环境：
| hostname | OS | IP |
|---|---|---|
| balancer | centos7 | nat:192.168.220.130 仅主机192.168.100.10/24 |
| server1 | centos7 | 仅主机192.168.100.20/24 |
| server2 | centos7 | 仅主机192.168.100.30/24 |
一组各自相互独立且又相互依赖的,通过高速网络互联的计算机组成的一个计算机组, 以单一的系统模式加以管理, 为用户提供服务, 对用户来说, 用户只会认为对方是一个服务. 这个里面, 一组计算机的一台计算机就是集群的一个节点
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LVS负载均衡的三种包转发方式
LVS提供了三种包转发方式：NAT(网络地址映射)、IP Tunneling(IP隧道)、Direct Routing(直接路由)。不同的转发模式决定了不同的cluster的网络结构
- NAT
NAT: 网络地址转换 DNAT: 目标地址转换 改变的是目标地址 SNAT: 原地址转换 改变的是原地址 LVS-NAT 就是使用的SNAT和DNAT完成报的转发 NAT方式可支持任何的操作系统，以及私有网络，并且只需一个Internet IP地址，但是整个系统的性能受到限制。因为执行NAT每次需要重写包，有一定的延迟；另外，大部分应用有80%的数据是从服务器流向客户机，也就是用户的请求非常短，而服务器的回应非常大，对负载均衡器形成很大压力，成为了新的瓶颈。- IP Tunneling(IP隧道)
director（分发器）分配请求到不同的real server。real server处理请求后直接回应给用户，这样director负载均衡器仅处理客户机与服务器的一半连接。IP Tunneling技术极大地提高了director的调度处理能力，同时也极大地提高了系统能容纳的最大节点数，可以超过100个节点。real server可以在任何LAN或WAN上运行，这意味着允许地理上的分布，这在灾难恢复中有重要意义。服务器必须拥有正式的IP地址用于与客户机直接通信，并且所有服务器必须支持IP隧道协议。- Direct Routing(直接路由)
与IP Tunneling类似，负载均衡器仅处理一半的连接，避免了新的性能瓶颈，同样增加了系统的可伸缩性。Direct Routing与IP Tunneling相比，没有IP封装的开销，但由于采用物理层（修改MAC地址）技术，所有服务器都必须在一个物理网段 -
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负载调度器,：分发器(Load Balancer, Director): 整个集群对外的最前端机, 负责接收用户请求, 并且根据自己的调度算法, 将请求转发到后端真实服务器上的动作，而客户认为服务是来自一个IP地址（我们可称之为VIP虚拟IP地址）上的。
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服务器池: Server Pool 真正为用户提供服务的服务器, 每一台服务器就是一台RS[RealServer]，执行的服务有WEB、MAIL、FTP和DNS等。
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共享存储: Shared Storaged 为RS保持相同内容, 提供数据的一致性，也就是说，它为服务器池提供一个共享的存储区，这样很容易使得服务器池拥有相同的内容，提供相同的服务。
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VS/NAT的体系结构如图所示。在一组服务器前有一个调度器，它们是通过Switch/HUB相连接的。这些服务器提供相同的网络服务、相同的内容，即不管请求被发送到哪一台服务器，执行结果是一样的。服务的内容可以复制到每台服务器的本地硬盘上，可以通过网络文件系统（如NFS）共享，也可以通过一个分布式文件系统来提供。
客户通过Virtual IP Address（虚拟服务的IP地址）访问网络服务时，请求报文到达调度器，调度器根据连接调度算法从一组真实服务器中选出一台服务器，将报文的目标地址Virtual IP Address改写成选定服务器的地址，报文的目标端口改写成选定服务器的相应端口，最后将修改后的报文发送给选出的服务器。同时，调度器在连接Hash表中记录这个连接，当这个连接的下一个报文到达时，从连接Hash表中可以得到原选定服务器的地址和端口，进行同样的改写操作，并将报文传给原选定的服务器。当来自真实服务器的响应报文经过调度器时，调度器将报文的源地址和源端口改为Virtual IP Address和相应的端口，再把报文发给用户。我们在连接上引入一个状态机，不同的报文会使得连接处于不同的状态，不同的状态有不同的超时值。在TCP连接中，根据标准的TCP有限状态机进行状态迁移；在UDP中，我们只设置一个UDP状态。不同状态的超时值是可以设置的，在缺省情况下，SYN状态的超时为1分钟，ESTABLISHED状态的超时为15分钟，FIN状态的超时为1分钟；UDP状态的超时为5分钟。当连接终止或超时，调度器将这个连接从连接Hash表中删除。
这样，客户所看到的只是在Virtual IP Address上提供的服务，而服务器集群的结构对用户是透明的。对改写后的报文，应用增量调整Checksum的算法调整TCP Checksum的值，避免了扫描整个报文来计算Checksum的开销。
配置LVS-NAT
打开路由转发功能
[root@balancer ~]# vim /etc/sysctl.conf
net.ipv4.ip_forward = 1
生效配置
[root@balancer ~]# sysctl -p
net.ipv4.ip_forward = 1
安装lvs管理工具
[root@balancer ~]# yum install ipvsadm -y
添加规则
[root@balancer ~]# ipvsadm -A -t 192.168.220.130:80 -s rr
选项：
-A 添加虚拟服务器
-t 表示TCP的服务 VIP：PORT
-s 指定调度算法 rr表示round-robin 轮循
[root@balancer ~]# ipvsadm -a -t 192.168.220.130:80 -r 192.168.100.20 -m
[root@balancer ~]# ipvsadm -a -t 192.168.220.130:80 -r 192.168.100.30 -m
选项：
-a 表示添加real server的地址
-r 指定real server的IP地址
-m 表示masquerade 也就是NAT方式的LVS
查看规则
[root@balancer ~]# ipvsadm -L -n
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
-> RemoteAddress:Port Forward Weight ActiveConn InActConn
TCP 192.168.220.130:80 rr
-> 192.168.100.20:80 Masq 1 0 0
-> 192.168.100.30:80 Masq 1 0 0
保存规则
[root@balancer ~]# ipvsadm-save > /etc/sysconfig/ipvsadm
[root@balancer ~]# cat /etc/sysconfig/ipvsadm
-A -t proxy:http -s rr
-a -t proxy:http -r 192.168.100.20:http -m -w 1
-a -t proxy:http -r 192.168.100.30:http -m -w 1
[root@balancer ~]# yum install squid -y
[root@balancer ~]# vim /etc/squid/squid.conf
56 http_access deny all==>http_access allow all
[root@balancer ~]# systemctl start squid
[root@balancer ~]# lsof -i:3128
COMMAND PID USER FD TYPE DEVICE SIZE/OFF NODE NAME
squid 12135 squid 11u IPv6 71743 0t0 TCP *:squid (LISTEN)
Server端配置
这里我的Server是仅主机，通过代理上网
server1:
[root@server1 ~]# vim /etc/profile
export http_proxy=http://192.168.100.10:3128
export https_proxy=http://192.168.100.10:3128
[root@server1 ~]# source /etc/profile
[root@server1 ~]# yum install httpd
[root@server1 ~]# echo "server1" >> /var/www/html/index.html
[root@server1 ~]# systemctl restart httpd
server2:
[root@server1 ~]# vim /etc/profile
export http_proxy=http://192.168.100.10:3128
export https_proxy=http://192.168.100.10:3128
[root@server1 ~]# source /etc/profile
[root@server1 ~]# yum install httpd
[root@server1 ~]# echo "server2" >> /var/www/html/index.html
[root@server1 ~]# systemctl restart httpd
测试
[root@balancer ~]# for i in `seq 1 3`;do curl 192.168.220.130;done
server1
server2
server1
查看连接次数
[root@balancer ~]# ipvsadm -L -n --stats
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Conns InPkts OutPkts InBytes OutBytes
-> RemoteAddress:Port
TCP 192.168.220.130:80 3 18 12 1197 1411
-> 192.168.100.20:80 1 6 4 399 463
-> 192.168.100.30:80 2 12 8 798 948
附录：ipvsadm命令选项解释：
-A --add-service 在内核的虚拟服务器表中添加一条新的虚拟服务器记录。也就是增加一台新的虚拟服务器。
-E --edit-service 编辑内核虚拟服务器表中的一条虚拟服务器记录。
-D --delete-service 删除内核虚拟服务器表中的一条虚拟服务器记录。
-C --clear 清除内核虚拟服务器表中的所有记录。
-R --restore 恢复虚拟服务器规则
-S --save 保存虚拟服务器规则，输出为-R 选项可读的格式
-a --add-server 在内核虚拟服务器表的一条记录里添加一条新的真实服务器记录。也就是在一个虚拟服务器中增加一台新的真实服务器
-e --edit-server 编辑一条虚拟服务器记录中的某条真实服务器记录
-d --delete-server 删除一条虚拟服务器记录中的某条真实服务器记录
-L|-l --list 显示内核虚拟服务器表
-Z --zero 虚拟服务表计数器清零（清空当前的连接数量等）
--set tcp tcpfin udp 设置连接超时值
--start-daemon 启动同步守护进程。他后面可以是master 或backup，用来说明LVS Router 是master 或是backup。在这个功能上也可以采用keepalived的VRRP 功能。
--stop-daemon 停止同步守护进程
-h --help 显示帮助信息
其他的选项:
-t --tcp-service service-address 说明虚拟服务器提供的是tcp 的服务[vip:port] or [real-server-ip:port]
-u --udp-service service-address 说明虚拟服务器提供的是udp 的服务[vip:port] or [real-server-ip:port]
-f --fwmark-service fwmark 说明是经过iptables 标记过的服务类型。
-s --scheduler scheduler 使用的调度算法，有这样几个选项rr|wrr|lc|wlc|lblc|lblcr|dh|sh|sed|nq,默认的调度算法是： wlc.
-p --persistent [timeout] 持久稳固的服务。这个选项的意思是来自同一个客户的多次请求，将被同一台真实的服务器处理。timeout 的默认值为300 秒。
-M --netmask netmask persistent granularity mask
-r --real-server server-address 真实的服务器[Real-Server:port]
-g --gatewaying 指定LVS 的工作模式为直接路由模式（也是LVS 默认的模式）
-i --ipip 指定LVS 的工作模式为隧道模式
-m --masquerading 指定LVS 的工作模式为NAT 模式
-w --weight weight 真实服务器的权值
--mcast-interface interface 指定组播的同步接口
-c --connection 显示LVS 目前的连接 如：ipvsadm -L -c
--timeout 显示tcp tcpfin udp 的timeout 值 如：ipvsadm -L --timeout
--daemon 显示同步守护进程状态
--stats 显示统计信息
--rate 显示速率信息
--sort 对虚拟服务器和真实服务器排序输出
--numeric -n 输出IP 地址和端口的数字形式
