负载均衡集群介绍LVS介绍及调度算法LVS NAT模式搭建

Posted 2020-10-22

负载均衡集群介绍

• 实现负载均衡集群的软件有：LVS、keepalived、nginx、haproxy等。其中LVS属于四层（网络OSI模型）；Nginx 属于七层；haproxy既可以认为是四层，也可以当作是七层使用。

• keepalived 的负载均衡功能其实就是lvs

• LVS、haproxy这种四层负载均衡可以分发除80端口以外的通信，如mysql-3306；而nginx 仅仅支持http，https，mail。

• 相对来说，LVS 这种四层的更加稳定，能承受更多的请求，而nginx 这种七层的更加灵活，能实现更多的个性化需求。

LVS 介绍

• LVS 是由中国人章文嵩开发的
• 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 balancer），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 Sever，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i去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

• 在nat模式中，只需要分发器有公网ip即可，所以比较节省公网ip资源

注意： 该模式中，load balancer 是限制该架构处理用户请求的一个瓶颈，所以该模式比较适合小模式的集群（服务器rs在10台以内）；该模式的优势是节省公网资源。

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

注意： real server通过一个公网IP直接返回到用户，这就省略数据回到load balancer分发器的过程，这样就load balancer就没有瓶颈。

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，所以它认为是它自己

LVS 调度算法

• 轮询 Round-Robin rr

  • 用户的请求过来，它均衡的将请求分发到rs上，没有优劣之分

• 加权轮询 Weight Round-Robin wrr

  • 带权重的轮询，可以对机器单独设置权重，对权重高的机器发送的请求会多一些

• 最小连接 Least-Connection lc

  • 把请求发送到请i去数量少的rs上

• 加权最小连接 Weight Least-Connection wlc

  • 带权重的最小连接，权重高的优先

• 基于局部性的最小连接 Locality-Based Least Connection 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

常用的是前四中算法

LVS NAT模式搭建

是通过iptables 实现

准备工作

• 准备三台虚拟机

  • 分发器 （调度器director）

    内网：192.168.159.133，外网：192.168.64.151

  • real server1 （real 1）

    内网：192.168.159.131，网关：192.168.159.130

  • real server2 （real 2）

    内网：192.168.159.132，网关：192.168.159.130

• 关闭三台机器的防火墙

  建议使用iptables：
  [[email protected] ~]# systemctl stop firewalld
  // 关闭firewalld 防火墙

  [[email protected] ~]# systemctl disable firewalld
  // 禁止firewalld防火墙开机启动

  // 此处建议使用iptables
  [[email protected] ~]# yum install -y iptables.service
  // 安装iptables.servcie

  [[email protected] ~]# systemctl enable iptables
  // 设置iptables 开机启动

  [[email protected] ~]# systemctl start iptables
  // 开启iptables 服务

  [[email protected] ~]# iptables -F
  // 清空防火墙规则

  [[email protected] ~]# service iptables save
  // 保存当前规则

  // 进行该设置的原因是NAT模式是基于防火墙nat表的一种模式，所以会使用iptables规则。

  临时关闭selinux
  [[email protected] ~]# getenforce
  // 查看selinux状态
  // Enforcing 为开启， Permissive 为关闭
  [[email protected] ~]# setenforce 0/1
  // 开启、关闭防火墙
  // 0为关闭、1为开启

  永久关闭selinux
  [[email protected] ~]# vim /etc/selinux/config
  // 将selinux 由enforcing 改成disabled

配置分发器

• 在dir（分发器）上安装ipvsadm

  [[email protected] ~]# yum install -y ipvsadm
  // 这个工具和iptables 有点像
  // 如果下载很慢，则进入/etc/yum.repos.d/
  // 将epel.repo 重命名，下在完之后改回来

• 在dir（分发器）上编写脚本

  [[email protected] ~]# vim /usr/local/sbin/lvs_nat.sh
  #! /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，我这里的两个网卡分别为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 192.168.64.0/24 -j MASQUERADE
  // director设置ipvsadm规则
  IPVSADM=‘/usr/sbin/ipvsadm‘
  $IPVSADM -C
  // -C=clear，清除规则
  $IPVSADM -A -t 192.168.64.151:80 -s rr
  // -A：=add，添加规则，定义算法的规则；
  // -t：分发器ip（外网ip）；
  // -s 指定算法；
  // -p：指定超时时间（解决session问题：保证同一请求被分发到同一rs上）单位为秒。
  // 因为添加-p选项后会影响测试效果，所以在此不加该参数（注：时间不能设置为0）
  $IPVSADM -a -t 192.168.64.151:80 -r 192.168.159.131:80 -m -w 1
  $IPVSADM -a -t 192.168.64.151:80 -r 192.168.159.132:80 -m -w 1
  // -a：=add，增加nat架构中的rs；
  // -r：指定rs的IP；
  // -m：指定LVS模式为NAT（masquerade）
  // -w：=weight，指定权重

  执行脚本：
  [[email protected] ~]# sh /usr/local/sbin/lvs_nat.sh
  // 执行该脚本时无错误输出说明没问题。

  查看ipvsadm规则：
  [[email protected] ~]# ipvsadm -ln
  IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
  Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
  -> RemoteAddress:Port Forward Weight ActiveConn InActConn
  TCP 192.168.64.151:80 rr
  -> 192.168.159.131:80 Masq 1 0 0
  -> 192.168.159.132:80 Masq 1 0 0

配置rs

• 在两台rs上安装Nginx，并分别设置主页来区分两台机器。

  [[email protected] ~]# yum install -y nginx
  [[email protected] ~]# systemctl start nginx

  // 如果nginx 是yum安装，其主页目录为 /usr/share/nginx/html/index.html

测试

• 访问外网ip：192.168.64.151

  [[email protected] ~]# curl 192.168.64.151
  This is real server 2
  [[email protected] ~]# curl 192.168.64.151
  this is real server 1
  [[email protected] ~]# curl 192.168.64.151
  This is real server 2
  [[email protected] ~]# curl 192.168.64.151
  this is real server 1