集群------LVS负载均衡集群（NAT模式 LVS负载均衡集群部署图文详解）

一.集群概述

1.集群的含义

Cluster，集群，群集
由多台主机构成，但对外只表现为一个整体，只提供一个访问入口（域名或IP地址），相当于一台大型计算机。

2.集群的分类

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
高性能运算集群

2.1 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压力。例如：“DNS轮询” “反向代理”等。

2.2 高可用集群（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。

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

以提高应用系统的CPU运算速度，拓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”。

二.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公有的VIP地址，也成为群集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，有服务器池承担，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，确保整个集群的统一性。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.负载均衡群集工作模式

负载均衡群集是目前企业用的最多的群集类型

群集的负载调度技术有三种工作模式：
地址转换
IP隧道
直接路由

1.NAT模式 （地址转换）

Network Address Translation，简称NAT模式

原理：首先负载均衡器接收到客户的请求数据包时，根据调度算法决定将请求发送给哪个后端的真实服务器（RS）。然后负载均衡器就把客户端发送的请求数据包的目标IP地址及端口改成后端真实服务器的IP地址（RIP）。真实服务器响应完请求后，查看默认路由，把响应后的数据包发送给负载均衡器，负载均衡器在接收到响应包后，把包的源地址改成虚拟地址（VIP）然后发送回给客户端。

优点：集群中的服务器可以使用任何支持TCP/IP的操作系统，只要负载均衡器有一个合法的IP地址。

缺点：扩展性有限，当服务器节点增长过多时，由于所有的请求和应答都需要经过负载均衡器，因此负载均衡器将成为整个系统的瓶颈。

2.TUN模式 （IP隧道）

IP Tunnel，简称TUN模式

原理：首先负载均衡器接收到客户的请求数据包时，根据调度算法决定将请求发送给哪个后端的真实服务器（RS）。然后负载均衡器就把客户端发送的请求报文封装一层IP隧道（T-IP）转发到真实服务器（RS）。真实服务器响应完请求后，查看默认路由，把响应后的数据包直接发送给客户端，不需要经过负载均衡器。

优点：负载均衡器只负责将请求包分发给后端节点服务器，而RS将应答包直接发给用户。所以，减少了负载均衡器的大量数据流动，负载均衡器不再是系统的瓶颈，也能处理很巨大的请求量。

缺点：隧道模式的RS节点需要合法IP，这种方式需要所有的服务器支持“IP Tunneling”。

3.DR模式

Direct Routing，简称DR模式

原理：首先负载均衡器接收到客户的请求数据包时，根据调度算法决定将请求发送给哪个后端的真实服务器（RS）。然后负载均衡器就把客户端发送的请求数据包的目标MAC地址改成后端真实服务器的MAC地址（R-MAC）。真实服务器响应完请求后，查看默认路由，把响应后的数据包直接发送给客户端，不需要经过负载均衡器。

优点：负载均衡器只负责将请求包分发给后端节点服务器，而RS将应答包直接发给用户。所以，减少了负载均衡器的大量数据流动，负载均衡器不再是系统的瓶颈，也能处理很巨大的请求量。

缺点：需要负载均衡器与真实服务器RS都有一块网卡连接到同一物理网段上，必须在同一个局域网环境。

四.LVS虚拟服务器

1.Linux Virtual Server

●针对Linux内核开发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.orgl/
●LVS实际上相当于基于IP地址的虚拟化应用，为基于IP地址和内容请求分发的负载均衡提出了一种高效的解决方法。

2.LVS的负载调度算法

轮询——rr(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。

加权轮询——wrr(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。

最少连接——lc(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。

加权最少连接——wlc(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工具的使用

ipvsadm 工具选项

选项	作用
-A	添加虚拟服务器
-D	删除整个虚拟服务器
-s	指定负载均衡调度算法
-a	表示添加正式服务器（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

六.NAT模式 LVS负载均衡群集部署

负载调度器：内网关 ens33：192.168.121.11 ， 外网关 ens36：12.0.0.1
Web节点服务器1:192.168.121.33
Web节点服务器2:192.168.121.44
NFS服务器：192.168.121.55
客户端：12.0.0.200

1.部署共享存储（NFS服务器：192.168.121.55）

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
/opt/kgc 192.168.121.0/24(rw,sync)
/opt/benet 192.168.121.0/24(rw,sync)

发布共享
exportfs -rv
showmount -e

2.配置节点服务器（192.168.121.33、192.168.121.44）

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

vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens33
GATEWAY=192.168.121.11

systemctl restart network

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

yum install nfs-utils rpcbind -y
showmount -e 192.168.121.55

systemctl start rpcbind
systemctl enable rpcbind

--192.168.121.33---
mount.nfs 192.168.121.55:/opt/kgc /var/www/html
echo '满堂花醉三千客' > /var/www/html/index.html

--192.168.121.44---
mount.nfs 192.168.121.55:/opt/benet /var/www/html
echo '一剑霜寒十四州' > /var/www/html/index.html

3.配置负载调度器（内网关 ens33：192.168.121.11，外网关 ens36：12.0.0.1）

配置双网卡，内网地址为192.168.121.11 ，外网地址为12.0.0.1

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

3.1 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 192.168.121.0/24 -o ens36 -j SNAT --to-source 12.0.0.1

3.2 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

3.3 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

3.4 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 192.168.121.33:80 -m [-w 1]
ipvsadm -a -t 12.0.0.1:80 -r 192.168.121.44:80 -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

拓展

ipvsadm -d -t 12.0.0.1:80 -r 192.168.121.33:80 -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12.0.0.200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。