负载均衡群集与LVS-NAT

一、 企业群集分类

• 根据群集目标差异分类

1.1负载均衡群集

• 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、负载(LB)的整体性能
  L B的负载分配依赖于主节点的分流算法

1.2 高可用群集

• 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

1.3 高性能运算群集

• 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

二、负载均衡群集架构

• 第一层 ，负载调度池（Load Balancer 或 Director）
• 第二层 ， 服务器池（Server Pool）
• 第三层，共享存储（Share Storage）

三、负载均衡群集工作模式

• 负载均衡群集是目前企业用的最多的群集类型
• 群集的负载调度技术有三种工作模式
  1、 地址转换
  2、IP隧道
  3、直接路由

3.1 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一一个物理网络，安全性要优于其他两种方式。

3.2 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。

3.3 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。

四、LVS 虚拟服务器

• 针对Linux内核的负载均衡解决方案
• 1998年5月，由我国的章文嵩博士创建

4.1 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

五、LVS-NAT 实验

5.1 实验环境

• 需准备四台CentOS7.6 系统虚拟机和1台WIN10系统虚拟机
• 一台CentOS虚拟机配置双网卡 充当调度器 ，两台CentOS虚拟机安装apache服务充当服务器server1和server2，最后一台CentOS 虚拟机提供NFS 服务 充当NFS 存储设备，WIN10 充当客户端 访问服务。
  实验拓补图
  

5.2 准备工作

为了防止干扰，关闭所有服务器的防火墙与核心防护

• nfs服务器

[root@nfs ~]# yum -y install nfs-utils
[root@nfs ~]# yum -y install rpcbind
ens33: 192.168.200.60

• 服务器1：

[root@server1 ~]# yum -y install  httpd
ens33: 192.168.200.40

• 服务器2：

[root@server2 ~]#  yum -y install  httpd
ens33: 192.168.200.50

• 负载均衡服务器

[root@lvs ~]# yum install ipvsadm  -y    ## LVS 管理工具
添加双网卡
ens33：192.168.200.1
ens36:   12.0.0.1

5.3 nfs服务器配置

[root@nfs ~]# cd /opt/
[root@nfs opt]# mkdir accp  benet
[root@nfs opt]# chmod 777 accp benet
[root@nfs opt]# vim /etc/exports
[root@nfs opt]# vim /etc/exports
/opt/accp  192.168.200.0/24(rw,sync)
/opt/benet  192.168.200.0/24(rw,sync)
[root@nfs opt]# systemctl restart nfs
[root@nfs opt]# systemctl restart rpcbind
[root@nfs opt]# exportfs -rv  ##  发布共享
exporting 192.168.200.0/24:/opt/benet
exporting 192.168.200.0/24:/opt/accp

5.4 服务器配置

• server1

[root@server1 ~]# showmount -e 192.168.200.60
Export list for 192.168.200.60:
/opt/benet 192.168.200.0/24
/opt/accp  192.168.200.0/24
[root@server1 ~]# vim /etc/fstab 
192.168.200.60:/opt/accp  /var/www/html  nfs   defaults 0  0
[root@server1 ~]# mount -a
[root@server1 ~]# df -Th
192.168.200.60:/opt/accp nfs4       11G  8.6G  2.5G   78% /var/www/html
[root@server1 ~]# vim /var/www/html/index.html
<h1>this is accp </h1>
[root@server1 ~]# systemctl start httpd

• server 2

[root@server2 ~]# showmount -e 192.168.200.60
Export list for 192.168.200.60:
/opt/benet 192.168.200.0/24
/opt/accp  192.168.200.0/24
[root@server2 ~]# vim /etc/fstab 
[root@server2 ~]# mount -a
192.168.200.60:/opt/benet /var/www/html  nfs defaults 0 0
[root@server2 ~]# df -Th
192.168.200.60:/opt/benet nfs4       11G  8.6G  2.5G   78% /var/www/html
[root@server2 ~]# vim /var/www/html/index.html
this is benet</h1>
[root@server2 ~]# systemctl start httpd

5.5 负载均衡器配置

vim  nat.sh
#!/bin/bash
echo "1" > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward
ipvsadm -C    ## 清除缓存
ipvsadm -A -t 12.0.0.1:80 -s rr      ## 指向-A  vip地址（虚拟服务器）  -s  启用算法 rr  轮询算法
ipvsadm  -a -t 12.0.0.1:80 -r 192.168.200.40:80 -m    ## -a  是定位 指定地址（真实服务器）  -a -t 指向     -m 指的是用NAT 模式
ipvsadm  -a  -t 12.0.0.1:80 -r 192.168.200.50:80 -m
ipvsadm     ## 启用

chmod 777 nat.sh
./nat.sh

5.6 客户端访问验证