集群------LVS负载均衡集群（NAT模式 LVS负载均衡集群部署图文详解）
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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了集群------LVS负载均衡集群（NAT模式 LVS负载均衡集群部署图文详解）相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
一.集群概述
1.集群的含义
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。
2.集群的分类
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
高性能运算集群
2.1 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压力。例如：“DNS轮询” “反向代理”等。
2.2 高可用集群（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。
2.3 高性能运算集群（High Performance Computer Cluster）
以提高应用系统的CPU运算速度，拓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”。
二.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公有的VIP地址，也成为群集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，有服务器池承担，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，确保整个集群的统一性。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。
三.负载均衡群集工作模式
负载均衡群集是目前企业用的最多的群集类型
群集的负载调度技术有三种工作模式：
地址转换
IP隧道
直接路由
1.NAT模式 （地址转换）
Network Address Translation，简称NAT模式
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。
2.TUN模式 （IP隧道）
IP Tunnel，简称TUN模式
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报文封装一层IP隧道（T-IP）转发到真实服务器（RS）。真实服务器响应完请求后，查看默认路由，把响应后的数据包直接发送给客户端，不需要经过负载均衡器。
优点：负载均衡器只负责将请求包分发给后端节点服务器，而RS将应答包直接发给用户。所以，减少了负载均衡器的大量数据流动，负载均衡器不再是系统的瓶颈，也能处理很巨大的请求量。
缺点：隧道模式的RS节点需要合法IP，这种方式需要所有的服务器支持“IP Tunneling”。
3.DR模式
Direct Routing，简称DR模式
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MAC地址改成后端真实服务器的MAC地址（R-MAC）。真实服务器响应完请求后，查看默认路由，把响应后的数据包直接发送给客户端，不需要经过负载均衡器。
优点：负载均衡器只负责将请求包分发给后端节点服务器，而RS将应答包直接发给用户。所以，减少了负载均衡器的大量数据流动，负载均衡器不再是系统的瓶颈，也能处理很巨大的请求量。
缺点：需要负载均衡器与真实服务器RS都有一块网卡连接到同一物理网段上，必须在同一个局域网环境。
四.LVS虚拟服务器
1.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.orgl/
●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。
2.LVS的负载调度算法
轮询——rr(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——wrr(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——lc(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——wlc(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。
五.ipvsadm工具的使用
ipvsadm 工具选项
| 选项 | 作用 |
|---|---|
| -A | 添加虚拟服务器 |
| -D | 删除整个虚拟服务器 |
| -s | 指定负载均衡调度算法 |
| -a | 表示添加正式服务器（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 |
六.NAT模式 LVS负载均衡群集部署
负载调度器：内网关 ens33：192.168.121.11 ， 外网关 ens36：12.0.0.1
Web节点服务器1:192.168.121.33
Web节点服务器2:192.168.121.44
NFS服务器：192.168.121.55
客户端：12.0.0.200
1.部署共享存储（NFS服务器：192.168.121.55）
systemctl stop firewalld.service
systemctl disable firewalld.service
setenforce 0
yum install nfs-utils rpcbind -y
systemctl start nfs.service
systemctl start rpcbind.service
systemctl enable nfs.service
systemctl enable rpcbind.service
mkdir /opt/kgc /opt/benet
chmod 777 /opt/kgc /opt/benet
vim /etc/exports
/opt/kgc 192.168.121.0/24(rw,sync)
/opt/benet 192.168.121.0/24(rw,sync)
发布共享
exportfs -rv
showmount -e
2.配置节点服务器（192.168.121.33、192.168.121.44）
systemctl stop firewalld.service
systemctl disable firewalld.service
setenforce 0
vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens33
GATEWAY=192.168.121.11
systemctl restart network
yum install httpd -y
systemctl start httpd.service
systemctl enable httpd.service
yum install nfs-utils rpcbind -y
showmount -e 192.168.121.55
systemctl start rpcbind
systemctl enable rpcbind
--192.168.121.33---
mount.nfs 192.168.121.55:/opt/kgc /var/www/html
echo '满堂花醉三千客' > /var/www/html/index.html
--192.168.121.44---
mount.nfs 192.168.121.55:/opt/benet /var/www/html
echo '一剑霜寒十四州' > /var/www/html/index.html
3.配置负载调度器（内网关 ens33：192.168.121.11，外网关 ens36：12.0.0.1）
配置双网卡，内网地址为192.168.121.11 ，外网地址为12.0.0.1
systemctl stop firewalld.service
systemctl disable firewalld.service
setenforce 0
3.1 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 192.168.121.0/24 -o ens36 -j SNAT --to-source 12.0.0.1
3.2 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
3.3 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
3.4 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 192.168.121.33:80 -m [-w 1]
ipvsadm -a -t 12.0.0.1:80 -r 192.168.121.44:80 -m [-w 1]
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
拓展
ipvsadm -d -t 12.0.0.1:80 -r 192.168.121.33:80 -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
在一台IP为12.0.0.200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。
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