LVS负载均衡群集的概念、分类、工作模式以及NAT模式的部署

LVS负载均衡群集的概念、分类、工作模式以及NAT模式的部署

一、群集的概念 1、群集的含义 2、为什么会有群集 出现的问题 解决方法 结果 二、群集的分类 1、负载均衡群集 2、高可用群集 3、高性能群集 三、负载均衡群集架构和工作模式 1、负载均衡的结构 第一层,负载调度器(Load Balancer或Director) 第二层,服务器池(Server Pool) 第三层,共享存储(Share Storage) 2、负载均衡群集工作模式分析 1)NAT模式------地址转换 2)TUN模式------IP隧道 3)DR模式------直接路由 四、LVS虚拟服务器 1、Linux Virtual Server 2、LVS的管理工具:ipvsadm ipvsadm功能与选项说明 3、LVS的负载调度算法 1)轮询(Round Robin) 2)加权轮询 (Weighted Round Robin) 3)最少连接 (Least Connections ) 4)加权最少连接(Weighted L east Connections ) 五、LVS负载均衡NAT模式群集部署 环境配置 1、部署共享存储(NFS服务器:192.168.28.20) 2、配置节点服务器(192.168.28.30、192.168.28.40) Web-1(192.168.28.30) Web-2(192.168.28.40) 3、配置负载调度器(内网关 ens33:192.168.28.10,外网关 ens36:12.0.0.1) 添加网卡 (1)配置SNAT转发规则 (2)加载LVS内核模块 (3)安装ipvsadm 管理工具 (4)配置负载分配策略(NAT模式只要在负载均衡服务器上配置,节点服务器不需要特殊配置) 4、测试效果

一、群集的概念

1、群集的含义

群集:也被称为Cluster、集群。是由多台主机构成,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。

2、为什么会有群集

出现的问题

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,单台服务器无法满足负载均衡及高可用的需求。

解决方法

方法一:使用价格昂贵的小型机、大型机。(花费高)
方法二:使用多台相对廉价的普通服务器构建服务群集。(花费低)

结果

大部分企业都选择方法二整合多台服务器,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。而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、群集的分类

根据集群针对的目标差异,可分为以下三种

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。
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。
补充:这三种类型中,负载均衡群集和高可用群集通常结合使用。

三、负载均衡群集架构和工作模式

1、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。
在这里插入图片描述

2、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,模式如下

1)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

2)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

3)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

四、LVS虚拟服务器

1、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.org/
●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。

#加载ip_va模块
modprobe ip_vs
#确认内核对LVS的支持
cat /proc/net/ip_vs

2、LVS的管理工具:ipvsadm

在这里插入图片描述
要使用LVS的能力,只需安装一个LVS的管理工具:ipvsadm

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

3、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

五、LVS负载均衡NAT模式群集部署

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

环境配置

主机 操作系统 IP地址 工具/软件/安装包
负载均衡器 CentOS7 内网:192.168.28.10、外网:12.0.0.1 ipvsadm
NFS服务器 CentOS7 192.168.28.20 rpcbind、nfs-utils
Web节点服务器1 CentOS7 192.168.28.30 rpcbind、nfs-utils、httpd
Web节点服务器2 CentOS7 192.168.28.40 rpcbind、nfs-utils、httpd
客户端 Windows10 12.0.0.12

1、部署共享存储(NFS服务器:192.168.28.20)

systemctl stop firewalld.service				#关闭防火墙
systemctl disable firewalld.service
setenforce 0									#关闭系统安全机制

yum -y install nfs-utils rpcbind				#安装nfs的两个安装包,一般系统默认安装的

systemctl start rpcbind.service					#先启动rpcbind再开启nfs服务,要注意先后顺序
systemctl start nfs.service
systemctl enable nfs.service
systemctl enable rpcbind.service

mkdir /opt/meng									#在/opt目录下创建两个共享目录
mkdir /opt/xiang

chmod 777 /opt/meng 							#为这两个目录赋权,所有用户可读写执行
chmod 777 /opt/xiang

vim /etc/exports								#在/etc/exports里写入共享策略
/usr/share *(ro,sync)	
/opt/meng 192.168.28.0/24(rw,sync)				#两个目录共享给192.168.28.0网段,权限可读写 信息同步
/opt/xaing 192.168.28.0/24(rw,sync)

exportfs -rv									#发布共享

2、配置节点服务器(192.168.28.30、192.168.28.40)

systemctl stop firewalld.service
systemctl disable firewalld.service
setenforce 0

yum install httpd -y							#yum安装apache服务,默认首页目录为/var/www/html
systemctl start httpd.service					#启动httpd服务
systemctl enable httpd.service

yum -y install nfs-utils rpcbind				#安装nfs、rpcbind服务,一般系统默认自动安装
showmount -e 192.168.28.20						#查看共享目录

systemctl start rpcbind							#开启rpcbind服务
systemctl enable rpcbind

Web-1(192.168.28.30)

mount.nfs 192.168.28.20:/opt/meng /var/www/html				#将NFS服务器下的/opt/meng挂载到web-1服务器中httpd服务的默认首页目录/var/www/html下
df -h 														#查看挂载是否成功
echo 'this is meng web!' > /var/www/html/index.html			#在共享目录下编辑一个网页首页
cat /var/www/html/index.html

vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens33
修改网关信息:改为负载均衡服务器的IP(192.168.28.10)
把DNS注释掉

systemctl restart network

在这里插入图片描述

切换到NFS服务器:
cd /opt/meng
ls			
cat  index.html				#查看web-1中设置的网页主页

在这里插入图片描述

Web-2(192.168.28.40)

mount.nfs 192.168.28.20:/opt/xiang /var/www/html
echo 'this is xiang web!' > /var/www/html/index.html


vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens33
修改网关信息:改为负载均衡服务器的IP(192.168.28.10)
把DNS注释掉

systemctl restart network

在这里插入图片描述

3、配置负载调度器(内网关 ens33:192.168.28.10,外网关 ens36:12.0.0.1)

systemctl stop firewalld.service
systemctl disable firewalld.service
setenforce 0

添加网卡

在这里插入图片描述

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在设置完成后,要记得重启网卡

systemctl restart network

(1)配置SNAT转发规则

vim /etc/sysctl.conf
net.ipv4.ip_forward = 1					#添加IP转发功能
或
echo '1' > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward

sysctl -p								#读取修改后的配置

iptables -nL							#查看规则列表
iptables -t nat -F						#清理列表
iptables -F								

iptables -t nat -A POSTROUTING -s 192.168.28.0/24 -o ens36 -j SNAT --to-source 12.0.0.1		
#在nat表中的POSTROUTING链中添加规则:192.168.28.0/24网段的地址从ens36出去的时候转换成地址12.0.0.1,控制为SNAT

iptables -t nat -L						#查看列表

在这里插入图片描述

(2)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

在这里插入图片描述

(3)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
ipvsadm --save > /etc/sysconfig/ipvsadm

systemctl start ipvsadm.service

(4)配置负载分配策略(NAT模式只要在负载均衡服务器上配置,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 192.168.28.30:80 -m
ipvsadm -a -t 12.0.0.1:80 -r 192.168.28.40:80 -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						#保存分配策略
解释:
ipvsadm -A -t 12.0.0.1:80 -s rr		
#-A添加虚拟服务器	-t:指定VIP地址和端口	-s rr:指定算法为轮询
ipvsadm -a -t 12.0.0.1:80 -r 192.168.28.40:80 -m
#-a:添加真是服务器	-r:指定真是地址和端口	-m:表示使用NAT群集模式

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4、测试效果

在一台IP为12.0.0.12的客户机使用浏览器访问 http://12.0.0.1/ ,不断刷新浏览器测试负载均衡效果,刷新间隔需长点.
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