LVS负载均衡群集部署——NAT模式

1、群集应用概述

2、NAT模式LVS负载均衡群集部署

1、群集应用概述：

存在的问题：

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，单台服务器已经无法满足负载均衡及高可用的要求。

解决办法：

使用价格昂贵的小型机、大型机 、

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）

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

群集的三种类型：

a） 负载均衡群集

b） 高可用群集

c） 高性能运算群集

a）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

b）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

c）高性能运算群集：　　　　　　　　　　　　　　　

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

负载均衡的结构：

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，当朱调度器失效以后能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（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。

负载均衡群集工作模式：

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：

（NAT）地址转换
（TUN）IP隧道
（DR）直接路由

a）NAT模式——地址转换　　　　　　　　　　

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，挤座位客户机的访问入口，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

b）TUN模式——IP隧道　　　　　　　　　　

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，通过专用的IP隧道与负载调度器相互通信

c）DR模式——直接路由　　　　　　　　　　

采用半开放式的网络结构，与TUN模式的结构类似，单个节点并不是分散在各地，而是与调度器位图同一个物理网络

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

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

LVS群集创建与管理：

ipvsadm管理工具：

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，一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  ipvsadm -v   #确认内核对LVS的支持

cat /proc/net/ip_vs

ip_vs工具选项说明：

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

2、NAT模式LVS负载均衡群集部署：

案例环境：

负载调度器：内网关 ens33：192.168.80.80，外网关 ens37：12.0.0.1
Web节点服务器1：192.168.80.10
Web节点服务器2：192.168.80.20
NFS服务器：192.168.80.30
客户端：12.0.0.12

a）部署NFS服务器（192.168.80.30）

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/kgc /opt/benet

chmod 777 /opt/kgc /opt/benet

echo 'this is kgc web!' > /opt/kgc/index.html

echo 'this is benet web!' > /opt/benet/index.html

vim /etc/exports

/opt/kgc 192.168.80.0/24(rw,sync)

/opt/benet 192.168.80.0/24(rw,sync)

--发布共享---

exportfs -rv

b）配置节点服务器（192.168.80.10、192.168.80.20）
ens33网关需要设置为网关服务器

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 192.168.80.30

systemctl start rpcbind.service

systemctl start nfs.service

systemctl enable rpcbind.service

systemctl enable nfs.service

--192.168.80.10---

mount.nfs 192.168.80.30:/opt/kgc /var/www/html

vim /etc/fstab

192.168.80.30:/opt/kgc		/myshare	nfs defaults,_netdev	0  0

另一台节点服务器挂载如下：

--192.168.80.20---

mount.nfs 192.168.80.30:/opt/benet /var/www/html

vim /etc/fstab

192.168.80.30:/opt/benet		/myshare	nfs defaults,_netdev	0  0

c）配置负载调度器（内网关 ens33：192.168.80.1，外网关 ens36：12.0.0.1）

systemctl stop firewalld.service

systemctl disable firewalld.service

setenforce 0

→ 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 192.168.80.0/24 -o ens36 -j SNAT --to-source 12.0.0.1

→ 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

→ 安装ipvsadm

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

→ 配置负载分配策略

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 192.168.80.10:80 -m [-w 1]			#添加真实ip

ipvsadm -a -t 12.0.0.1:80 -r 192.168.80.20:80 -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 192.168.80.10:80 -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：