LVS負載均衡群集概念、NAT模式LVS負載均衡實戰部署

LVS負載均衡群集概念、NAT模式LVS負載均衡實戰部署

一、群集和含義

叢集、群集

由多臺主機構成，但對外，只表現為一個整體，只提供一個訪問入口（域名或IP），相當於一臺大型計算機。

Ⅰ、群集存在的必要

網際網路應用中，隨著站點對硬體效能、響應速度、服務穩定性、資料可靠性等要求越來越高，單臺伺服器無法滿足負載均衡及高可用的需求。

Ⅱ、解決方法

使用價格昂貴的小型機、大型機。

使用多臺相對廉價的普通伺服器構建服務群集。

透過整合多臺伺服器，使用LVS來達到伺服器高可用和負載均衡，並於同一個IP地址對外提供相同服務。

這就是企業中常用的一種群集技術——LVS（Linux Virtual Server ，Linux虛擬伺服器）。

二、群集可分為三種

根據叢集針對的目標差異，可分為三種

負載均衡群集

高可用群集

高效能群集

Ⅰ、負載均衡群集（Load Balance Cluster）

1、提高應用系統的響應能力、儘可能處理更多的訪問請求、減少延遲為目標，獲得高併發、高負載(LB)的整體效能。

2、LB的負載分配依賴於主節點的分流演算法，將來自客戶機的訪問請求分擔給多個伺服器節點，從而緩解整個系統的負載。

Ⅱ、高可用群集（High Availability Cluster）

1、提高應用系統的可靠性、儘可能地減少中斷時間為目標，確保服務的連續性，達到高可用(HA) 的容錯效果。

2、HA的工作方式包括雙工和主從兩種模式，雙工即所有節點同時線上；主從則只有主節點線上，但當出現故障時從節點能自動切換為主節點。

例如：“故障切換”、“雙機熱備” 等。

Ⅲ、高效能運算群集(High Performance Computer Cluster)

1、以提高應用系統的CPU運算速度、擴充套件硬體資源和分析能力為目標，獲得相當於大型、超級計算機的高效能運算(HPC)能力。

2、高效能依賴於"分散式運算”、“平行計算” ， 透過專用硬體和軟體將多個伺服器的CPU、記憶體等資源整合在一起，實現只有大型、超級計算機才具備的計算能力。例如，“雲端計算”、“網格計算”等。

三、負載均衡群集架構

其結構

第一層，負載排程器(Load Balancer或Director)

訪問整個群集系統的唯一入口， 對外使用所有伺服器共有的VIP地址，也稱為群集IP地址。通常會配置主、備兩臺排程器實現熱備份，當主排程器失效以後能夠平滑替換至備用排程器，確保高可用性。

第二層，伺服器池(Server Pool)

群集所提供的應用服務、由伺服器池承擔，其中每個節點具有獨立的RIP地址(真實IP)，只處理排程器分發過來的客戶機請求。當某個節點暫時失效時，負載排程器的容錯機制會將其隔離，等待錯誤排除以後再重新納入伺服器池。

第三層，共享儲存(Share Storage)

為伺服器池中的所有節點提供穩定、一致的檔案存取服務， 確保整個群集的統一性共享儲存可以使用NAS裝置,或者提供NFS共享服務的專用伺服器。

四、負載均衡群集工作模式分析

負載均衡群集是目前企業用得最多的群集型別

群集的負載排程技術有3種工作模式

地址轉換（NAT模式）

IP隧道 （TUN模式）

直接路由（DR模式）

五、三種負載排程工作模式

（一）、NAT模式

地址轉換

Network Address Translation，簡稱NAT模式

類似於防火牆的私有網路結構，負載排程器作為所有伺服器節點的閘道器，即作為客戶機的訪問入口，也是各節點回應客戶機的訪問出口

伺服器節點使用私有IP地址，與負載排程器位於同一個物理網路，安全性要優於其他兩種方式

（二）、TUN模式

IP隧道

IP Tunnel,簡稱TUN模式

採用開放式的網路結構，負載排程器僅作為客戶機的訪問入口，各節點透過各自的Internet連線直接回應客戶機，而不再經過負載排程器

伺服器節點分散在網際網路中的不同位置,具有獨立的公網IP地址，透過專用IP隧道與負載排程器相互通訊

（三）、DR模式

直接路由

Direct Routing，簡稱DR模式

採用半開放式的網路結構，與TUN模式的結構類似，但各節點並不是分散在各地，而是與排程器位於同一個物理網路

負載排程器與各節點伺服器透過本地網路連線，不需要建立專用的IP隧道

六、LVS虛擬伺服器

Linux Virtual Server

針對Linux核心開發的負載均衡解決方案

1998年5月，由我國的章文嵩博士建立

官方網站: 

LVS 實際上相當於基於IP地址的虛擬化應用， 為基於IP地址和內容請求分發的負載均衡提出了一種高效的解決方法

LVS現在已成為Linux核心的一部分，預設編譯為ip_ vs模組，必要時能夠自動呼叫。在CentOS 7系統中，以下操作可以手動載入ip_ vs模組，並檢視當前系統中ip_ vs模組的版本資訊。

modprobe ip_vs

cat /proc/net/ip_vs    #確認核心對LVS的支援

1.

2.

七、LVS的負載排程演算法

1、輪詢(Round Robin)

● 將收到的訪問請求按照順序輪流分配給群集中的各節點(真實伺服器) ,均等地對待每一臺伺服器 ，而不管伺服器實際的連線數和系統負載

2、加權輪詢 (Weighted Round Robin)

● 根據排程器設定的權重值來分發請求，權重值高的節點優先獲得任務，分配的請求數越多

● 保證效能強的伺服器承擔更多的訪問流量

3、最少連線 (Least Connections )

● 根據真實伺服器已建立的連線數進行分配，將收到的訪問請求優先分配給連線數最少的節點

4、加權最少連線(Weighted L east Connections )

● 在伺服器節點的效能差異較大時，可以為真實伺服器自動調整權重

● 效能較高的節點將承擔更大比例的活動連線負載

八、ipvsadm工具

建立虛擬伺服器 新增、刪除伺服器節點 檢視群集及節點情況 儲存負載分配策略

ipvsadm功能與選項說明

選項 功能

-A 新增虛擬伺服器

-D 刪除整個虛擬伺服器

-s 指定負載排程演算法（輪詢：rr、加權輪詢：wrr、最少連線：lc、加權最少連線：wlc）

-a 表示新增真實伺服器（節點伺服器）

-d 刪除某一個節點

-t 指定 VIP地址及 TCP埠

-r 指定 RIP地址及 TCP埠

-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 設定權重（權重為 0 時表示暫停節點）

-p 60 表示保持長連線60秒

-l 列表檢視 LVS 虛擬伺服器（預設為檢視所有）

-n 以數字形式顯示地址、埠等資訊，常與“-l”選項組合使用。ipvsadm -ln

九、NAT 模式LVS負載均衡群集部署

LVS排程器作為Web 伺服器池的閘道器，LVS具有兩塊網路卡，分別連線內外網，使用輪詢（rr）排程演算法

主機 IP地址 工具/軟體/安裝包

負載均衡器 內網：192.168.184.10、外網：12.0.0.1 ipvsadm

NFS伺服器 192.168.184.20 rpcbind、nfs-utils

Web節點伺服器1 192.168.184.30 rpcbind、nfs-utils、httpd

Web節點伺服器2 192.168.184.40 rpcbind、nfs-utils、httpd

客戶端 12.0.0.12

Ⅰ、部署共享儲存（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