负载均衡集群LVS介绍及调度算法LVS NAT模式搭建

Posted 2020-11-07

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 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。

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

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

LVS的调度算法
轮询 Round-Robin rr
加权轮询 Weight Round-Robin wrr
最小连接 Least-Connection lc
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

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：218.130，外网：194.128（vmware仅主机模式） rs1
内网：218.129，设置网关为192.168.218.2 rs2
内网：218.131，设置网关为192.168.218.2
三台机器上都执行执行
systemctl stop firewalld;
systemctl start iptables-services; iptables -F; service iptables save

在dir上安装ipvsadm
yum install -y ipvsdam

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：192.168.194.128

[[email protected] ~]# curl 192.168.194.128
This is real server 2
[[email protected] ~]# curl 192.168.194.128
this is real server 1
[[email protected] ~]# curl 192.168.194.128
This is real server 2
[[email protected] ~]# curl 192.168.194.128
this is real server 1