LVS负载均衡群集部署—群集介绍及NAT模式部署
一、企业群集应用
1.1 群集的含义
1.Cluster，群集，集群
2.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地址），相当于一台大型计算机
1.2 问题出现
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，单台服务器已经无法满足负载均衡及高可用的要求
1.3 解决办法
1.使用价格昂贵的小型机、大型机
2.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来达到服务器的高可用和负载均衡，并以同一个ip地址对外提供相同的服务。在企业中常用的一种群集技术——LVS（linux virtual server，linux虚拟服务器）
1.4 根据群集所针对的目标差异进行分类
1.负载均衡群集
2.高可用群集
3.高性能运算群集
1.4.1 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压力，例如“DNS轮询”“反向代理”等
1.4.2 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，但在出现故障时从节点自动切换为主节点。例如“故障切换”“双机热备”等
1.4.3 高性能运算群集
1.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，例如“云计算”“网格计算”等
二、负载均衡群集架构
1.第一层，负载调度器：对外，由调度器服务器提供一个VIP（群集ip地址）作为访问整个群集的唯一入口，对内，按照分流算法分发流量/请求给服务器池。通常会配置主备两台调度器实现热备份，确保高可用性
2.第二层，节点服务器池：能允许所有服务器的资源通过，每个节点都具有独立的RIP地址（真实ip），处理调度器分发过来的客户机请求
3.第三层，共享存储：共享存储为服务器提供存储空间，可以使用NAS设备或者提供NFS共享服务的专用服务器
三、负载均衡群集工作模式分析
1.地址转换（NAT模式）
2.IP隧道 （TUN模式）
3.直接路由（DR模式）
3.1 NAT模式
1.Network Address Translation，简称NAT模式
2.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，在高并发场景中负载压力高
3.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
3.2 TUN模式
1.IP Tunnel，简称TUN模式
2.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
3.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，数据转发受IP隧道影响
3.3 DR模式
1.Direct Routing，简称DR模式
2.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
3.负载调度器与各节点服务器通过本地网络连接（路由器+交换机），不需要建立专用的IP隧道，数据不受额外影响
四、LVS的负载调度算法
| 算法模式 | 说明 |
|---|---|
| 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、ipvsadm工具
5.1 调用ip_vs模块
LVS默认编译为ip_vs模块，必要时能够自动调用。在centos7中，可以手动添加ip_vs模块，并查看模块版本信息
modprobe ip_vs
cat /proc/net/ip_vs
5.2 ip_vs用法
| 选项 | 功能 |
|---|---|
| -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 |
六、案例：LVS-NAT部署
6.1 需求
1.LVS调度器作为Web服务器池的网关，LVS具有两块网卡，分别连接内外网，使用轮询（rr）调度算法，ens33连接内网192.168.80.11，ens36连接外网12.0.0.1
2.web服务器1:192.168.80.12
3.web服务器2:192.168.80.13
4.NFS服务器：192.168.80.14
5.windows客户端：12.0.0.12访问lvs调度器外网12.0.0.1
6.2 部署NFS（192.168.80.14）
systemctl stop firewalld.service
systemctl disable firewalld.service
setenforce 0
yum -y install nfs-utils rpcbind
systemctl start rpcbind.service
systemctl start nfs.service
mkdir /opt/gxd
mkdir /opt/ggg
chmod 777 /opt/gxd
chmod 777 /opt/ggg
vim /etc/exports
/opt/gxd 192.168.80.0/24(rw，sync)
/opt/ggg 192.168.80.0/24(rw，sync)
exportfs -rv
showmount -e
6.3 部署web服务器（192.168.80.12/192.168.80.13）
6.3.1 配置
systemctl stop firewalld.service
systemctl disable firewalld.service
setenforce 0
yum install -y httpd
systemctl start httpd
yum -y install nfs-utils rpcbind
showmount -e 192.168.80.14
systemctl start rpcbind
systemctl start nfs
------------web服务器1：192.168.80.12-------------
mount 192.168.80.14:/opt/gxd /var/www/html
echo 'woshiwuyifan' > /var/www/html/index.html
vim /etc/fstab #可配置自动挂载
192.168.80.14:/opt/gxd /var/www/html defaults，_netdev 0 0
------------web服务器2：192.168.80.13-------------
mount 192.168.80.14:/opt/ggg /var/www/html
echo 'woshigutianle' > /var/www/html/index.html
vim /etc/fstab #可配置自动挂载
192.168.80.14:/opt/ggg /var/www/html defaults，_netdev 0 0
注释DNS，且把网关地址改为负载调度器地址
6.3.2 web服务器1：192.168.80.12
6.3.3 web服务器2：192.168.80.13
6.4 配置负载调度器（192.168.80.11）
6.4.1 修改两张网卡
6.4.2 配置SNAT
systemctl stop firewalld.service
systemctl disable firewalld.service
setenforce 0
yum -y install iptables
vim /etc/sysctl.conf
net.ipv4.ip_forward = 1 #打开路由转发
或
echo '1' > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward
sysctl -p
iptables -t nat -F #清空nat的规则链
iptables -F #清空规则链
iptables -t nat -A POSTROUTING -s 192.168.80.0/24 -o ens36 -j SNAT --to-source 12.0.0.1
6.4.3 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
6.4.4 安装ipvsadm管理工具
yum -y install ipvsadm
ipvsadm-save > /etc/sysconfig/ipvsadm
或
ipvsadm --save > /etc/sysconfig/ipvsadm #启动服务前须保存策略
systemctl start ipvsadm
6.4.5 配置负载均衡策略
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 192.168.80.12:80 -m
ipvsadm -a -t 12.0.0.1:80 -r 192.168.80.13:80 -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
6.4.6 删除后还原
ipvsadm -d -t 12.0.0.1:80 -r 192.168.80.12:80 #删除群集中某个节点服务器
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（务必要保存策略，如果删除后，停止再启动，保存的策略会失效）
6.5 windows客户端访问
6.5.1 配置外网地址
6.5.2 访问测试
