负载均衡集群介绍，LVS介绍，LVS的调度算法，LVSNAT模式搭建

Posted 2020-11-21

负载均衡集群介绍

• 主流开源软件LVS、keepalived、haproxy、nginx等
• 其中LVS属于4层（网络OSI 7层模型），nginx属于7层，haproxy既可以认为是4层，也可以当做7层使用
• keepalived的负载均衡功能其实就是lvs
• lvs这种4层的负载均衡是可以分发除80外的其他端口通信的，比如mysql的，而nginx仅仅支持http，https，mail，haproxy也支持MySQL这种
• 相比较来说，LVS这种4层的更稳定，能承受更多的请求，而nginx这种7层的更加灵活，能实现更多的个性化需求

  LVS介绍

• LVS是由国人章文嵩开发
• 流行度不亚于apache的httpd，基于TCP/IP做的路由和转发，稳定性和效率很高
• LVS最新版本基于Linux内核2.6，有好多年不更新了
• LVS有三种常见的模式：NAT、DR、IP Tunnel
• LVS架构中有一个核心角色叫做分发器（Load balance），它用来分发用户的请求，还有诸多处理用户请求的服务器（Real Server，简称rs）
• LVS NAT模式
  
  • 这种模式借助iptables的nat表来实现
  • 用户的请求到分发器后，通过预设的iptables规则，把请求的数据包转发到后端的rs上去
  • rs需要设定网关为分发器的内网ip
  • 用户请求的数据包和返回给用户的数据包全部经过分发器，所以分发器成为瓶颈，所以请求量不能太大，一般十来台，除非万兆光纤荷藕高配置
  • 在nat模式中，rs和分发器之间通过内网通信，只需要分发器有公网ip即可，所以比较节省公网ip资源
• LVS IP Tunnel模式
  
  • 这种模式，需要有一个公共的IP配置在分发器和所有rs上，我们把它叫做vip
  • 客户端请求的目标IP为vip，分发器接收到请求数据包后，会对数据包做一个加工，会把目标IP改为rs的IP，这样数据包就到了rs上
  • rs接收数据包后，会还原原始数据包，这样目标IP为vip，因为所有rs上配置了这个vip，所以它会认为是它自己，直接返回给用户，不需要经过分发器
• LVS DR模式
  
  • 这种模式，也需要有一个公共的IP配置在分发器和所有rs上，也就是vip
  • 和IP Tunnel不同的是，它会把数据包的MAC地址修改为rs的MAC地址
  • rs接收数据包后，会还原原始数据包，这样目标IP为vip，因为所有rs上配置了这个vip，所以它会认为是它自己，直接返回给用户，不需要经过分发器

    LVS调度算法

• 轮询 Round-Robin 简称rr，用户请求过来，均衡的分发到rs
• 加权轮询 Weight Round-Robin wrr，权重高的rs多分发
• 最小连接 Least-Connection lc，链接数少的，优先分发
• 加权最小连接 Weight Least-Connection wlc
• 基于局部性的最小连接 Locality-Based Least Connections lblc
• 带复制的基于局部性最小连接 Locality-Based Least Connections with Replication lblcr
• 目标地址散列调度 Destination Hashing dh
• 源地址散列调度 Source Hashing sh

  LVS NAT模式搭建

• 准备工作
  • 三台机器
  • 分发器，也叫调度器（简写为dir）
  • 内网：21.128，外网：110.130（vmware仅主机模式）
  • rs1
  • 内网：21.129，设置网关为21.128
  • rs2
  • 内网：21.130，设置网关为21.128
  • 三台机器上都执行执行
  • systemctl stop firewalld; systemc disable firewalld
  • yum install -y iptables-services
  • systemctl start iptables-service; iptables -F; service iptables save
• NAT模式搭建
  • 在dir上安装ipvsadm
  • yum install -y ipvsadm
  • 在dir上编写脚本，vim /usr/local/sbin/lvs_nat.sh//内容如下

    #! /bin/bash
    # director 服务器上开启路由转发功能
    echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward
    # 关闭icmp的重定向
    echo 0 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/send_redirects
    echo 0 > /proc/sys/net/ipv4/conf/default/send_redirects
    # 注意区分网卡名字，阿铭的两个网卡分别为ens33和ens37
    echo 0 > /proc/sys/net/ipv4/conf/ens33/send_redirects
    echo 0 > /proc/sys/net/ipv4/conf/ens37/send_redirects
    # director 设置nat防火墙
    iptables -t nat -F
    iptables -t nat -X
    iptables -t nat -A POSTROUTING -s 192.168.21.0/24  -j MASQUERADE
    # director设置ipvsadm
    IPVSADM=‘/usr/sbin/ipvsadm‘
    $IPVSADM -C
    $IPVSADM -A -t 192.168.110.130:80 -s wlc -p 3
    $IPVSADM -a -t 192.168.110.130:80 -r 192.168.21.129:80 -m -w 1
    $IPVSADM -a -t 192.168.110.130:80 -r 192.168.21.130:80 -m -w 1

    [[email protected] ~]# sh /usr/local/sbin/lvs_nat.sh

• 测试
  • 两台rs上都安装nginx
  • 设置两台rs的主页，做一个区分，也就是说直接curl两台rs的ip时，得到不同的结果

    [[email protected] ~]# vim /usr/share/nginx/html/index.html
    [[email protected]linux02 ~]# curl localhost
    akuilinux-02
    [[email protected] ~]# vim /usr/share/nginx/html/index.html
    [[email protected] ~]# curl localhost
    akuilinux-03

  • 浏览器里访问192.168.142.147，多访问几次看结果差异

    [[email protected] ~]# curl 192.168.110.130
    akuilinux-02
    [[email protected] ~]# curl 192.168.110.130
    akuilinux-02
    [[email protected] ~]# curl 192.168.110.130
    akuilinux-03
    [[email protected] ~]# curl 192.168.110.130
    akuilinux-02
    [[email protected] ~]# curl 192.168.110.130
    akuilinux-03

    扩展

• lvs 三种模式详解
• vs几种算法
• 关于arp_ignore和 arp_announce
• lvs原理相关的