LVS负载均衡群集-Toy模板网

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了LVS负载均衡群集。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方，请大家不吝赐教，您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

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。

LVS负载均衡群集

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

LVS负载均衡群集

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

LVS负载均衡群集
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

LVS负载均衡群集

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

LVS负载均衡群集
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

LVS负载均衡群集
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)

LVS负载均衡群集
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

LVS负载均衡群集

修改配置网卡
LVS负载均衡群集

重启网卡传输
LVS负载均衡群集

查询网址
LVS负载均衡群集

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：
LVS负载均衡群集

关闭防火墙：

systemctl stop firewalld.service
systemctl disable firewalld.service
setenforce 0

配置两张网卡：
LVS负载均衡群集
ens33：

ens36：

LVS负载均衡群集
配置SNAT转发规则：

vim /etc/sysctl.conf
net.ipv4.ip_forward = 1

LVS负载均衡群集

[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

LVS负载均衡群集
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

LVS负载均衡群集

安装ipvsadm管理工具：

LVS负载均衡群集

启动服务前须保存负载分配策略：

LVS负载均衡群集

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