8.12（LVS负载均衡）

一、LVS
（一）什么是LVS
linux virtural server的简称，也就是linxu虚拟机服务器，这是一个由章文岩博士发起的开源项目，官网是http://www.linuxvirtualserver.org,现在lvs已经是linux内核标准的-部分，使用lvS可以达到的技术目标是:通过linux达到负载均衡技术和linux操作系统实现一个高性能高可用的linux服务器集群，他具有良好的可性，可延展性和可操作性，从而以低廉的成本实现最优的性能，Lvs是一个实现负载均衡集群开源软件项目，lvs从逻辑上可以分为调度层server集群层，和共享存储
免费，开源，四层负载均衡

（二）LVS调度算法
1、静态调度算法（Fixed Scheduling Method）
（1）轮询
RR  轮询**
调度器通过"轮叫"调度算法将外部请求按顺序轮流分配到集群中的真实服务器上，它均等地对待每一台服务器，而不管服务器上实际的连接数和系统负载。

（2）加权轮询
WRR  加权轮询**

调度器通过"加权轮叫"调度算法根据真实服务器的不同处理能力来调度访问请求。 这样可以保证处理能力强的服务器处理更多的访问流量。调度器 可以自动问询真实服务器的负载情况，并动态地调整其权值

（3）目标地址hash
DH 目标地址hash**
算法也是针对目标IP地址的负载均衡，但它是一种静态映射算法，通过一个散列(Hash)函数将一个日标IP地址映射到一台服务器。目标地址散列调度算法先根据请求的目标IP地址，作为散列键(HashKey)从静态分配的散列表找出对应的服务器，若该服务器是可用的且未超载，将请求发送到该服务器，否则返回空。

（4）源地址hash
SH 源地址hash**
算法正好与目标地址散列调度算法相反，它根据请求的源IP地址，作为散列键(HashKey)从静态分配的散列表找出对应的服务器，若该服务器是 可用的且未超载，将请求发送到该服务器，否则返回空。
它采用的散列函数与目标地址散列调度算法的相同。除了将请求的目标IP地址换成请求的源IP地址外，它的算法流程与目标地址散列调度算法的基本相似。在实际应用中，源地址散列调度和目标地址散列调度可以结合使用在防火墙集群中，它们可以保证整个系统的唯一出入口。

2、动态调度算法（Dynamic Scheduling Method）
（1）Lc最少链接

（2）wlc加权最少链接

（3）sed最少期望延迟

（4）nq从不排队调度算法

（5）lblc基于本地的最少链接

（6）lblb基于复制的最少链接

（三）LVS的工作原理

（1）当用户向负载均衡调度器(director server)发起请求，调度器将请求发往内核空间
（2）prerouting链首先会接受到用户请求，判断目标ip确定是本机ip，将数据包发往input链
（3）IPVS是工作在input链上的，当用户请求到达input时，ipvs会将用户请求和自己定义好的集群服务器进行比对，如果用户请求就是定义的集群服务，那么此时ipvs会强行修改数据包里的目标ip地址以及端口，并将新的数据包发往POSTROUTING链，
（4）POSTROUTING链接收到数据包后，发现目标ip地址刚好是自己的后端服务器，那么通过选2。路，将数据包最终发送给后端服务器

（四）组成以及相关术语
1、组成
（1）ipvs
ip virtual server,一段代码工作在内核空间，ipvs，是真正生效实现调度的代码(类似nginx中的proxy_pass)

（2）ipvsadm
另一段是工作在用户空间，ipvsadm，负责为ipvs内核框架编写规则，定义谁是集群服务，谁是后端真正的服务器(real server)类似nginx中的upstrean

（3）lIvs组成=ipvsipv
内核，负载均衡调度代码)+sadm(ipvs管理器，负责均衡提供集群后端服务等信息

2、术语
（1）DS Dlrector Server 前端负责均衡节点(负载均衡服务器)
（2）RS real server 后端真实工作服务器(web服务器)

（3）vip向外部直接面向用户请求，作为用户请求的目标ip地址(负载均衡的ip地址，提供给用户)

（4）DIP Director Server lp 和内部主机通讯的ip地址(负责与Real Server交互的内部Ip)

（5）RIP Real Server lp 后端服务器ip地址
（6）CIP clientIP 访问客户端ip地址

（五）三种工作模式
1、*LVS-NET模式
（1）NET模式的工作原理
（1）用户请求ds，此时请求的报文会先到内核空间prerouting链，此时报文ip为cip，目标ip为vip
（2）prerouting检测发现数据包目标ip是本机，将数据包送到input链
（3）ipvs对比数据包请求的服务是否为集群服务，如果是，修改数据包的目标ip地址为后端服务器的IP地址，然后将数据包发送给POSTROUTING链，此时报文ip为cip，目标ip为rip
（4）POSTROUTING通过选路，将数据发送给RealServer
（5）RealServer对比发现目标ip为自己的ip，开始构建响应报文发回给Director Server此时报文的源ip为RIP，目标ip为CIP
（6）Derector Server在响应客户端前，会将源ip地址修改为自己的VIP，然后响应给客户端，目标ip为cip，此时报文源IP为VIP，目标ip为cip

（2）NAT模型的特性
（1）Rs应该是私有地址，Rs网关必须指向DIP
（2）DIP和RIP必须在同一个网段内
（3）请求和响应报文都应该经过Director Server，高负载场景中Director Server容易成为性能瓶颈
（4）支持端口映射
（5）Rs可是使用任意操作系统
（6）缺陷，对Ds压力会比较大，请求和响应都需要经过ds

（3）NAT模式实战-环境准备
角色    作用    IP
NAT    负载均衡调度器DS    
内网（192.168.1.10）

外网（192.168.1.102）

web-01    真实web服务器Rs    192.168.1.11
web-02    真实web服务器Rs    192.168.1.12
DNS    用来解析各主机的域名和IP地址    192.168.1.13
client    测试    192.168.1.14
        给NAT主机增加一张网卡，命名为ens37，自动或者手工获取ip均可，理论上nat对应ds服务器应该有两张网卡vip，dip)vip对外服务，需要使用公网ip，dip内网局域网，使用虚拟机使用仅主机模式，也可以用桥接模式和nat模式都可以 

        步骤

（1）配置两个网卡和两个ip地址，正常来说应该配置两个不同的网段的ip，一个对外的vip，一个对内的dip，现在主要使用nat的网络模式，可以配置桥接模式对外，Nat对内，（教师机不方便配置桥接模式，所以都是配置的nat模式，但是要分清那个IP是VIP。那个IP是dip，在物理主机上要ping通）
（2）克隆主机，生成net模式的机器
（3）设置主机名称NAT
（4）更改ip地址

web-01：

[root@web-01 ~]# yum -y install epel-release
[root@web-01 ~]# yum -y install nginx

[root@web-01 ~]# nginx

web-02：

[root@web-02 ~]# yum -y install epel-release
[root@web-02 ~]# yum -y install nginx

[root@web-02 ~]# nginx

DNS：

[root@DNS ~]# yum -y install bind

[root@DNS ~]# vim /etc/named.conf

options {
        listen-on port 53 { 127.0.0.1;any; };
        listen-on-v6 port 53 { ::1; };
        directory       "/var/named";
        dump-file       "/var/named/data/cache_dump.db";
        statistics-file "/var/named/data/named_stats.txt";
        memstatistics-file "/var/named/data/named_mem_stats.txt";
        recursing-file  "/var/named/data/named.recursing";
        secroots-file   "/var/named/data/named.secroots";
        allow-query     { localhost;any; }

[root@DNS ~]# vim /etc/named.rfc1912.zones 

:set  number

:12,18 co 42

 44 zone "ganmaole.com" IN {
 45         type master;
 46         file "hamigua.com.zone";
 47         allow-update { none; };
 48 };

[root@DNS ~]# cd /var/named/
[root@DNS named]# cp -p named.localhost ganmaole.com.zone
[root@DNS named]# vim ganmaole.com.zone 
$TTL 1D
@       IN SOA  @ rname.invalid. (
                                        0       ; serial
                                        1D      ; refresh
                                        1H      ; retry
                                        1W      ; expire
                                        3H )    ; minimum
        NS      @
        A       127.0.0.1
        AAAA    ::1
NAT      A       192.168.1.10
DNS      A       192.168.1.13
web-01   A       192.168.1.11
web-02   A       192.168.1.12

检查配置文件

[root@DNS named]# named-checkconf /etc/named.conf
[root@DNS named]# named-checkconf /etc/named.rfc1912.zones
[root@DNS named]# named-checkzone ganmaole.com.zone  ganmaole.com.zone
启动服务
[root@DNS named]# systemctl start named
[root@DNS named]# systemctl enable named    #开机自启

~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~

NAT：

[root@NAT ~]# vim /etc/resolv.conf    #里面内容只留最后一行
[root@NAT ~]# vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens160 

 #最后一行加（DNS1=192.168.1.13）
[root@NAT ~]# systemctl restart network

~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~

时间同步

[root@NAT ~]# yum -y install ntp
[root@NAT ~]# yum -y install ntpdate.x86_64

[root@NAT ~]# crontab -e

[root@NAT ~]# systemctl start ntpd
[root@NAT ~]# systemctl enable ntpd

~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~

client：

[root@client ~]# echo "nameserver 192.168.1.13" > /etc/resolv.conf
[root@client ~]# ping nat.ganmaole.com
PING NAT.ganmaole.com (192.168.1.10) 56(84) bytes of data.
64 bytes from 192.168.1.10 (192.168.1.10): icmp_seq=1 ttl=64 time=0.711 ms
64 bytes from 192.168.1.10 (192.168.1.10): icmp_seq=2 ttl=64 time=0.460 ms

~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~

（4）NAT模式搭建
[root@NAT ~]# yum -y install ipvsadm.x86_64

[root@NAT ~]# ipvsadm -C
[root@NAT ~]# ipvsadm -L -n
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
  -> RemoteAddress:Port           Forward Weight ActiveConn InActConn
[root@NAT ~]# ipvsadm -A -t 192.168.1.102:80 -s rr
[root@NAT ~]# ipvsadm -a -t 192.168.1.10:80 -r 192.168.1.11:80 -m

2、*LVS-DR模式
3、 LVS-Tun模式(隧道模式)
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