LVS负载均衡群集【NAT模式LVS负载均衡实战部署】

一、群集的含义

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），相当于一台大型计算机。

1、群集存在的必要

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，单台服务器无法满足负载均衡及高可用的需求。

2、解决

使用价格昂贵的小型机、大型机。
使用多台相对廉价的普通服务器构建服务群集。
通过整合多台服务器，使用LVS来达到服务器高可用和负载均衡，并于同一个IP地址对外提供相同服务。
这就是企业中常用的一种群集技术——LVS（Linux Virtual Server ，Linux虚拟服务器）。

二、群集可分为三种

根据集群针对的目标差异，可分为三种

负载均衡群集
高可用群集
高性能群集

详情解释：

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。
高可用群集 (High Availability Cluster)
1、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)
1、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。

三、负载均衡群集架构

负载均衡的结构

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。

四、负载均衡群集工作模式分析

1、负载均衡群集是目前企业用得最多的群集类型
2、群集的负载调度技术有3种工作模式

地址转换（NAT模式）
IP隧道（TUN模式）
直接路由（DR模式）

五、三种负载调度工作模式

（一）、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

（二）、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

（三）、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

六、LVS虚拟服务器

1、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.orgl
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

2、LVS现在已成为Linux内核的一部分，默认编译为ip_ vs模块，必要时能够自动调用。在CentOS 7系统中，以下操作可以手动加载ip_ vs模块，并查看当前系统中ip_ vs模块的版本信息。

modprobe ip_vs
cat /proc/net/ip_vs    #确认内核对LVS的支持

七、LVS的负载调度算法

1、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

2、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

3、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

4、加权最少连接(Weighted L east 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

八、实验配置

（1）配置NFS共享服务（服务器IP：192.168.90.70）

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

yum -y install nfs-utils rpcbind

systemctl start rpcbind.service
systemctl start nfs.service

systemctl enable nfs.service
systemctl enable rpcbind.service

mkdir /opt/lfp
mkdir /opt/accp

chmod 777 /opt/lfp 
chmod 777 /opt/accp

vim /etc/exports
/usr/share *(ro,sync)
/opt/lfp 192.168.90.0/24(rw,sync)
/opt/accp 192.168.90.0/24(rw,sync)

exportfs -rv

在这里插入图片描述

（2）web1节点配置（服务器IP：192.168.90.20）

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

yum install httpd -y
systemctl start httpd.service
systemctl enable httpd.service

yum -y install nfs-utils rpcbind
showmount -e 192.168.90.70

systemctl start rpcbind
systemctl enable rpcbind

mount.nfs 192.168.90.70:/opt/lfp /var/www/html
echo 'this is lfp web!' > /var/www/html/index.html

在这里插入图片描述

（2）web2节点配置（服务器IP：192.168.90.50）

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

yum install httpd -y
systemctl start httpd.service
systemctl enable httpd.service

yum -y install nfs-utils rpcbind
showmount -e 192.168.90.70

systemctl start rpcbind
systemctl enable rpcbind

mount.nfs 192.168.90.70:/opt/lfp /var/www/html
echo 'this is lfp web!' > /var/www/html/index.html

（3）配置负载调度器（内网关 ens33：192.168.90.10，外网关 ens37：12.0.0.1）

双网卡配置

可以在添加设备里添加一个网络适配器NAT模式
然后ifconfig查看另一个网卡名称为ensXX
cd /etc/sysconfig/network-scripts 复制一个ifcfg-ens33网卡文件更名为第二网卡的名称
最后再修改第二网卡配置，重启网卡就可以了

在这里插入图片描述
配置SNAT转发规则

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

方法一
vim /etc/sysctl.conf
net.ipv4.ip_forward = 1
方法二
echo '1' > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward

sysctl -p
iptables -t nat -F
iptables -F
iptables -t nat -A POSTROUTING -s 192.168.90.0/24 -o ens36 -j SNAT --to-source 12.0.0.1

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

在这里插入图片描述

安装ipvsadm 管理

yum -y install ipvsadm

启动服务前须保存负载分配策略
ipvsadm-save > /etc/sysconfig/ipvsadm
或
ipvsadm --save > /etc/sysconfig/ipvsadm

systemctl start ipvsadm.service

配置负载分配策略（NAT模式只要在服务器上配置）

ipvsadm -C 					#清除原有策略
ipvsadm -A -t 12.0.0.1:80 -s rr
ipvsadm -a -t 12.0.0.1:80 -r 192.168.184.30:80 -m
ipvsadm -a -t 12.0.0.1:80 -r 192.168.184.40:80 -m
ipvsadm						#启用策略

ipvsadm -ln					#查看节点状态，Masq代表 NAT模式
ipvsadm-save > /etc/sysconfig/ipvsadm						#保存策略