Lvs负载均衡群集

Posted 2021-08-21 水木，年華

Lvs负载均衡群集

• 一.前言
• 二.群集概述
• • 1.1群集的含义
  • 1.2企业群集分类
• 三.负载均衡群集架构
• • 3.1负载均衡的结构
  • 3.2负载均衡群集工作模式分析
  • • 3.2.1地址转换
    • 3.2.2IP隧道
    • 3.2.3直接路由
• 四.LVS的负载调度算法
• • 4.1轮询(Round Robin)
  • 4.2最少连接(Least Connections)
  • 4.3LVS群集创建与管理
• 五.小结
• 六.案例：LVS—NAT部署实战

一.前言

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，单台服务器力不从心。解决方法：使用价格昂贵的小型机，大型机，使用普通服务器构建服务群集。

二.群集概述

1.1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

1.2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：由LVS实现
高可用群集：MHA manager(LVS的HA是由keepalived实现（VRRP协议）)
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

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

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

三.负载均衡群集架构

3.1负载均衡的结构

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)

负载均衡的结构

3.2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
IP隧道
所有的real server基本都有自己的公网IP，因为有众多公网IP，安全策略成本，人员维护成本提高。
直接路由

3.2.1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

特点：请求的出和入均有调度器服务器控制（LVS）
所有服务器在同一个福利网络内

3.2.2IP隧道

PTunnel，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lnternet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

特点：real servers在公网环境（公网IP）
lvs只接受请求，响应请求由对应接收请求的real server以隧道形式直接响应

3.2.3直接路由

Direct Routing，简称DR模式
采用半开放式的网络结构，与TUN木
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

特点：
1、接受请求由LVS处理，响应请求也是由real server处理
2、他们在同一物理网络（内部网)，响应请求(不同网段的)，需要通过公共路由器实现

四.LVS的负载调度算法

4.1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

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

4.2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

以“接近实时连接的请求数(连接数）做为基础
以权重的方式，决定在real servers中“连接数相同”的情况下
该如何分配请求(以权重的方式判断)

4.3LVS群集创建与管理

①创建虚拟服务器
②添加，删除服务器节点
③查看群集及节点情况
④保存负载分配策略

五.小结

工作模式区别                     NAT模式             TUN模式        DR模式( 与nat相比较为复杂)
real server节点服务器
server number节点数量          low10-20           high 100       high 100
真实网关(real servers)         负载调度器           自由路由器       自由路由器
IP地址                        公网+私|网           公网            私网
优点                          安全性高             安全、速度快     性能最好
缺点                          效率低、压力大        需要隧道支持     不能跨越lan（局域|网)

七、LVS群集创建与管理
步骤
1、创建虚拟服务器
2、添加、册删除服务器节点
3、查看群集及节点情况
4、保存负载分配策略

LVs的管理工具是ipvsadm
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  册删除某一个节点
-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

六.案例：LVS—NAT部署实战

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###############
LVS负载调度器: ens33:192.168.80.1(vmnet8) ens36:192.168.10.1(vmnet1)
web节点服务器1:192.168.80.2(vmnet8)
Web节点服务器2:192.168.80.3(vmnet8)
客户端( win10) : 192.168.10.100(vnnet1)

win10虚拟机（客户端）网关设置为192.168.10.1
web服务器网关设置为192.168.80.254

按上述配置好IP后
调度器配置SNAT转发规则

vim /etc/sysctl.conf 

net.ipv4.ip_forward=1

刷新生效

sysctl -p 

或者

echo '1' > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward  #/proc目录是一种文件系统

开启防火墙

systemctl start firewalld 

将net表里的防火墙规则清空

iptables -t nat -F 

查看规则

iptables -t nat -L 

制定防火墙规则

iptables -t nat -A POSTROUTING -s 192.168.80.0/24 -o ens36 -j SNAT --to-source 192.168.10.1

nat表:修改数据包中的源、目标IP地址或端口
POSTROUTING:在进行路由判断之"后"所要进行的规则(SNAT/MASQUERADE)
PREROUTING:在进行路由判断之"前"所要进行的规则(DNAT/REDIRECT)
—A:在规则链的末尾加入新规则
—s:匹配来源地址IP/MASK.
-o 网卡名称匹配从这块网卡流出的数据
-i网卡名称匹配从这块网卡流入的数据
-j控制类型

加载LVS内核模块

cd /proc/net 
modprobe ip_vs  #手动加载ip_vs模块
cat ip_vs       #查看ip_vs版本信息

安装ipvsadm管理工具

yum install -y ipvsadm 

#注意:启动服务前必须保存负载分配策略，否则将会报错

ipvsadm-save > letcl sysconfig/ipvsadm

或者

ipvsadm --save > letc/sysconfig/ipvsadm

或者

touch /etc/ sysconfig/ipvsadm

启动

systemctl start ipvsadm 

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位置

vim nat.sh

#!/bin/bash 
ipvsadm -C    #清除原有
ipvsadm -A -t 192.168.10.1:80 -s rr
ipvsadm -a -t 192.168.10.1:80 -r 192.168.80.2 -m -w 1
ipvsadm -a -t 192.168.10.1:80 -r 192.168.80.3 -m -w 1
ipvsadm       #启动策略

赋予可执行权限

chmod +x nat.sh 

-A  添加虚拟服务器
-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（后端节点服务器)
-t  指定VIP地址及TCP端口
-m（mode）  表示使用NAT群集模式．
一w 设置权重(权重为o时表示暂停节点)

三台服务器器做时间同步

ntpdate ntp.aliyun.com 

web服务下载httpd软件，创建首页

echo "this is 192.168.80.2 web" > /var/www/html/index.html
echo "this is 192.168.80.3 web" > /var/www/html/index.html 

开启httpd服务

systemctl start httpd 

测试:
在win10上使用浏览器访问192.168.10.100，刷新浏览器测试负载均衡
PS :刷新间隔时间需要稍长一点

ipvsadm -ln

watch -n 1 ipvsadm