LVS负载均衡群集（NET模式）

Posted 2022-01-20 ww独ww

LVS负载均衡群集

企业群集应用概述

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。

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，单台服务器已经无法满足负载均衡及高可用的要求。

解决方法

●使用价格昂贵的小型机、大型机
●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一LVS (Linux Virtual Server，Linux虚拟服务器)

企业群集分类

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
●高性能运算群集

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

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，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

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

●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” 等负载均衡群集架构

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。

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三种工作模式
●地址转换 （NAT）
●IP隧道（TUN）
●直接路由（DR）

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

为什么不使用NAT模式

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，这个调度器将会成为整个负载均衡的瓶颈

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

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

关于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ipvs 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。

modprobe ip_VS    #调用模块，确认内核对LVS的支持 
cat /proc/net/ip_VS

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 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

使用ipvsadm工具

LVS群集创建与管理

ipvsadm工具选项说明

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	表示保持长链接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

案例: LVS-NAT部署实战

NAT模式 (VS-NAT)

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。

案例环境

●LVS调度器作为Web服务器池的网关，LVS两块网卡，分别连接内外网，使用轮询(rr) 调度算法

NAT模式LVS负载均衡群集部署

搭建环境

负载调度器: 内网关ens33: 192.168.38.38，外网关ens36: 12.0.0.1
Web节点服务器1: 192.168.38.73
Web节点服务器2: 192.168.38.74
NFS服务器: 192.168.38.75
客户端: 12.0.0.1

1.部署共享存储(NFS服务器: 192.168.80.13)

systemctl stop firewalld.service        #关闭防火墙
systemctl disable firewalld.service     #关闭开机自启
setenforce 0                            #关闭系统安全机制

yum install nfs-utils rpcbind -y        #安装nfs的两个包，一般是默认安装
systemctl enable --now rpcbind,nfs    #设置开机自启动
systemctl status --now rpcbind,nfs    #启动服务，注意启动顺序，先开启rpcbind再开启nfs

mkdir -p /data/accp,benet             #在data目录下创建两个共享目录
chmod 777 *                             #给两个目录加权，所有用户可读可写可执行

echo accp 滴滴滴 > accp/index.html
echo benet 嗒嗒嗒 > benet/index.html
#在默认首页文件中写入内容

vim /etc/exports        
/data/accp 192.168.38.0/24(rw,sync)
/data/benet 192.168.38.0/24(rw,sync)
#在/etc/exports里写入共享策略，共享192.168.38.0/24网段，权限可读可写信息共享

exportfs -rv                            #发布共享

showmount -e 192.168.38.75              #查看NFS-Server的共享目录

2.配置节点服务器(192.168.38.73、192.168.38.74)

systemctl stop firewalld.service      #关闭防火墙
systemctl disable firewalld.service   #关闭开机自启
setenforce 0                          #关闭系统安全机制

showmount -e 192.168.38.75            #查看NFS-Server的共享目录

yum install httpd -y                  #yun安装httpd服务，默认首页目录为/var/www/html
systemctl enable --now httpd          #启动httpd服务并设为开机自启动
netstat -natp | grep :80              #查看服务

---192.168.38.73---
mount 192.168.38.75:/data/accp /var/www/html/
#挂载NFS-Server的首页目录到共享目录中
cd /var/wwwhtml/
cat index.html
#查看首页内容

vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens33    #修改网关，注释DNS
systemctl restart network                         #重启网卡

---192.168.38.74---
mount 192.168.38.75:/data/benet /var/www/html/
cd /var/wwwhtml/
cat index.html
#查看首页内容
vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens33    #修改网关，注释DNS
systemctl restart network                         #重启网卡

192.168.38.73


192.168.38.74

3.配置负载调度器(内网关 ens33: 192.168.38.38，外网关 ens36: 12.0.0.1)

systemctl stop firewalld.service        #关闭防火墙
systemctl disable firewalld.service     #关闭开机自启
setenforce 0                            #关闭系统安全机制

(1)配置SNAT转发规则

ifconfig ens36 12.0.0.1/24            #配置负载调度器地址
ifconfig                              #查看地址

vim /etc/sysctl.conf
net.ipv4.ip_forward = 1
或
echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward
#添加ip转发功能

sysctl -p                            #加载刚添加的内核配置

iptables -F
iptables -t nat -F
iptables -nL -t nat                  #清空规则列表并查看
iptables -t nat -A POSTROUTING -s 192.168.38.0/24 -o ens36 -j SNAT --to 12.0.0.1
#添加规则，-t：指定表名；-A：指定链；-s：源IP；-o：出口网卡；-j：控制类型；-to：转换

(2)加载LVS内核模块

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

(3)安装ipvsadm 管理工具

yum -y install ipvsadm          #安装ipvsadm管理工具

---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      #启动服务
systemctl status ipvsadm.service     #服务状态

(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 192.168.38.73:80 -m -w 1
ipvsadm -a -t 12.0.0.1:80 -r 192.168.38.74:80 -m -w 1
#添加规则-A：添加虚拟服务器；-t：VIP，虚拟ip所用外网网卡；-s：算法；rr：轮询；-a：添加真实服务器；-r：真实IP地址；-m：表示使用nat策略；-w：设置权重
ipvsadm                     #启用策略

ipvsadm - ln                #查看节点状态，Masq代表 NAT模式   （当前负载均衡的状态）
ipvsadm-save > /etc/sysconfig/ipvsadm                        #保存策略

4.测试效果

在一台IP为12.0.0.100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。