LVS负载均衡集群：NAT模式
一.群集概述
1.1什么是群集
群集又称为集群，就是将多台主机作为一个整体（相当于一台大型计算机），对外提供服务并且只提供一个对内访问的入口。
1.2为什么要创建集群
问题：
在互联网的应用中，需要考虑到多方面，对硬件的性能、响应的速度、数据的稳定性能等等。导致了一台服务器已经完全无法满足负载均衡的需求。
解决办法：
①使用昂贵的小型机，大型机
②使用普通服务器来构建服务群集：
- 可以通过加装多台服务器为一个群集，使用LVS来达到服务器的高可用和负载均衡，并且也可以通过一个接口提供对外服务。
- 常用的群集技术就是LVS（Linux Virtual Server，Linux的虚拟服务器）。
1.3集群的分类
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、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，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
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，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。例如，"故障切换” “双机热备” 等
③高性能运算群集
●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
●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
扩展：异地灾备
- 异地保存备份数据，避免一些情况，比如火灾地震造成的数据丢失，提高容灾能力。
- 备份数据与使用中的数据通过rsync实现实时同步
二.负载均衡群集
2.1负载均衡的结构
①负载调度器
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。
②站点服务器
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。
③NFS存储池
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。
2.2 负载均衡集群的工作模式
①地址转换（NAT模式）
● 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
②IP隧道（TUN模式）
● 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直接路由（DR模式）
● 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
三.LVS虚拟服务器
3.1LVS的负载调度算法
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
3.2ipvsadm的工具
ipvsadm是在负载调度器上使用的LVS群集管理工具，通过调用ip_vs模块来添加、删除服务器节点 ，以 及查看群集的运行状态。在CentOS7系统中，需要手动安装ipvsadm.x86_64 0:1.27-7.el7 软件包。
LVS 群集的管理工作主要包括创建虚拟服务器、添加服务器节点、查看群集节点状态、 删除服务器节点和保存负载分配策略。
3.2.1ipvsadm安装
ipvsadm工具支持yum安装
3.2.2ipvsadm选项
ipvsadm选项： -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
常用术语解释：
CIP：Client IP，表示的是客户端 IP 地址。
VIP：Virtual IP，表示负载均衡对外提供访问的 IP 地址，一般负载均衡 IP 都会通过 Virtual IP 实现高可用。
RIP：RealServer IP，表示负载均衡后端的真实服务器 IP 地址。
DIP：Director IP，表示负载均衡与后端服务器通信的 IP 地址。
CMAC：客户端的 MAC 地址，准确的应该是 LVS 连接的路由器的 MAC 地址。
VMAC：负载均衡 LVS 的 VIP 对应的 MAC 地址。
DMAC：负载均衡 LVS 的 DIP 对应的 MAC 地址。
RMAC：后端真实服务器的 RIP 地址对应的 MAC 地址。
四.LVS-NAT模式部署
4.1实验环境准备
Director调度服务器：①内网ens33：192.168.61.100 ②外网ens37：12.0.0.1
web1服务器：192.168.61.101
web2服务器：192.168.61.102
NFS服务器：192.168.61.200
4.2部署过程描述
4.2.1部署共享存储(NFS服务器：192.168.1.200)
systemctl stop firewalld.service systemctl disable firewalld.service setenforce 0 yum install nfs-utils rpcbind -y systemctl start rpcbind.service systemctl start nfs.service systemctl enable rpcbind.service systemctl enable nfs.service mkdir /opt/suo /opt/luo chmod 777 /opt/suo /opt/luo echo 'this is suo web!' > /opt/suo/index.html echo 'this is luo web!' > /opt/luo/index.html vim /etc/exports /opt/suo 192.168.61.0/24(rw,sync) /opt/luo 192.168.61.0/24(rw,sync) --发布共享--- exportfs -rv
4.2.2配置节点服务器（web1：192.168.61.101 web2:192.68.61.102）
systemctl stop firewalld.service systemctl disable firewalld.service setenforce 0 yum install httpd -y systemctl start httpd.service systemctl enable httpd.service yum install nfs-utils rpcbind -y showmount -e 192.168.2.100 systemctl start rpcbind.service systemctl start nfs.service systemctl enable rpcbind.service systemctl enable nfs.service
web1配置： --192.168.61.101--- mount.nfs 192.168.61.200:/opt/suo /var/www/html vim /etc/fstab 192.168.61.200:/opt/suo /myshare nfs defaults,_netdev 0 0 web2配置： --192.168.61.102--- mount.nfs 192.168.61.200:/opt/luo /var/www/html vim /etc/fstab 192.168.61.102:/opt/luo /myshare nfs defaults,_netdev 0 0
4.2.3配置负载调度器（①内网ens33：192.168.61.100 ②外网ens37：12.0.0.1）
①关闭防火墙与增强功能
systemctl stop firewalld.service systemctl disable firewalld.service setenforce 0
②配置SNAT转发规则
vim /etc/sysctl.conf net.ipv4.ip_forward = 1 #添加ip路由转发 或 echo '1' > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward sysctl -p iptables -t nat -F iptables -F iptables -t nat -A POSTROUTING -s 192.168.61.0/24 -o ens37 -j SNAT --to-source 12.0.0.1
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 ##加载全部模块 for i in $(ls /usr/lib/modules/$(uname -r)/kernel/net/netfilter/ipvs|grep -o "^[^.]*");do echo $i; /sbin/modinfo -F filename $i >/dev/null 2>&1 && /sbin/modprobe $i;done
④安装ipvsadm 管理工具
yum -y install ipvsadm --启动服务前须保存负载分配策略--- ipvsadm-save > /etc/sysconfig/ipvsadm 或者 ipvsadm --save > /etc/sysconfig/ipvsadm systemctl start ipvsadm.service
⑤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 192.168.61.101:80 -m [-w 1] #添加真实ip ipvsadm -a -t 12.0.0.1:80 -r 192.168.61.102:80 -m [-w 1] #添加真实ip 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 ipvsadm -d -t 12.0.0.1:80 -r 192.168.61.102:80 -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
4.2.4测试NAT模式部署效果
使用浏览器访问http：//12.0.0.1，不断刷新浏览器，查看负载均衡效果
