LVS负载均衡群集（NAT模式）

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了LVS负载均衡群集（NAT模式）相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

群集

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，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。

二、群集的作用

1.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，单台服务器无法满足负载均衡及高可用的需求。

2.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群集。

通过整合多台服务器，使用LVS来达到服务器高可用和负载均衡，并于同一个IP地址对外提供相同服务。

这就是企业中常用的一种群集技术——LVS（Linux Virtual Server ，Linux虚拟服务器）。

三、群集的分类

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。例如“DNS轮询” “反向代理”等。

2.高可用群集

  • 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。

3.高性能群集

  • 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。例如，“云计算”、“网格计算”等。

这三种类型中，负载均衡群集和高可用群集通常结合使用


四、负载均衡群集架构和工作模式

LVS负载均衡群集（NAT模式）_负载均衡

  • 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(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。

1、负载均衡群集工作模式分析

  • 负载均衡群集是目前企业用得最多的群集类型
  • 群集的负载调度技术有3种工作模式，模式如下
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.TUN模式------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.DR模式------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

五、LVS虚拟服务器

​LVS是Linux Virtual Server的简写，意即Linux虚拟服务器，是一个虚拟的服务器集群系统。本项目在1998年5月由章文嵩博士成立，是中国国内最早出现的自由软件项目之一。

LVS现在已成为Linux内核的一部分，默认编译为ip_vs模块,必要时能够自动调用。在CentOS 7系统中，以下操作可以手动加载ip_vs模块，并查看当前系统中ip_vs模块的版本信息。

#加载ip_va模块
modprobe ip_vs
#确认内核对LVS的支持
cat /proc/net/ip_vs

LVS负载均衡群集（NAT模式）_ipvsadm_02

1、LVS的负载调度算法

  • 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
  • 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
  • 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
  • 加权最少连接(Weighted L east 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。

LVS调度器常见算法(均衡策略）

LVS调度器用的调度方法基本分为两类：

固定调度算法:rr， wrr，dh， sh

rr：轮询算法，将请求依次分配给不同的rs节点，即RS节点中均摊分配。适合于RS所有节点处理性能接近的情况。

wrT：加权轮训调度，依据不同RS的权值分配任务。权值较高的RS将优先获得任务，并且分配到的连接数将比权值低的RS更多。相同权值RS得到相同数目的连接数。

dh：目的地址哈希调度(destination hashing）以目的地址为关键字查找一个静态hash表来获得所需RS。

sh：源地址哈希调度（source hashing）以源地址为关键字查找一个静态hash表来获得需要的RS。

动态调度算法: wlc，lc，lblc

wlc：加权最小连接数调度，假设各台Rs的权值依次为wi，当前tcp连接数依次为Ti，依次去Ti/wi为最小的Rs作为下一个分配的RS

lc：最小连接数调度（least-connection)，IPVS表存储了所有活动的连接。LB会比较将连接请求发送到当前连接最少的RS。

lblc：基于地址的最小连接数调度(locality-based

least-connection)：将来自同一个目的地址的请求分配给同一台RS，此时这台服务器是尚未满负荷的。否则就将这个请求分配给连接数最小的RS，并以它作为下一次分配的首先考虑。

六、ipvsadm工具

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。​

1.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"-l"选项组合使用。ipvsadm -ln

七.LVS-NAT部署

负载调度器:内网关ens33: 192.168.132.54， 外网关ens36: 12.0.0.1

Web节点服务器1: 192. 168.132.52

Web节点服务器2: 192.168.132.53

NFS服务器: 192.168.132.51

客户端: 12.0.0.12

1、部署共享存储

NFS服务器：192.168.132.51

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

yum -y install nfs-utils rpcbind

systemctl start rpcbind.service
systemctl start nfs.service

systemctl enable nfs.service
systemctl enable rpcbind.service

mkdir /opt/qqq
mkdir /opt/www

chmod 777 /opt/qqq
chmod 777 /opt/www

vim /etc/exports
/opt/qqq 192.168.132.0/24(rw,sync)
/opt/www 192.168.132.0/24(rw,sync)

exportfs -rv

LVS负载均衡群集（NAT模式）_ipvsadm_03

LVS负载均衡群集（NAT模式）_负载均衡_04

LVS负载均衡群集（NAT模式）_部署LVS-NAT_05

2、配置节点服务器

Web节点服务器1：192.168.132.52

Web节点服务器2：192.168.132.53

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

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

yum -y install nfs-utils rpcbind

systemctl start rpcbind
systemctl enable rpcbind

showmount -e 192.168.132.51

LVS负载均衡群集（NAT模式）_ipvsadm_06

LVS负载均衡群集（NAT模式）_ipvsadm_07

LVS负载均衡群集（NAT模式）_ipvsadm_08

web1

LVS负载均衡群集（NAT模式）_负载均衡_09

web2

LVS负载均衡群集（NAT模式）_群集_10

NFS服务器

LVS负载均衡群集（NAT模式）_负载均衡_11

3、配置负载调度器

负载调度器：内网关 ens33：192.168.132.54，外网关 ens37：12.0.0.1

1.配置SNAT转发规则
systemctl stop firewalld.service
systemctl disable firewalld.service
setenforce 0
  
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 192.168.132.0/24 -o ens37 -j SNAT --to-source 12.0.0.1

LVS负载均衡群集（NAT模式）_群集_12

LVS负载均衡群集（NAT模式）_ipvsadm_13

LVS负载均衡群集（NAT模式）_ipvsadm_14

2.安装ipvsadm，配置负载分配策略
modprobe ip_vs          #加载 ip_vs模块
cat /proc/net/ip_vs       #查看 ip_vs版本信息
yum -y LVS-NAT模式的负载均衡群集


 LVS负载均衡集群（NAT模式部署）！


 LVS负载均衡集群（NAT模式部署）！


 构建基于地址转换（LVS—NAT）模式的负载均衡群集


 LVS 负载均衡群集—— NAT （地址转换）模式


 LVS负载均衡群集DR模式