LVS负载均衡群集概念、NAT模式LVS负载均衡实战部署

一、群集和含义

集群、群集

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），相当于一台大型计算机。

Ⅰ、群集存在的必要

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，单台服务器无法满足负载均衡及高可用的需求。

Ⅱ、解决方法

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来达到服务器高可用和负载均衡，并于同一个IP地址对外提供相同服务。

这就是企业中常用的一种群集技术——LVS（Linux Virtual Server ，Linux虚拟服务器）。

二、群集可分为三种

根据集群针对的目标差异，可分为三种

负载均衡群集

高可用群集

高性能群集

Ⅰ、负载均衡群集（Load Balance Cluster）

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。

Ⅱ、高可用群集（High Availability Cluster）

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。

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

1、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。

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。

三、负载均衡群集架构

其结构

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。

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。

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。

四、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3种工作模式

地址转换（NAT模式）

IP隧道 （TUN模式）

直接路由（DR模式）

五、三种负载调度工作模式

（一）、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

（二）、TUN模式

IP隧道

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

（三）、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

六、LVS虚拟服务器

Linux Virtual Server

针对Linux内核开发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

LVS 实际上相当于基于IP地址的虚拟化应用， 为基于IP地址和内容请求分发的负载均衡提出了一种高效的解决方法

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，以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 ip_vs

cat /proc/net/ip_vs    #确认内核对LVS的支持

1.

2.

七、LVS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

八、ipvsadm工具

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

ipvsadm功能与选项说明

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

九、NAT 模式LVS负载均衡群集部署

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

主机 IP地址 工具/软件/安装包

负载均衡器 内网：192.168.184.10、外网：12.0.0.1 ipvsadm

NFS服务器 192.168.184.20 rpcbind、nfs-utils

Web节点服务器1 192.168.184.30 rpcbind、nfs-utils、httpd

Web节点服务器2 192.168.184.40 rpcbind、nfs-utils、httpd

客户端 12.0.0.12

Ⅰ、部署共享存储（NFS）

systemctl stop firewalld.service

systemctl disable firewalld.service

setenforce 0

yum -y install nfs-utils rpcbind

systemctl start rpcbind.service

systemctl start nfs.service

systemctl enable nfs.service

systemctl enable rpcbind.service

mkdir /opt/lic

mkdir /opt/kiki

chmod 777 /opt/lic

chmod 777 /opt/kiki

vim /etc/exports

/usr/share *(ro,sync)

/opt/lic 192.168.184.0/24(rw,sync)

/opt/kiki 192.168.184.0/24(rw,sync)

exportfs -rv