LVS负载均衡群集（NAT模式）

Posted 2022-01-19 封玖FJ

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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。

企业群集应用

群集的含义

1.Cluster，群集，集群
2.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

问题出现

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，单台服务器已经无法满足负载均衡及高可用的要求

解决办法

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来达到服务器的高可用和负载均衡，并以同一个ip地址对外提供相同的服务。在企业中常用的一种群集技术——LVS（linux virtual server，linux虚拟服务器）

群集的分类

1.负载均衡群集
2.高可用群集
3.高性能运算群集

负载均衡群集

1.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
2.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

高可用群集

1.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
2.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，但在出现故障时从节点自动切换为主节点。例如“故障切换”“双机热备”等

高性能运算群集

1.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。
2.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

负载均衡群集架构

1.第一层，负载调度器：对外，由调度器服务器提供一个VIP（群集ip地址）作为访问整个群集的唯一入口，对内，按照分流算法分发流量/请求给服务器池。通常会配置主备两台调度器实现热备份，确保高可用性

2.第二层，节点服务器池：能允许所有服务器的资源通过，每个节点都具有独立的RIP地址（真实ip），处理调度器分发过来的客户机请求

3.第三层，共享存储：共享存储为服务器提供存储空间，可以使用NAS设备或者提供NFS共享服务的专用服务器

负载均衡群集工作模式分析

1.地址转换（NAT模式）
2.IP隧道（TUN模式）
3.直接路由（DR模式）

1. NAT模式——地址转换

1.Network Address Translation，简称NAT模式
2.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，<u>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，在高并发场景中负载压力高，会成为整个负载均衡的瓶颈。</u>
3.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

1.IP Tunnel，简称TUN模式
2.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
3.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，数据转发受IP隧道影响

3. DR模式——直接路由

1.Direct Routing，简称DR模式
2.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
3.负载调度器与各节点服务器通过本地网络连接（路由器+交换机），不需要建立专用的IP隧道，数据不受额外影响

LVS虚拟服务器

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.org/
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
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 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

ipvsadm工具

调用ip_vs模块

LVS默认编译为ip_vs模块，必要时能够自动调用。在centos7中，可以手动添加ip_vs模块，并查看模块版本信息

modprobe ip_vs
cat /proc/net/ip_vs

ip_vs用法

选项	功能
-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

LVS-NAT部署

LVS调度器作为Web 服务器池的网关，LVS具有两块网卡，分别连接内外网，使用轮询（rr）调度算法
负载均衡器： 7.2 （内网：192.168.163.10、外网：12.0.0.1） ipvsadm
NFS服务器： 7.3 （ 192.168.163.11） rpcbind、nfs-utils
Web节点服务器1： 7.4 （192.168.163.12） rpcbind、nfs-utils、httpd
Web节点服务器2： 7.5 （192.168.163.13） rpcbind、nfs-utils、httpd
客户端： Windows10 （12.0.0.12）

1、部署共享存储（NFS服务器：192.168.163.11）

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/test1
mkdir /opt/test2

chmod 777 /opt/test1
chmod 777 /opt/test2

vim /etc/exports
/usr/share *(ro,sync)
/opt/test1 192.168.163.0/24(rw,sync)
/opt/test2 192.168.163.0/24(rw,sync)

exportfs -rv

2、配置节点服务器（192.168.163.12、192.168.163.13）两个步骤一样

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
showmount -e 192.168.184.20

systemctl start rpcbind
systemctl enable rpcbind

Web-1（192.168.163.12）
mount.nfs 192.168.163.11:/opt/test1 /var/www/html
echo this is test1 web! > /var/www/html/index.html

Web-2（192.168.163.13）
mount.nfs 192.168.163.11:/opt/test2 /var/www/html
echo this is test2 web! > /var/www/html/index.html

3、配置负载调度器（内网关 ens33：192.168.163.10，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 192.168.184.0/24 -o ens36 -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
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 192.168.163.12:80 -m
ipvsadm -a -t 12.0.0.1:80 -r 192.168.163.13:80 -m
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