LVS负载均衡群集部署之——NAT模式的介绍及搭建步骤

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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负载均衡群集部署之——NAT模式的介绍及搭建步骤相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

一、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

1.1 群集的三种类型

负载均衡群集、高可用群集和高性能运算群集。

1.1 负载均衡群集

  • 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

1.2 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

1.3 高性能运算群集

  • 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

1.2 负载均衡结构

第一层,负载调度器(Load Balancer或Director)
第二层,服务器池(Server Pool)
第三层,共享存储(Share Storage)
在这里插入图片描述

1.3 负载均衡群集工作模式

  • 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
    • (NAT)地址转换
    • (TUN)IP隧道
    • (DR)直接路由

在这里插入图片描述

(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

1.4 关于LVS虚拟服务器

  • Linux Virtual Server 是针对 Linux 内核开发的一个负载均衡项目,由我国的章文嵩 博士在 1998 年 5 月创建,官方站点位于 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。

1.4.1 LVS 的负载调度算法

针对不同的网络服务和配置需要,LVS 调度器提供多种不同的负载调度算法,其中最常用的四种算法是轮询、加权轮询、最少连接和加权最少连接。

  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,均 等地对待每台服务器,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并且分配的请求越多,这样可以保证性能高的节点承担更 多请求。
  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。如果所有的服务器节点性能相近,采 用这种方式可以更好地均衡负载。
  4. 加权最少连接(Weighted Least Connections):在服务器节点的性能差异较大的 情况下,调度器可以根据节点服务器负载自动调整权重,权重较高的节点将承担更 大比例的活动连接负载。

1.4.2 使用 ipvsadm 管理工具

ipvsadm 是在负载调度器上使用的 LVS 群集管理工具,通过调用 ip_vs 模块来添加、删 除 服 务器 节 点 ,以 及 查 看 群集 的 运 行状 态 。 在 CentOS 7 系 统 中 , 需 要 手动 安装 ipvsadm.x86_64 0:1.27-7.el7 软件包。

[root@localhost ~]# yum -y install ipvsadm 
[root@localhost ~]# ipvsadm -v 
ipvsadm v1.27 2008/5/15 (compiled with popt and IPVS v1.2.1)

LVS 群集的管理工作主要包括创建虚拟服务器、添加服务器节点、查看群集节点状态、 删除服务器节点和保存负载分配策略。

ipvsadm 工具选项说明:

选项解释
-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

二、NAT模式 LVS负载均衡群集部署

2.1 NAT模式 LVS负载均衡群集部署操作步骤(理论)

实验环境准备:

负载调度器:内网关 ens33:192.168.80.80,外网关 ens37:12.0.0.1
Web节点服务器1:192.168.80.10
Web节点服务器2:192.168.80.20
NFS服务器:192.168.80.30
客户端:12.0.0.12

1.部署共享存储(NFS服务器:192.168.80.30)

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

yum install nfs-utils rpcbind -y
systemctl start rpcbind.service
systemctl start nfs.service

systemctl enable rpcbind.service
systemctl enable nfs.service

mkdir /opt/kgc /opt/benet
chmod 777 /opt/kgc /opt/benet
echo 'this is kgc web!' > /opt/kgc/index.html
echo 'this is benet web!' > /opt/benet/index.html

vim /etc/exports
/opt/kgc 192.168.80.0/24(rw,sync)
/opt/benet 192.168.80.0/24(rw,sync)
--发布共享---
exportfs -rv

2.配置节点服务器(192.168.80.10、192.168.80.20)
ens33网关需要设置为网关服务器

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

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

yum install nfs-utils rpcbind -y
showmount -e 192.168.80.30


systemctl start rpcbind.service
systemctl start nfs.service
systemctl enable rpcbind.service
systemctl enable nfs.service

--192.168.80.10---
mount.nfs 192.168.80.30:/opt/kgc /var/www/html

vim /etc/fstab
192.168.80.30:/opt/kgc		/myshare	nfs defaults,_netdev	0  0


另一台节点服务器挂载如下:
--192.168.80.20---
mount.nfs 192.168.80.30:/opt/benet /var/www/html

vim /etc/fstab
192.168.80.30:/opt/benet		/myshare	nfs defaults,_netdev	0  0

3.配置负载调度器(内网关 ens33:192.168.80.1,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					#添加ip路由转发
 echo '1' > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward
sysctl -p

iptables -t nat -F
iptables -F
iptables -t nat -A POSTROUTING -s 192.168.80.0/24 -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

##加载全部模块
for i in $(ls /usr/lib/modules/$(uname -r)/kernel/net/netfilter/ipvs|grep -o "^[^.]*");do echo $i; /sbin/modinfo -F 
filename $i >/dev/null 2>&1 && /sbin/modprobe $i;done

(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

(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 192.168.80.10:80 -m [-w 1]			#添加真实ip
ipvsadm -a -t 12.0.0.1:80 -r 192.168.80.20:80 -m [-w 1]			#添加真实ip
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

ipvsadm -d -t 12.0.0.1:80 -r 192.168.80.10:80 -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
网络设置里面网关需要设置为网关服务器
在一台IP为12.0.0.12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。

2.2 NAT模式 LVS负载均衡群集部署实验具体步骤(实操)

第一步:环境搭建
1)网关服务器网卡配置(在虚拟机设置里面添加新网卡),内外网网关ip如下:
在这里插入图片描述
2)web节点服务器1的IP和网关如下:
在这里插入图片描述
3)web节点服务器2的IP和网关如下:
在这里插入图片描述
4)NFS服务器IP和网关如下:
在这里插入图片描述
5)客户端IP和网关设置如下:
在这里插入图片描述
6)关闭所有设备的防火墙和SElinux
在这里插入图片描述
第二步:部署共享服务器(NFS服务器:192.168.80.30)

1)安装相关软件并设置开机自启在这里插入图片描述
2)创建accp和benet目录,分别创建index.html并写入内容
在这里插入图片描述
3)添加要发布的目录
在这里插入图片描述
4)发布共享
在这里插入图片描述
第三步:配置节点服务器(192.168.80.10、192.168.80.20)
1)节点服务器1和2安装httpd服务并开启
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

2)节点服务器1和2安装nfs-utils和rpcbind程序
在这里插入图片描述
3)节点服务器1扫描并挂载共享目录
在这里插入图片描述

4)节点服务器2扫描并挂载共享目录
在这里插入图片描述
第四步:配置负载调度器(内网关 ens33:192.168.80.80,外网关 ens36:12.0.0.1)
1)配置SNAT转发规则
在这里插入图片描述
2)情况iptables规则并添加新规则
在这里插入图片描述
3)加载LVS内核模块并查看
在这里插入图片描述
4)安装ipvsadm管理工具
在这里插入图片描述
5)保存负载分配策略并启动服务
在这里插入图片描述

6)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)
在这里插入图片描述
7)查看节点策略并保存
在这里插入图片描述
第五步:浏览器中进行测试(不断刷新浏览器测试负载均衡效果,刷新间隔需长点)
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

以上是关于LVS负载均衡群集部署之——NAT模式的介绍及搭建步骤的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章

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