LVS负载均衡，LVS-NAT部署
一.LVS群集应用
1. 群集含义
- 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（域名与IP地址），相当于一台大型计算机。
2.群集的分类
- 负载均衡群集
- 高可用群集
- 高性能运算群集
| 群集名称 | 作用 |
|---|---|
| 负载均衡群集 | 1、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 2、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 | 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2、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。 |
| 高性能运算群集 | 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2、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 |
3. 负载均衡结构
- 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。
4. 群集的负载均衡技术的三种工作模式
- 负载均衡群集是目前企业用的最多的群集类型！
- 1.地址装换 （NAT模式）
- 2.IP隧道 （TUN模式）
- 3.直接路由 （DR模式）
1.NAT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
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. DR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
5.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.内核支持
- 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 #加载 ip_vs 模块
- cat /proc/net/ip_vs #查看 ip_vs 版本信息
6.LVS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
7.ipvsadm工具
1.LVS群集创建与管理
- 安装ipvsadm软件包
- yum -y install ipvsadm #安装软件包
- ipvsadm -v #查看软件包版本
2.ipadm工具选项
| 选项 | 说明 |
|---|---|
| -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 |
| -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 |
8.NAT模式 LVS负载均衡群集部署
- LVS负载调度器（centos7-5）：ens33 192.168.174.135ens36：12.0.0.1
- Web 节点服务器1（centos7-6）：192.168.174.134
- Web 节点服务器2（centos7-7）：192.168.174.136
- NFS服务器（centos7-8）：192.168.174.137
- 客户端（Window10）：192.168.80.200
1.部署共享存储（NFS服务器：192.168.174.135）
systemctl stop firewalld.service
systemctl disable firewalld.service
setenforce 0
yum install -y nfs-utils rpcbind #安装nfs共享所需软件包及开启nfs功能
systemctl start nfs.service
systemctl start rpcbind.service
systemctl enable nfs.service
systemctl enable rpcbind.service
mkdir /opt/gcc /opt/benet
chmod 777 /opt/gcc/ /opt/benet/
vim /etc/exports
/usr/share/ *(ro,sync)
/opt/gcc 192.168.174.0/24(rw,sync)
/opt/benet 192.168.174.0/24(rw,sync)
#发布共享
exportfs -rv
showmount -e
2.部署两台节点服务器 （192.167.174.134）（192.168.174.136）
systemctl stop firewalld.service
systemctl disable firewalld.service
setenforce 0
yum -y install httpd
systemctl start httpd.service
systemctl enable httpd.service
yum -y install nfs-utils rpcbind
systemctl start rpcbind.service
systemctl enable rpcbind.service
showmount -e 192.168.174.135
systemctl start nfs.service
systemctl enable nfs.service
-------------centos7-6：192.168.174.134---------------------
mount.nfs 192.168.174.135:/opt/lmx/var/www/html/
echo ‘this is lmx’ > /var/www/html/index.html
vim /etc/fstab
192.168.174.135:/opt/lmx/var/www/html nfs defaults,_netdev 0 0
mount -a
-------------centos7-7：192.168.174.136---------------------
mount.nfs 192.168.174.135:/opt/hqq/var/www/html/
echo ‘this is hqq’ > /var/www/html/index.html
vim /etc/fstab
192.168.174.135:/opt/hqq/var/www/html nfs defaults,_netdev 0 0
mount -a
3.配置负载调度器（内网关ens33 192.168.174.135、外网关ens36：12.0.0.1）
systemctl stop firewalld.service
systemctl disable firewalld.service
setenforce 0
（1）配置SNAT转发规则
vim /etc/sysctl.conf
net.ipv4.ip_forward=1
sysctl -p
iptables -t nat -F
iptables -F
iptables -t nat -nL
iptables -t nat -A POSTROUTING -s 192.168.174.0/24 -o ens36 -j SNAT --to-source 12.0.0.1
（2）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
（3）安装ipvsadm管理工具
yum install -y ipvsadm
#注意：启动服务前必须保存负载分配策略，否则将会报错
ipvsadm-save > /etc/sysconfig/ipvsadm
或者
ipvsadm --save > /etc/sysconfig/ipvsadm
systemctl start ipvsadm.service
（4）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
ipvsadm -a -t 12.0.0.1:80 -r 192.168.174.134:80 -m -w 1
ipvsadm -a -t 12.0.0.1:80 -r 192.168.174.136:80 -m -w 1
ipvsadm #启动策略
ipvsadm -ln #查看节点状态，Masq代表 NAT模式
ipvsadm-save > /etc/sysconfig/ipvsadm #保存策略
-
ipvsadm -d -t 12.0.0.1:80 -r 192.168.174.134:80 -m -w 1 #删除群集中某一节点服务器
-
ipvsadm -D -t 12.0.0.1:80 #删除整个虚拟服务器
-
systemctl stop ipvsadm #停止服务（清除策略）
-
systemctl start ipvsadm #启动服务（重建规则）
-
ipvsadm-restore > /etc/sysconfig/ipvsadm #恢复LVS策略
-
测试效果
在一台IP为12.0.0.12 的客户机上使用浏览器访问 http://12.0.0.1/，不断刷新浏览器测试负载均衡效果，刷新间隔需要长点。