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一 负载均衡介绍

  • 主流开源软件LVS、keepalived、haproxy、nginx等
  • 其中LVS属于4层(网络OSI 7层模型),nginx属于7层,haproxy既可以认为是4层,也可以当做7层使用
  • keepalived的负载均衡功能其实就是lvs
  • lvs这种4层的负载均衡是可以分发除80外的其他端口通信的,比如MySQL的,而nginx仅仅支持http,https,mail,haproxy也支持MySQL这种
  • 相比较来说,LVS这种4层的更稳定,能承受更多的请求,而nginx这种7层的更加灵活,能实现更多的个性化需求

    二 LVS 介绍

  • LVS是由国人章文嵩开发的,linux virtual server的缩写,是一个虚拟的服务器集群系统,可以在unix/linux平台下实现负载均衡集群功能。流行度不亚于apache的httpd,基于TCP/IP做的路由和转发,稳定性和效率很高。
  • LVS最新版本基于Linux内核2.6,有好多年不更新了
  • LVS有三种常见的模式:NAT、DR、IP Tunnel
  • LVS架构中有一个核心角色叫做分发器(Load balance),它用来分发用户的请求,还有诸多处理用户请求的服务器(Real Server,简称rs)
    Linux学习总结(五十四)LVS nat 模式搭建
    对照上图,我们简单说下lvs 的基本原理
    客户端通过网络向负载均衡服务器发送访问请求。负载均衡器接受客户的请求,然后先是根据LVS的调度算法(8种)来决定要将这个请求发送给哪个节点服务器。然后依据自己的工作模式来看应该如何把这些客户的请求发送给节点服务器,节点服务器又应该如何来把响应数据包发回给客户端。
    我们再介绍下8种调度算法
    轮询 Round-Robin  rr
    加权轮询 Weight Round-Robin wrr
    最小连接 Least-Connection lc
    加权最小连接 Weight Least-Connection wlc
    基于局部性的最小连接 Locality-Based Least Connections lblc
    带复制的基于局部性最小连接 Locality-Based Least Connections with Replication  lblcr
    目标地址散列调度 Destination Hashing dh
    源地址散列调度 Source Hashing  sh

    三 lvs nat 原理

    在介绍lvs nat 模式之前,先来熟悉下几个常用名称
    DS : directory server 调度器,分发器, LB load banlancer 负载均衡器就属于一种调度器
    RS : real server 后端提供访问内容的真实服务器,也叫节点服务器
    VIP: 虚拟ip,向外部直接面向用户请求,作为用户请求的目标地址
    DIP: dicrectory server ip 调度器上用于和内部主机通信的ip
    RIP: real server ip 节点服务器ip
    CIP: client ip 客户端的ip地址
    这种模式借助iptables的nat表来实现。用户的请求到分发器后,通过预设的iptables规则,把请求的数据包转发到后端的rs上去。rs需要设定网关为分发器的内网ip。用户请求的数据包和返回给用户的数据包全部经过分发器,所以分发器会成为瓶颈。 在nat模式中,只需要分发器有公网ip即可,所以比较节省公网ip资源。
    整体架构图如下
    Linux学习总结(五十四)LVS nat 模式搭建
    具体实现过程为:

    1)客户端请求数据,目标IP为VIP
    2)请求数据到达LB服务器,LB根据调度算法将目的地址修改为RIP地址及对应端口(此RIP地址是根据调度算法得出的。)并在连接HASH表中记录下这个连接。
    3)数据包从LB服务器到达RS服务器webserver,然后webserver进行响应。Webserver的网关必须是LB,然后将数据返回给LB服务器。
    4)收到RS的返回后的数据,根据连接HASH表修改源地址VIP&目标地址CIP,及对应端口80.然后数据就从LB出发到达客户端。
    5)客户端收到的就只能看到VIP\DIP信息。

    四 lvs nat 模式搭建

    接下来我们结合具体实例 理解整个过程
    结构框图如下
    Linux学习总结(五十四)LVS nat 模式搭建

LB有两个IP,一个对外(192.168.199.200),一个对内(192.168.226.129)。用户看到的是那个对外的IP。后面真正提供服务的服务器为RS1,RS2,RS3,他们的网关都指向LB。我们做实验只用了两台RS。也就是说这里只用到一个公网ip
192.168.199.200
数据包传递过程如下:
1)客户发出请求到LB服务器
Linux学习总结(五十四)LVS nat 模式搭建
2) LB 收到用户请求,要把请求转发到RS1服务器,就修改目的地址为RS1的ip,端口为R1的端口
Linux学习总结(五十四)LVS nat 模式搭建
3)RS1 处理完请求,把http报文层层封装,返回响应报文给客户端
Linux学习总结(五十四)LVS nat 模式搭建
4) 由于LB是网关,它在半路收到该数据包,做第二次修改,将源地址和源端口替换为自己的,发给客户端。
Linux学习总结(五十四)LVS nat 模式搭建
整个数据的流向为
客户端---> LB ---> RS --->LB ---> 客户端
三台机器具体实验
分发器,也叫调度器(简写为dir)
内网:ens33 192.168.226.129,外网ens37:192.168.199.200(vmware仅主机模式)
rs1
内网:ens33 192.168.226.130,设置网关为192.168.226.129
rs2
内网:ens33 192.168.226.131,设置网关为192.168.226.129
三台机器上都执行执行

 systemctl stop firewalld; systemc disable firewalld
 systemctl start  iptables-services; iptables -F; service iptables save 

在dir上安装ipvsadm
yum install -y ipvsdam
在dir上编写脚本,vim /usr/local/sbin/lvs_nat.sh//内容如下

#! /bin/bash
#director 服务器上开启路由转发功能
echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward
#关闭icmp的重定向
echo 0 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/send_redirects
echo 0 > /proc/sys/net/ipv4/conf/default/send_redirects
#注意区分网卡名字,网卡分别为ens33和ens37
echo 0 > /proc/sys/net/ipv4/conf/ens33/send_redirects
echo 0 > /proc/sys/net/ipv4/conf/ens37/send_redirects
#director 设置nat防火墙
iptables -t nat -F
iptables -t nat -X
iptables -t nat -A POSTROUTING -s 192.168.226.0/24  -j MASQUERADE
#director设置ipvsadm
IPVSADM='/usr/sbin/ipvsadm'
$IPVSADM -C
$IPVSADM -A -t 192.168.199.200:80 -s wrr
$IPVSADM -a -t 192.168.199.200:80 -r 192.168.226.130:80 -m -w 1
$IPVSADM -a -t 192.168.199.200:80 -r 192.168.226.131:80 -m -w 1

运行脚本后测试:
编辑rs1 nginx 默认页 内容为hello, i am from 192.168.226.130
rs2 nginx 默认页内容为hello world ,I'am from 192.168.226.131
用浏览器访问 192.168.199.200
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