LVS负载均衡群集（LVS-NAT）

Posted 2020-11-19

群集技术概述

1. 群集的类型

• 负载均衡群集（Load Balance Cluster）：以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。例如，“DNS轮询”“应用层交换”“方向代理”等都可用作负载均衡群集。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。
• 高可用群集（High Availability Cluster）：以提高应用系统的可能性、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。例如，“故障切换”“双机热备”“多机热备”等都属于高可用群集技术。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。
• 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。例如，“云计算”“网络计算”也可视为高性能运算的一种。高性能运算群集的高性能依赖于“分布式运算”和“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。

  2. 负载均衡的分层结构

• 第一层，负载调度器：这是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（Virtual IP，虚拟IP）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平滑替换至备用调度器，确保高可用性。
• 第二层，服务器池：群集所提供的应用服务（如HTTP、FTP）由服务器池承担，其中的每个节点具有独立的RIP（Real IP，真实IP）地址，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分离，等待错误排除以后再重新纳入服务器池。
• 第三层，共享存储：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、在Linux/UNIX环境中，共享存储可以使用NAS设备，或者提供NFS（Network File System，网络文件系统）共享服务专用服务器。

  3. 负载均衡的工作模式

  关于群集负载调度技术，可以基于IP、端口、内容等进行分发，其中基于IP的负载调度是效率最高的。基于IP的负载均衡模式中，常见的有地址转换、IP隧道和直接路由三种工作模式：

• 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。
• 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。
• 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。

以上三种工作模式中，NAT方式只需要一个公网IP地址，从而成为最易用的一种负载均衡模式，安全性也比较好，许多硬件负载均衡设备就是采用这种方式；相比较而言，DR模式和TUN模式的负载能力更加强大、适用范围更广，但节点的安全性要稍差一些。

实验环境：

服务主机	操作系统	IP地址
LVS负载调度	CentOS7	内：192.168.100.1外：12.0.0.1
节点服务器1	CentOS7	192.168.100.110
节点服务器2	CentOS7	192.168.100.120
共享存储服务器	CentOS7	192.168.100.130
客户机Client	Window7	12.0.0.12

实验部署：

一． 配置共享存储服务器：

#rpm –q nfs-utils
#rpm –q rpcbind     //查看是否安装NFS软件，若没有，用yum安装
#systemctl start nfs.service
#systemctl start rpcbind.service
#mkdir /opt/benet /opt/accp //创建共享目录
#chmod 777 benet accp       //放大权限保证正常读写
#vi /etc/exports
    /usr/share *(ro,sync)       //共享/usr/share目录，只读且同步
/opt/benet 192.168.100.0/24(rw,sync)    //共享空间给节点服务器做网络站点
/opt/accp 192.168.100.0/24(rw,sync)     //权限为可读写，且同步
#exportfs –rv       //发布共享
#systemctl stop firewalld.service       //关闭防火墙
#setenforce 0

二． 配置节点服务器1

#yum install httpd –y       //安装apache服务
#mount.nfs 192.168.100.130:/opt/benet /var/www/html     //将共享存储服务器提供的空间挂载至节点服务器网络站点下
#echo “this is benet web” > /var/www/html/index.html        //添加benet首页
#systemctl stop firewalld.service       //关闭防火墙
#setenforce 0
#systemctl start httpd.service      //开启apache服务

配置节点服务器2

#yum install httpd –y       //安装apache服务
#mount.nfs 192.168.100.130:/opt/accp /var/www/html      //将共享存储服务器提供的空间挂载至节点服务器网络站点下
#echo “this is accp web” > /var/www/html/index.html     //添加accp首页
#systemctl stop firewalld.service       //关闭防火墙
#setenforce 0
#systemctl start httpd.service      //开启apache服务

三． 配置负载调度器

1. 配置双网卡

配置内网ens33位内网网卡IP地址为192.168.100.1；外网网卡ens36IP地址为12.0.0.1

2. 配置负载管理软件

#modprobe ip_vs         //加载LVS内核模块
#cat /proc/net/ip_vs        //查看软件信息
#yum install ipvsadm –y     //安装ip_vs管理软件
#ipvsadm –save > /etc/sysconfig/ipvsadm //保存任务
#systemctl start ipvsadm.service    //启动服务

3. 配置调度脚本

#vim /opt/nat.sh
    #!/bin/bash
    ipvsadm –C          //清楚内核虚拟服务器表中的所有记录
    ipvsadm -A -t 12.0.0.1:80 -s rr         //添加虚拟服务器，指定IP地址和端口，采用轮询调度算法
    ipvsadm -a -t 12.0.0.1:80 -r 192.168.100.110:80 –m      //指定调度地址池IP地址和端口，-m表示使用SNAT规则
    ipvsadm -a -t 12.0.0.1:80 -r 192.168.100.120:80 -m
    ipvsadm                             //启动ipvsadm服务
#source /opt/nat.sh

4. 配置SNAT

#vim /etc/sysctl.conf
    net.ipv4.ip_forward=1       //添加行，开启路由转发功能
#sysctl –p      //立即生效
#iptables –F        //清空防火墙原有策略
#iptables –t nat –F         //清空NAT表规则
#iptables –t nat –A POSTROUTING –o ens36 –s 192.168.100.0/24 –j SNAT --to-source 12.0.0.1

四． 测试

访问外网端口12.0.0.1，多次刷新可发现实现负载均衡