持多种协议，如HTTP、FTP、SMTP 等。7 层负载均衡器可根据报文内容，配合一定的负载均衡算法来选择后端服务器，即“内容交换器”。如常见的 HAProxy、Nginx。
    2、 负载均衡实现方式
        硬件负载均衡产品：F5 、深信服 、Radware
        软件负载均衡产品： LVS（Linux Virtual Server）、 Haproxy、Nginx、Ats（apache traffic server）

二、LVS结构

LVS结构
    三层结构
        负载调度器
        服务器池
        共享存储
    架构对象
        VS：Virtual Server，也称为 Director，负载均衡服务器
        RS：Real Server，真正的服务器，集群中各节点
        VIP：Director 向外部提供服务的 IP
        DIP：Director 向内部与 RS 通信的 IP
        RIP：真实服务器的 IP
        CIP：客户端的 IP

三、工作模式

LVS工作模式
    LVS-NAT（NAT模式）
    LVS-DR（直接路由模式）（应用最广泛）
    LVS-TUN（IP隧道(Tunnel)模式，不常用）
    FULL-NAT模式（双向转换模式，不常用）

四、LVS负载均衡算法

LVS负载均衡算法
    静态负载均衡
            rr（round robin，轮询 ）
            wrr（weight round robin，加权轮询）
            sh（source hashing，源地址散列算法（HASH））
            dh（destination hashing，目标地址 HASH）
    动态负载均衡
        lc（leash-connection，最少连接 ）
            简单算法：active * 256 + inactive (谁的小选谁)
        wlc（加权最少连接）
            简单算法：（active * 256 + inactive) / weight（谁的小选谁）
        sed（最少期望延迟）
            简单算法：（active + 1) * 256 / weight （谁的小选谁）
        nq（never queue，永不排队）
        LBLC（基于局部性的最少连接 ）
        LBLCR（基于局部性的带复制功能的最少连接）

五、命令解析

ipvsadm命令详解
    -A
        添加虚拟服务节点
    -D
        删除虚拟服务节点
    -L
        查看虚拟服务节点列表
    -a
        添加真实服务节点
    -d
        删除真实服务节点
    -l
        查看真实服务节点列表
    -t
        指定虚拟服务器IP地址
    -s
        指定调度算法
    -r
        指定真实服务器节点IP地址
    -w
        指定权重值
    -g
        直接路由模式（默认）
    -i
        隧道模式（不常用）
    -m
        NAT模式

六、NET案列

LVS（Linux Virtual Server）的net模式是LVS集群中的一种负载均衡模式，它通过网络地址转换（NAT）技术将网络流量转发给真实服务器，实现负载均衡和高可用性。

在net模式下，负载均衡器和真实服务器位于不同的子网中，各自拥有独立的IP地址。具体工作方式如下：

1. 配置负载均衡器：负载均衡器需要配置两个网络接口，一个用于管理和负载均衡器的IP地址（VIP，Virtual IP），另一个用于处理转发数据包的网络接口。

2. 配置真实服务器：真实服务器位于独立的子网中，需要配置一个与该子网相匹配的IP地址。

3. 转发数据包：当负载均衡器收到用户请求时，它会根据负载均衡算法选择一个真实服务器，并将请求数据包的目的地IP地址修改为该真实服务器的IP地址。然后，负载均衡器将数据包转发给真实服务器。

4. 真实服务器响应：当真实服务器接收到请求后，它会根据请求进行处理，并将响应数据包发送回负载均衡器。负载均衡器接收到响应后，将其源IP地址修改为VIP，再将响应转发回客户端。

net模式的优势包括：

- 独立子网：负载均衡器和真实服务器可以位于不同的子网中，提高了网络的灵活性和可扩展性。

- IP地址隐藏：真实服务器的IP地址对外部客户端来说是隐藏的，提高了网络的安全性。

- 负载均衡和高可用性：负载均衡器可以根据负载均衡算法选择最适合的真实服务器，实现负载均衡和高可用性。

需要注意的是，net模式要求负载均衡器和真实服务器位于不同的子网中，且负载均衡器需要正确配置网络地址转换规则（NAT）以实现请求和响应的转发。此外，负载均衡器需要具备足够的处理能力来处理大量的请求和响应。

总结来说，LVS的net模式通过网络地址转换（NAT）技术将网络流量转发给真实服务器，实现负载均衡和高可用性。它具有独立子网、IP地址隐藏和负载均衡高可用性等优势。

1、net模式

实验拓扑：按照如下要求配置，确保主机能访问外网并互相之间可以通信，最后用客户机访问网页时可以实现负载均衡

1、在192.168.115.131、192.168.115.134的主机上安装nginx，并书写简单的测试内容

####先安装epel源
yum -y install epel-release.noarch
####安装nginx
yum -y install nginx
####在192.168.115.131上书写页面，并启动nginx
echo nginx1 > /usr/share/nginx/html/index.html
systemctl start nginx
####在192.168.115.131上书写页面，并启动nginx
echo nginx1 > /usr/share/nginx/html/index.html
systemctl start nginx
###回到192.168.115.128的主机上对以上的操作验证
curl 192.168.115.131:80
curl 192.168.115.134:80

2、在192.168.115.128的主机上安装ipvsadm并进行配置

###安装ipvsadm
yum -y install ipvsadm
###开启路由转发功能
vim /etc/sysctl.conf
插入 net.ipv4.ip_forward = 1
使之生效 sysctl -p

 添加网卡并配置，用来外部进行访问

配置网卡

cp /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens33 /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens37

vim cp /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens37

 重启网络systemctl restart network 并用宿主机测试同联

3、做完这些我们开始在192.168.115.128上配置负载调度器

3.1、加载模块

##加载ip_vs模块
modprobe ip_vs
##查看模块
lsmod |grep ip_vs

3.2、启动ipvsadm服务
    systemctl start ipvsadm，启动失败因为缺少文件，我们创建一个 touch /etc/sysconfig/ipvsadm再次启动就OK了

 3.3、配置负载均衡策略

##添加虚拟服务器节点192.168.100.100:80是用来与外部通信的，并指定调度算法为轮询
ipvsadm -A -t 192.168.100.100:80 -s rr
##指定真实服务器ip并指定为net模式
ipvsadm -a -t 192.168.100.100:80 -r 192.168.115.131:80 -m
ipvsadm -a -t 192.168.100.100:80 -r 192.168.115.134:80 -m
##查看策略
ipvsadm -Ln

保存策略 ipvsadm -save > /etc/sysconfig/ipvsadm

 4、测试首先查看4台主机的网关，此时192.168.115.128作为路由服务功能了，接下来把两台web服务器的route改为192.168.115.128，否则是访问不到的

route add -net 0/0 gw 192.168.115.128

 访问使用ctrl+F5深度刷新，就可以交替看到内容

抓包

 

 

 七、dr模式

LVS（Linux Virtual Server）的DR（Direct Routing）模式是LVS集群中的一种负载均衡模式，它通过直接路由技术将网络流量转发给真实服务器，实现负载均衡和高可用性。

在DR模式下，负载均衡器和真实服务器在同一子网中，共享同一个IP地址。具体工作方式如下：

1. 配置负载均衡器：负载均衡器需要配置两个网络接口，一个用于管理和负载均衡器的IP地址（VIP，Virtual IP），另一个用于处理转发数据包的网络接口。

2. 配置真实服务器：真实服务器需要配置一个与负载均衡器同一子网的IP地址，并将其设为默认网关。

3. 转发数据包：当负载均衡器收到用户请求时，它会根据负载均衡算法选择一个真实服务器，并将请求目的地的MAC地址修改为该真实服务器的MAC地址。然后，负载均衡器将数据包转发到真实服务器的子网上。

4. 真实服务器响应：当真实服务器接收到请求后，它会根据请求的目标IP地址进行处理。由于真实服务器与负载均衡器在同一子网中，它可以直接将响应数据包发送回客户端，跳过负载均衡器。

DR模式的优势包括：

- 低延迟：由于真实服务器直接响应客户端请求，跳过了负载均衡器，可降低延迟。

- 高吞吐量：负载均衡器只需处理请求的转发，而不需要处理响应，可提高整个系统的吞吐量。

- 真实服务器可扩展性：由于真实服务器不需要处理转发的数据包，它可以处理更多的客户端请求。

- 真实服务器的原始IP地址：DR模式下，真实服务器使用自己的原始IP地址与客户端通信，更容易进行网络通信和故障排查。

需要注意的是，DR模式要求负载均衡器和真实服务器在同一子网中，并且真实服务器需要配置额外的网络接口和设置默认网关。此外，负载均衡器需要正确地设置转发规则和负载均衡算法，以确保请求正确地转发给真实服务器。

总结来说，LVS的DR模式通过直接路由技术将网络流量转发给真实服务器，实现负载均衡和高可用性。它具有低延迟、高吞吐量和真实服务器可扩展性等优势。

1、基于上个实验的基础我们继续实验再此之前我们移除ens37的网卡，重置策略，取消路由功能

###在192.168.115.128上删除策略
ipvsadm -C

 vim /etc/sysctl.conf
##删除 net.ipv4.ip_forwd = 1

 2、删除2台web服务器的网关

 3、负载调度器配置

#调整ARP参数
vim /etc/sysctl.conf
#插入
net.ipv4.conf.all.send_redirects = 0 
net.ipv4.conf.default.send_redirects=0
net.ipv4.conf.ens33.send_redirects = 0
#使它生效	
sysctl -p

配置虚拟IP地址
	cd /etc/sysconfig/network-scripts/
	cp ifcfg-ens33 ifcfg-ens33:0

 4、同理配置2台web服务器的APR参数，这么做的目的是把ip禁锢在本地，不让别人知道，这样LVS集群对客户端来说就只有一个ip了

##调整ARP参数
vim /etc/sysctl.conf
##插入
net.ipv4.conf.all.arp_ignore=1 
net.ipv4.conf.all.arp_announce=2 
net.ipv4.conf.default.arp_ignore=1 
net.ipv4.conf.default.arp_announce = 2 
net.ipv4.conf.lo.arp_ignore = 1 
net.ipv4.conf.lo.arp_announce=2
##是之生效	
sysctl -p

 配置虚拟ip

配置虚拟IP地址
	cd /etc/sysconfig/network-scripts/
	cp ifcfg-lo ifcfg-lo:0
	vim ifcfg-lo:0
改为
DEVICE=lo:0
IPADDR=192.168.115.200
NETMASK=255.255.255.255
ONBOOT=yes
NAME=loopback:0

重启负载调度器的网络主要看这里

重启两台web服务器的网络主要看这里

5、在负载调度器上配置

配置负载分配策略
[root@localhost network-scripts]# ipvsadm -A -t 192.168.115.200:80 -s rr
[root@localhost network-scripts]# ipvsadm -a -t 192.168.115.200:80 -r 192.168.115.131:80 -g
[root@localhost network-scripts]# ipvsadm -a -t 192.168.115.200:80 -r 192.168.115.134:80 -g

 6、为web服务器添加回环路由

##添加回环路由
route add -host 192.168.115.200/32 dev lo:0

 7、访问

 8、在宿主机上抓包发现对于宿主机来说访问的始终是192.168.115.200这个地址，所以用户就会认为是192.168.115.200这个服务器在提供服务，实际上啊是两台web服务器在发送内容

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总结

  在进行本次实验时要了解LVS并理解NET、DR的工作原理，这可以有效的便于实验。在配置net模式时较为简单，值得注意的是dr模式：配置时要按照顺序往下走，注意网关，注意APR的参数，注意如何配置策略，用的是哪个ip以及配置策略的命名、保存策略。