LVS负载均衡群集--NAT模式实战部署详解（理论加实战）

LVS负载均衡群集的实战部署详解（理论加实战）

一、企业群集应用概述

（一）、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

（二）、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，单台服务器力不从心

（三）、解决方法

使用价格昂贵的小型机、大型机
使用普通服务器构建服务群集

二、企业群集分类

（一）、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
高可用群集
高性能运算群集

（二）、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

（三）、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

（四）、高性能运算群集（High Performance Computer Cluster）

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

三、负载均衡群集架构

（一）、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）

（二）、负载均衡群集是目前企业用得最多的群集类型

（三）、群集的负载调度技术有三种工作模式

地址转换（NAT模式）
IP隧道 （TUN模式）
直接路由 （DR模式）

1、NAT模式

地址转换：

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

2、IP隧道

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

3、直接路由

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

四、关于LVS虚拟服务器

（一）、Linux Virtual Server

针对Linux内核的负载均衡解决方案
1998年5月，由我国的章文嵩博士创建
官方网站：http://www.linuxvirtualserver.org/

确认内核对LVS的支持：

modprobe ip_vs					#加载 ip_vs模块
cat /proc/net/ip_vs				#查看 ip_vs版本信息

（二）、LVS的负载调度算法

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

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

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

4、加权最少连接（Weighted Least 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

五、ipvsadm工具

（一）、 ipvsadm工具介绍

从2.4版本开始，linux内核默认支持LVS。要使用LVS的能力，只需安装一个LVS的管理工具：ipvsadm。

LVS的结构主要分为两部分：

• 工作在内核空间的IPVS模块。LVS的能力实际上都是由IVPS模块实现。
• 工作在用户空间的ipvsadm管理工具。其作用是向用户提供一个命令接口，用于将配置的虚拟服务、真实服务等传给IPVS模块。

（二）、 ipvsadm工具安装

ipvsadm工具支持yum安装

yum -y install ipvsadm

也可以编译源码安装,下载地址：

http://www.linuxvirtualserver.org/software/ipvs.html

（三）、 ipvsadm工具使用

ipvsadm工具常用的参数选项有：

-A：添加虚拟服务器
-D：删除整个虚拟服务器

-E ：编辑虚拟服务

-C：清除所有的虚拟服务规则

-R：恢复虚拟服务规则

-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：删除某一个节点服务器

-e：编辑某个真实服务器

-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

示例：

1. 管理虚拟服务

- 添加一个虚拟服务192.168.1.100:80，使用轮询算法

　　ipvsadm -A -t 192.168.1.100:80 -s rr

- 修改虚拟服务的算法为加权轮询

　　ipvsadm -E -t 192.168.1.100:80 -s wrr

- 删除虚拟服务

　　ipvsadm -D -t 192.168.1.100:80

2. 管理真实服务

- 添加一个真实服务器192.168.1.123，使用DR模式，权重2

　　ipvsadm -a -t 192.168.1.100:80 -r 192.168.1.123 -g -w 2

修改真实服务器的权重

　　ipvsadm -a -t 192.168.1.100:80 -r 192.168.1.123 -g -w 5

- 删除真实服务器

　　ipvsadm -d -t 192.168.1.100:80 -r 192.168.1.123

3. 查看统计

- 查看当前配置的虚拟服务和各个RS的权重

　　ipvsadm -Ln

- 查看当前ipvs模块中记录的连接（可用于观察转发情况）

　　ipvsadm -lnc

- 查看ipvs模块的转发情况统计

　　ipvsadm -Ln --stats | --rate

六、NAT模式 LVS负载均衡群集部署 模拟实战

1、实验环境

五台linux虚拟机

负载调度器：内网关 ens33：192.168.126.10，外网关 ens36：12.0.0.1
Web节点服务器1：192.168.126.20
Web节点服务器2：192.168.126.30
NFS服务器：192.168.80.40
客户端：192.168.80.50

2、实验步骤

1.部署共享存储（NFS服务器：192.168.126.40）

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

yum install nfs-utils rpcbind -y
systemctl start nfs.service
systemctl start rpcbind.service
systemctl enable nfs.service
systemctl enable rpcbind.service

mkdir /opt/kgc /opt/benet
chmod 777 /opt/kgc /opt/benet

vim /etc/exports
/usr/share *(ro,sync)
/opt/kgc 192.168.80.0/24(rw,sync)
/opt/benet 192.168.80.0/24(rw,sync)

--发布共享---
exportfs -rv

2.配置节点服务器（192.168.126.20、192.168.126.30）

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

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

yum install nfs-utils rpcbind -y
showmount -e 192.168.80.13

systemctl start rpcbind
systemctl enable rpcbind

–192.168.126.20—

mount.nfs 192.168.126.40:/opt/kgc /var/www/html
echo 'this is kgc web!' > /var/www/html/index.html

vim /etc/fstab
192.168.126.40:/opt/kgc		/myshare	nfs defaults,_netdev	0  0 #永久挂载

–192.168.126.30—

mount.nfs 192.168.126.40:/opt/benet /var/www/html
echo 'this is benet web!' > /var/www/html/index.html

vim /etc/fstab
192.168.126.40/opt/benet		/myshare	nfs defaults,_netdev	0  0 #永久挂载

3.配置负载调度器（内网关 ens33：192.168.126.10，外网关 ens36：12.0.0.1）

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

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

iptables -t nat -F
iptables -F
iptables -t nat -A POSTROUTING -s 192.168.126.0/24 -o ens37 -j SNAT --to-source 12.0.0.1

（2）加载LVS内核模块

modprobe ip_vs					#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 -y install ipvsadm

--启动服务前须保存负载分配策略---
ipvsadm-save > /etc/sysconfig/ipvsadm
或者 ipvsadm --save > /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 12.0.0.1:80 -s rr
ipvsadm -a -t 12.0.0.1:80 -r 192.168.126.20:80 -m [-w 1]
ipvsadm -a -t 12.0.0.1:80 -r 192.168.126.30:80 -m [-w 1]
ipvsadm						#启用策略

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

---

ipvsadm -d -t 12.0.0.1:80 -r 192.168.126.20:80 -m [-w 1]		#删除群集中某一节点服务器
ipvsadm -D -t 12.0.0.1:80									#删除整个虚拟服务器
systemctl stop ipvsadm										#停止服务（清除策略）
systemctl start ipvsadm										#启动服务（重建规则）、
ipvsadm-restore < /etc/sysconfig/ipvsadm					#恢复LVS 策略

4.测试效果

在一台IP为12.0.0.12的客户机使用浏览器访问 http://12.0.0.1/ ，不断刷新浏览器测试负载均衡效果，刷新间隔需长点。