快速了解LVS负载均衡群集及部署LVS-NAT（地址转换）群集
摘要
lvs（linux virtual server），linux虚拟服务器，是一个虚拟的四层交换器集群系统，根据目标地址和目标端口实现用户请求转发，本身不产生流量，只做用户请求转发，目前是负载均衡性能最好的集群系统，那么负载均衡实现了很好可伸缩性，节点数目可以增
长到几千，甚至几万。后期也由很多用户参与开发LVS辅助工具和辅助组件，最出名的就是alexandre为LVS编写的keepalived，它最初专门用于监控LVS，之后又加入VRRP实现高可用功能。
负载调度器，真实服务器群节点一起被称为LVS，LVS负载调度器（有时也称为负载均衡器），接收服务的所有接入服务集群的请求，并决定集群中的哪个节点应该回复其请求。
1）、负载调度器（director）：作为整个集群的前端，主要将用户请求分发至真实服务器中进行处理。
2）、真实服务器池：由多个功能相同的真是服务器组成，为用户提供真正的网络服务，如web服务，邮件服务等。且虚拟服务器集群作为一个可伸缩的集群，可自由添加深处真是服务器而并步影响整个集群的正常工作。
3）、共享存储：作用就是让每个用户访问的资源都是一样的，服务器支持写操作，才建议使用
LVS集群的高可用，虽然LVS负载均衡性能很好，但是如果其中节点故障，LVS是无法感知的，因此产生了LVS周边的一个辅助工具KeepAlived，用于监控检查兼容性非常好，如果RS一个节点挂掉，keepalived会将此节点从管理列表中剔出，当节点恢复再拉回管理列表，但是此时的调度器存在单点故障的可能性，所以还必须使用其他软件来实现调度器的高可用，比如hearbeat。
一、企业群集应用概述
1.1、群集的含义
1.1.1、Cluster，集群，群集
1.1.2、有多台主机构成，但对外只表现为一个整体
1.2、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
1.3、解决方法
1.3.1、使用价格昂贵的小型机、大型机
1.3.2、使用普通服务器构建服务器群集
1.4、高可用群集
1.4.1、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
1.4.2、HA的工作方式包括双工和主从两种模式
1.5、高性能运算群集（High Performance Computer Cluster）
1.5.1、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
1.5.2、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
二、负载均衡群集架构
2.1、负载均衡的结构
①第一层，负载调度器（Load Balancer或Director）
②第二层，服务器池（Server Pool）
③第三层，共享存储（Share Storage）
2.2、负载均衡结构图
2.3、负载均衡群集工作模式分析
2.3.1、负载均衡群集是目前企业用得最多的群集类型
2.3.2、群集的负载调度技术有三种工作模式
①地址转换
②IP隧道
③直接路由
2.4、NAT模式（地址转换）
2.4.1、Network Address Translation，简称NAT模式
2.4.2、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
2.4.3、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
2.5、TUN模式（IP隧道）
2.5.1、IP Tunnel，简称TUN模式
2.5.2、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
2.5.3、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
2.6、DR模式（直接路由）
2.6.1、Direct Routing，简称DR模式
2.6.2、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
2.6.3、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、关于LVS虚拟服务器
3.1、Linux Virtual Server
3.1.1、针对Linux内核的负载均衡解决方案
3.1.2、1998年5月，由我国的章文嵩博士创建
3.1.3、官方网站：http://www.linuxvirtualserver.org/
3.2、LVS的负载调度算法
3.2.1、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
3.2.2、加权轮询（Weighted Round Robin）
①根据调度器设置地权重值来分发请求，权重值高地节点优先获得任务，分配的请求数越多
②保证性能强的服务器承担更多的访问流量
3.2.3、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
3.2.4、加权最少连接（Weighted Least Connections）
①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
②性能较高的节点将承担更大比例的活动连接负载
四、使用ipvsadm工具
4.1、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
4.2、Network File System，网络文件系统
4.2.1、依赖于RPC（远端过程调用）
4.2.2、需安装nfs-utils、rpcbind软件包
4.2.3、系统服务：nfs、rpcbind
4.2.4、共享配置文件：/etc/exports
4.3、使用NFS发布共享资源
4.3.1、安装nfs-utils、rpcbind软件包
4.3.2、设置共享目录
4.3.3、启动NFS服务程序
4.3.4、查看本机发布的NFS共享目录
4.4、在客户机中访问NFS共享资源
4.4.1、安装rpcbing软件包，并启动rpcbind服务
4.4.2、手动挂载NFS共享目录
4.4.3、fstab自动挂载设置
五、案例：LVS-NAT部署
5.1、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（rr）调度算法
5.2、部署步骤
5.2.1、加载ip_vs模块，安装ipvsadm工具
5.2.2、开启路由准发
5.2.3、新建LVS虚拟服务器并添加节点服务器
5.2.4、配置节点服务器
①建立测试网站
②挂载NFS共享存储
③建立测试网页
5.2.5、保存规则并测试
5.3、部署过程
5.3.1、LVS相关术语
①DS：Director Server。指的是前端负载均衡器节点。
②RS：Real Server。后端真实的工作服务器。
③VIP：向外部直接面向用户请求，作为用户请求的目标的IP地址。
④DIP：Director Server IP，主要用于和内部主机通讯的IP地址。
⑤RIP：Real Server IP，后端服务器的IP地址。
⑥CIP：Client IP，访问客户端的IP地址
5.3.2、LVS-NAT模式的特性
①RS应该和DIP应该使用私网地址，且RS的网关要指向DIP
②请求和响应报文都要经由director转发；极高负载的场景中，director可能会成为系统瓶颈
④ RS可以使用任意OS
⑤ RS的RIP和Director的DIP必须在同一IP网络
5.3.3、环境
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调度服务器 |
192.168.100.10/24（内网） |
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192.168.1.42/24（外网） |
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Web1服务器 |
192.168.100.20/24 |
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Web2服务器 |
192.168.100.30/24 |
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NFS共享服务器 |
192.168.100.40/24 |
|
客户端一台 |
用于测试验证 |
5.3.4、配置调度服务器
1 加载ip_vs模块
2 [root@lvs ~]# modprobe ip_vs
3 [root@lvs ~]# cat /proc/net/ip_vs
4 IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
5 Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
6
7 安装管理软件ipvsadm
8 [root@lvs ~]# rpm -ivh /mnt/Packages/ipvsadm-1.27-7.el7.x86_64.rpm
9
10 开启路由地址转换功能
11 [root@lvs ~]# vi /etc/sysctl.conf
12 net.ipv4.ip_forward=1 #末尾添加
13
14 编辑调度服务器脚本
15 [root@lvs ~]# vi nat.sh
16 #!/bin/bash
17 ipvsadm -C #清除内核虚拟服务器表中的所有记录
18 ipvsadm -A -t 192.168.1.42:80 -s rr #创建虚拟服务器
19 ipvsadm -a -t 192.168.1.42:80 -r 192.168.100.20:80 -m #添加服务器节点
20 ipvsadm -a -t 192.168.1.42:80 -r 192.168.100.30:80 -m #添加服务器节点
21 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
22
23 执行脚本
24 [root@lvs ~]# sh nat.sh
25
26 ###选项注释
27 "-A":表示添加虚拟服务器
28 "-a":表示添加真实服务器
29 "-t":用来指定VIP地址及TCP端口
30 "-r":用来指定RIP地址及TCP端口
31 "-s":用来指定负载调度算法——rr（轮询）、wrr（加权轮询）、lc（最少连接）、wlc（加权最少连接）
32 "-m":表示使用NAT群集模式（是DR模式，是TUN模式）
5.3.5、配置NFS服务器
1 安装NFS服务
2 [root@nfs-server ~]# yum -y install rpcbind nfs-utils
3
4 创建测试目录并新建网页
5 [root@nfs-server ~]# mkdir -p /opt/web1
6 [root@nfs-server ~]# mkdir -p /opt/web2
7 [root@nfs-server ~]# echo '<h1>this is web 1!</h1>' > /opt/web1/index.html
8 [root@nfs-server ~]# echo '<h1>this is web 2!</h1>' > /opt/web2/index.html
9
10 设置访问权限
11 [root@nfs-server ~]# vi /etc/exports
12 /opt/web1 192.168.100.20(ro)
13 /opt/web2 192.168.100.30(ro)
14
15 开启服务并开机自启
16 [root@nfs-server ~]# systemctl start nfs
17 [root@nfs-server ~]# systemctl start rpcbind
18 [root@nfs-server ~]# systemctl enable nfs
19 [root@nfs-server ~]# systemctl enable rpcbind
20
21 查看访问权限
22 [root@nfs-server ~]# showmount -e
23 Export list for nfs-server:
24 /opt/web2 192.168.100.30
25 /opt/web1 192.168.100.20
5.3.6、配置Web1服务器
1 安装httpd服务
2 [root@web1 ~]# yum -y install httpd
3
4 挂载NFS服务
5 [root@web1 ~]# mount 192.168.100.40:/opt/web1 /var/www/html
6
7 查看权限
8 [root@web1 ~]# showmount -e 192.168.100.40
9 Export list for 192.168.100.40:
10 /opt/web2 192.168.100.30
11 /opt/web1 192.168.100.20
12
13 开启httpd服务
14 [root@web1 ~]# systemctl start httpd
15
16 本机访问
17 [root@web1 ~]# curl http://localhost
18 <h1>this is web1!</h1>
5.3.7、配置Web2服务器
1 安装httpd服务
2 [root@web1 ~]# yum -y install httpd
3
4 挂载NFS服务
5 [root@web1 ~]# mount 192.168.100.40:/opt/web2 /var/www/html
6
7 查看权限
8 [root@web1 ~]# showmount -e 192.168.100.40
9 Export list for 192.168.100.40:
10 /opt/web2 192.168.100.30
11 /opt/web1 192.168.100.20
12
13 开启httpd服务
14 [root@web1 ~]# systemctl start httpd
15
16 本机访问
17 [root@web1 ~]# curl http://localhost
18 <h1>this is web2!</h1>
5.3.8、客户机测试
①先访问web1和web2服务器的IP
②再测试LVS-NAT服务器IP
③查看节点状态
1 [root@lvs ~]# ipvsadm -Ln
2 IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
3 Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
4 -> RemoteAddress:Port Forward Weight ActiveConn InActConn
5 TCP 192.168.1.42:80 rr
6 -> 192.168.100.20:80 Masq 1 1 1
7 -> 192.168.100.30:80 Masq 1 0 2
8
9 #使用的是轮询，所以权重都是1
总结
基本上LVS-NAT就介绍到这里，个人还是觉得像要对LVS有一个比较全面的认识，还是需要去将官方文档认真的看过一遍。
