LVS负载均衡集群之NAT模式
企业群集应用概述
群集的含义
群集又称为集群、Cluster、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。
集群的应用需求——为何存在？
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
解决方式
- 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。
在企业中常用的一种群集技术——LVS（Linux Virtual Server ，Linux虚拟服务器）
企业群集的分类
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
负载均衡群集（Load Balance Cluster）
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压力。例如，“DNS轮询”、“反向代理”等
高可用群集（High Availability Cluster）
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
高性能运算群集(High Performance Computer Cluster)
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
负载均衡群集架构
负载均衡的三层结构
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。
HA是Highly Available缩写，是双机集群系统简称，提高可用性集群，是保证业务连续性的有效解决方案，一般有两个或两个以上的节点，且分为活动节点及备用节点。
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三种工作模式
地址转换 NAT模式（NAT模式）
IP隧道（TUN模式）
直接路由（DR模式）
1.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，
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，（与nat模式区别）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Interneti车接直接回应客户机，而不再经过负载调度器 - 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
LVS的负载调度算法
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 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
LVS管理工具--ipvsadm
ipvsadm工具介绍
ipvsadm 是在负载调度器上使用LVS 群集管理工具，通过ip vs 模块添加，删除服务器节点，以及查看群集的运行
- 创建虚拟服务器
若群集的VIP 地址为192.168.100.2 ，针对TCP 80 端口提供负载分流服务，使用的调度算法为轮询，则对应的ipvsadm 命令操作如下所示，对于负载均衡调度器来说，VIP 必须是本机实际已启用的IP地址
ipvsadm -A -t 192.168.100.2:80 -s rr
-A ：表示创建的虚拟服务器
-t： 指定 IP地址和端口号
-s：表示指定的算法
2、添加服务器节点
为虚拟机服务器192.168.100.2 添加四个服务器节点，IP地址依次为192.168.100.10，192.168.100.20，192.168.100.30.对应的ipvsadm 命令操作如下所示，若希望使用保持连接，还应添加“-p 60 ”选项，其中60为保持时间（秒）
ipvsadm -a -t 192.168.100.2:80 -r 192.168.100.10:80 -m -w 1
ipvsadm -a -t 192.168.100.2:80 -r 192.168.100.20:80 -m -w 1
ipvsadm -a -t 192.168.100.2:80 -r 192.168.100.20:80 -m -w 1
-a 表示添加一个节点
-t 表示指定IP地址和端口号
-r 表示节点的地址和端口号
-m 表示使用的是net模式
-w 1 表示使用这台机器的权重（当权重为0时，表示暂停节点）
3.查看群集节点状态
结合选项-L 可以查看LVS 虚拟服务器，可以指定只查看某一个VIP 地址（默认为查看所有）结合选项-n 将以数字形式显示地址，端口等信息。
ipvsadm -Ln 查看节点状态
4.删除服务器节点
需要从服务器池中删除某一个节点时，使用选项 -d ，执行删除操作必须指定目标对象，包括节点地址，虚拟IP地址，例如：以下操作
ipvsadm -d -t 192.168.100.2:80 -r 192.168.100.10:80
5.保存负载均衡分配策略
使用导出/导入工具ipvsadm-save/ipvsadm-restore 可以保存，恢复LVS 策略，当然也可以快速清除，重建负载分配策略
ipvsadm-save -n > /etc/sysconfig/ipvsadm // 保存策略
cat /etc/sysconfig/ipvsadm //确保保存结果
systemctl stop ipvsadm //停止服务（清除策略）
systemctl start ipvsadm // 启动服务 （重建规则）
| ipvsadm 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 |
NAT模式LVS负载均衡群集部署
实验需求
负载调度器：内网关 ens33：192.168.10.19，外网关 ens36：12.0.0.1
Web节点服务器1：192.168.10.20
Web节点服务器2：192.168.10.21
NFS服务器：192.168.10.22
客户端：12.0.0.12（win10）
一、部署共享存储（NFS服务器：192.168.10.22）
systemctl stop firewalld.service
systemctl disable firewalld.service
setenforce 0yum -y install nfs-utils rpcbindsystemctl start rpcbind.service
systemctl start nfs.servicesystemctl enable nfs.service
systemctl enable rpcbind.servicemkdir /opt/zly
mkdir /opt/wan
或者mkdir /opt/zly /opt/wanchmod 777 /opt/zly
chmod 777 /opt/wan
或者chmod 777 /opt/zly /opt/wan vim /etc/exports
/usr/share *(ro,sync)
/opt/zly 192.168.10.0/24(rw,sync)
/opt/wan 192.168.10.0/24(rw,sync)exportfs -rv #发布共享
安装nfs的俩个安装包，并启动开机子自启
在/opt目录下创建俩个共享目录并赋权
在/etc/exports里面写入共享策略，发布共享
配置节点服务器（192.168.10.20、192.168.10.21）
两台机器一样的操作
systemctl stop firewalld.service
systemctl disable firewalld.service
setenforce 0yum install httpd -y
systemctl start httpd.service
systemctl enable httpd.serviceyum -y install nfs-utils rpcbind
showmount -e 192.168.10.22systemctl start rpcbind
systemctl enable rpcbind
在 Web节点服务器1：192.168.10.21
进行内容挂载
mount 192.168.10.22:/opt/zly /var/www/html
echo 'this is a web ！ > /var/www/html/index.html
我们可以在192.168.10.22主机里查看到内容
修改网卡
vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens33
systemctl restart network
在192.168.10.20机器上 同样的
进行内容挂载
mount.nfs 192.168.10.22:/opt/wan /var/www/html
echo 'ai lu yao' > /var/www/html/index.html
同样在192.168.10.22可以看得到
修改网卡同样的
vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens33
systemctl restart network
配置负载调度器（内网关 ens33:192.168.10.19，外网关ens36:12.0.0.1）
关闭防火墙和增强机制
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或 echo '1' > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward
sysctl -piptables -t nat -F
iptables -F
iptables -t nat -A POSTROUTING -s 192.168.10.0/24 -o ens36 -j SNAT --to-source 12.0.0.1
记住添加一个网卡在负载机器上
修改网卡ens33和ens37
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
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/ipvsadmsystemctl start ipvsadm.service
配置负载分配策略（NAT模式只要在服务器上配置，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 192.168.10.20:80 -m
ipvsadm -a -t 12.0.0.1:80 -r 192.168.10.21:80 -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 #保存策略
windows客户机
修改网卡信息
进行连通性测试
总结
集群： 就是将多台主机作为一个整体，对外提供相同的服务
群集类型有负载均衡 高可用 高性能运算
负载均衡作用：减少响应的延迟，提高并发处理能力
高可用作用：系统的可靠性、稳定性，减少服务中断时间，减少损失
高性能运算作用：高性能运算得能力 分布式 并发
LVS负载均衡三种模式
NAT地址转换：调度器作为网关，是访问请求的入口，也是响应访问的出口，在高并发场景当中负载压力很高，可以提高安全性能
TUN ip隧道：仅访问请求的路口，响应数据不经过调度器。但是需要大量公网ip，还需要专用的ip隧道，数据转发受ip隧道影响
DR直接路由：仅访问请求的入口，响应数据不经过调度器。节点服务器和调度器在同一个物理网络中，数据转发不受额外的影响
负载调度器：通过调度算法确定，以及RIP（真实的ip）发送；节点服务器池：所有服务器用的资源通过；共享存储：提供网站存储资源
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