一.LVS负载均衡群集的原理
1.1企业群集应用概述
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，只提供一个访问入口(域名或IP地址)，相当于一台大型计算机。
问题
- 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，单台服务器已经无法满足负载均衡及高可用的要求
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
- 高可用群集
- 高性能运算群
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，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。例如，“DNS轮询” “反向代理”等
高可用群集(HighAvailability 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，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。例如，“故障切换” “双机热备” 等
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
- 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。例如，“云计算” “网格计算”等
1.3负载均衡群集架构
-
第一层：负载调度器(Load Balancer或Director）
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能够平滑替换至备用调度器，确保高可用性。 -
第二层：服务器池 (Server Pool)
群集所提供的应用服务、由服务器池承担，其中每个节点具有独立的RIP地址(真实IP)，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隔离，等待错误排除以后再重新纳入服务器池。 -
第三层：共享存储 (Share Storage)
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共享存储可以使用NAS设备，或者提供NFS共享服务的专用服务器。
1.4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
- 直接路由
NAT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
TUN模式: (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
DR模式：（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
1.5总结
集群 群集 cluster
特点：由多台主机构成，都干同样的一件事，对外展现为一个整体
群集的类型
负载均衡群集 LB
提高系统响应效率，处理更多的访问请求，减少延迟，实现高并发，高负载的能力
应用代表：
- 软件类：LVS Nginx HAproxy
- 硬件类：FS 绿盟
高可用集群 HA
提高系统可靠性，减少中断时间，确保服务的连续性
应用代表：Keepalived heartbeat
高性能运算群集: HPC
通过云计算或分布式计算获取高性能的CPU，内存等资源
LVS的三种工作模式：
NAT:地址转换
- 调度器会作为所以节点服务器的默认网关，也是客户机的访问入口和节点服务器返回响应消息的出口，也就是说调度器会承载双向数据的负载压力，可能会成为整个群集的性能瓶颈；
- 由于节点服务器都处于内网环境，使用私网IP地址，所以安全性尚可；
TUN:IP隧道（IP Tunnel）
-
调度器仅作为客户端的访问入口，节点服务器是响应消息直接返回给客户端，不经过调度器；
-
由于节点服务器需要部署在不同位置的公网环境中，需要具有独立的公网IP，调度器与节点服务器是通过专业的IP隧道实现相互通信的，因此IP隧道模式的成本较高，安全性较低，且IP隧道需要更多的封装和解封装过程，性能也会受到一定的影响
DR：直接路由 Direct Routing
调度器仅作为客户端的访问入口，节点服务器的响应消息是直接返回给客户端的，不经过调度器，节点服务器与调度器是部署在同一个局域网内，因此不需要建立专用的IP隧道，DR模式是企业的首选模式
二.LVS-NAT的部署
2.1 关于LVS虚拟服务器
Linux Virtual Server
- 针对Linux内核开发的负载均衡解决方案
- 1998年5月，由我国的章文嵩博士创建
- 官方网站: http://www.linuxvirtualserver.org/
- LVS实际上相当于基于IP地址的虚拟化应用，为基于IP地址和内容请求分发的负载均衡提出了一种高效的解决方法
确定内核对LVS的支持
[root@177777 network-scripts]# modprobe ip_vs
[root@177777 ~]# cat /proc/net/ip_vs
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
-> RemoteAddress:Port Forward Weight ActiveConn InActConn
2.2 LVS的负载调度算法
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
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
2.3 使用ipvsadm工具
ipvsadm 工具选项说明：
| 选项 | 作用 |
|---|---|
| -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 | 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（默认关闭连接保持） |
| -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 |
|
2.2LVS-NAT的部署实例
Web节点服务器1：192.168.174.73/24
Web节点服务器2：192.168.174.74/24
NFS共享服务器：192.168.174.71
内网关ens33：192.168.174.75
外网关ens36：12.0.0.30
客户端：12.0.0.120
1.部署共享存储（NFS服务器：192.168.174.71）
首先关闭防火墙：
systemctl stop firewalld.service
systemctl disable firewalld.service
setenforce 0
安装NFS
yum install nfs-utils rpcbind -y
systemctl start rpcbind.service
systemctl start nfs.service
创建2个
[root@localhost ~]# mkdir -p /data/host13
[root@localhost ~]# mkdir -p /data/host14
[root@localhost ~]# cd /data/
[root@localhost data]# ls
[root@localhost data]# echo '<h1>wanghewei 1111111</h1>' > host13/index.html
[root@localhost data]# echo '<h1>wanghewei 7777777</h1>' > host14/index.html
[root@localhost data]# ll
修改配置文件
vim /etc/exports
/data/host13 192.168.174.0/24(ro)
/data/host14 192.168.174.0/24(ro)
2.配置Web节点服务器（192.168.174.73 / 74）
关闭防火墙
systemctl stop firewalld.service
systemctl disable firewalld.service
setenforce 0
yum源安装nginx
[root@177777777 ~]# cd /etc/yum.repos.d/
[root@177777777 yum.repos.d]# ls
local.repo repo.bak
[root@177777777 yum.repos.d]# vim nginx.repo
[nginx-stable]
name=nginx stable repo
baseurl=http://nginx.org/packages/centos/7/$basearch/
gpgcheck=0
enabled=1
[root@177777777 yum.repos.d]# yum install -y nginx
修改配置网卡
重启网卡传输
查询网址
3.配置负载调度器（内网关 ens33：192.168.174.75，外网关 ens36：12.0.0.30）
添加一张网卡：
关闭防火墙：
systemctl stop firewalld.service
systemctl disable firewalld.service
setenforce 0
配置两张网卡：
ens33：
ens36：
配置SNAT转发规则：
vim /etc/sysctl.conf
net.ipv4.ip_forward = 1
[root@177777 network-scripts]# iptables -t nat -A POSTROUTING -s 192.168.174.0/24 -o ens33 -j
SNAT --to 12.0.0.30
[root@177777 network-scripts]# iptables -nL -t nat
加载LVS内核模块：
modprobe ip_vs #加载 ip_vs模块
cat /proc/net/ip_vs #查看 ip_vs版本信息
安装ipvsadm管理工具：
启动服务前须保存负载分配策略：
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配置）
ipvsadm -C #清除原有策略
ipvsadm -A -t 12.0.0.1:80 -s rr [-p 60]
ipvsadm -a -t 12.0.0.1:80 -r 192.168.80.11:80 -m [-w 1]
ipvsadm -a -t 12.0.0.1:80 -r 192.168.80.12:80 -m [-w 1]
ipvsadm #启用策略
ipvsadm -ln #查看节点状态，Masq代表 NAT模式
4.客户端
修改原IP地址和网关
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