LVS负载均衡群集（NAT模式）

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

群集的作用

● 对外只表现为一个整体
● 接待用户请求

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，单台服务器力不从心

解决方法

● 使用价格昂贵的小型机、大型机
● 使用普通服务器构建服务群集

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
● 高性能运算群集

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

高可用群集(High Availability 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

高性能运算群集(High Performance Computer Cluster)

● 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
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)
● 第二层，服务器池(Server Pool)
● 第三层，共享存储(Share Storage)

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 —— NAT
● IP隧道 —— Tunnel
● 直接路由 —— DR
注释：三种模式都是使用LVS进行调度的。

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

优点：安全性要优于其他两种方式
缺点：负载量相较于另外两种方式较低

TUN模式

■ IP隧道
● lPTunnel，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
● 特点：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

优点：可以承载更多用户
与Tunnel相同点：
都是各web节点直接响应客户机
Tunnel和DR的区别：
1.Tunnel具有独立的公网IP地址，DR没有。
2.Tunnel各web节点和调度器IP隧道通讯
DR各web节点和调度器局域网通讯
3.TUNWeb节点直接响应客户机
DRWeb节点需通过路由器响应客户机

关于LVS虚拟服务器

Linux Virtual Server

● 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
● 官方网站: http://www.linuxvirtualserver.orgl
modprove ip_vs #查看内核对LVS是否支持
cat /proc/net/ip_vs #查看版本信息

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(WeightedLeast 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使用ipvsadm工具

LVS群集创建与管理

● 创建虚拟服务器→添加、删除服务器节点→查看群集及节点情况→保存负载分配策略

案例:LVS-NAT部署实战

案例环境

● LVS调度器作为Web服务器池的网关，LVS两块网卡，分别连接内外网，使用轮询(rr)调度算法

部署步骤

1．加载ip_vs模块，安装ipvsadm工具
2．开启路由准发
3．新建LVS虚拟服务器并添加节点服务器
4．配置节点服务器
● 建立测试网站
● 挂载NFS共享存储
● 建立测试网页
5.保存规则并测试

部署流程

1.添加网关

GATEWAY=192.168.10.10    #web1和web2添加

[root@web1 ~]# route -n       #查看网关

[root@web2 ~]# route -n       #查看网关

2.配置LVS调度器

[root@lvs ~]# vi /etc/sysctl.conf    #开启路由功能
     net.ipv4.ip_forward=1
[root@lvs ~]# sysctl -p                  #生效

[root@lvs ~]# modprobe ip_vs                        #加载LVS内核模块
[root@lvs ~]# cat /proc/net/ip_vs                    #查看版本信息
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)    #版本信息
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
  -> RemoteAddress:Port Forward Weight ActiveConn InActConn
[root@lvs ~]# yum -y install ipvsadm              #安装管理软件ipvsabm,不需要启动
[root@lvs ~]# vi /nat.sh                          #编辑调度器脚本
  #! /bin/bash
  ipvsadm -C                                       #清除内核虚拟服务器表中的所有记录
  ipvsadm -A -t 192.168.20.10:80 -s rr      #创建虚拟服务器
  ipvsadm -a -t 192.168.20.10:80 -r 192.168.10.20:80 -m   #添加服务器节点，虚拟  地址映射真实web1地址
  ipvsadm -a -t 192.168.20.10:80 -r 192.168.10.30:80 -m   #添加服务器节点，虚拟地址映射真实web2地址
  ipvsadm -Ln     #查看节点状态，加个“-n”将以数字形式显示地址、端口信息

选项注释:

"-A"表示添加虚拟服务器
"-a"表示添加真实服务器
"-t"用来指定VIP地址及TCP端口
"-r"用来指定RIP地址及TCP端口
"-s"用来指定负载调度算法一一rr(轮询）、wrr(加权轮询)、lc(最少连接)、wlc（加权最少连接)
"-m"表示使用NAT群集模式("-g"是DR模式，"-i"是TUN模式)

3.配置NFS服务器

[root@nfs ~]# yum -y install rpcbind nfs-utils
[root@nfs ~]# mkdir /opt/web1              #创建共享目录
[root@nfs ~]# mkdir /opt/web2
[root@nfs ~]# echo "<h1>this is web1.</h1>" > /opt/web1/index.html    #创建网页主页
[root@nfs ~]# echo "<h1>this is web2.</h1>" > /opt/web2/index.html    #创建网页主页
[root@nfs ~]# vi /etc/exports
  /opt/web1 192.168.10.20(ro)                 
  /opt/web2 192.168.10.30(ro)
[root@nfs ~]# systemctl restart nfs
[root@nfs ~]# systemctl restart rpcbind
[root@nfs ~]# systemctl status nfs                 #查看服务状态
[root@nfs ~]# systemctl status rpcbind
[root@nfs ~]# systemctl stop firewalld            #关闭防火墙
[root@nfs ~]# setenforce 0
[root@nfs ~]# showmount -e                           #查看本地共享目录情况

4.配置web1

[root@web1 ~]# yum -y install httpd
[root@web1 ~]# showmount -e 192.168.10.50

[root@web1 ~]# mount 192.168.10.50:/opt/web1 /var/www/html/
[root@web1 ~]# df -Th

[root@web1 ~]# systemctl start httpd
[root@web2 ~]# netstat -anpt | grep httpd

[root@web1 ~]# curl http://localhost

5.配置web2

[root@web2 ~]# yum -y install httpd
[root@web2 ~]# showmount -e 192.168.10.50

[root@web2 ~]# mount 192.168.10.50:/opt/web2 /var/www/html/
[root@web2 ~]# df -Th

[root@web2 ~]# curl http://localhost

6.运行脚本

sh /nat.sh        #web1和web2配置好之后运行脚本

7.客户机查看效果
访问192.168.20.10