负载均衡集群介绍

  • 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

    LVS介绍

  • LVS是由国人章文嵩开发
  • 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)
  • LVS NAT模式
    负载均衡集群介绍,LVS介绍,LVS的调度算法,LVSNAT模式搭建
    • 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,所以分发器成为瓶颈,所以请求量不能太大,一般十来台,除非万兆光纤荷藕高配置
    • 在nat模式中,rs和分发器之间通过内网通信,只需要分发器有公网ip即可,所以比较节省公网ip资源
  • LVS IP Tunnel模式
    负载均衡集群介绍,LVS介绍,LVS的调度算法,LVSNAT模式搭建
    • 这种模式,需要有一个公共的IP配置在分发器和所有rs上,我们把它叫做vip
    • 客户端请求的目标IP为vip,分发器接收到请求数据包后,会对数据包做一个加工,会把目标IP改为rs的IP,这样数据包就到了rs上
    • rs接收数据包后,会还原原始数据包,这样目标IP为vip,因为所有rs上配置了这个vip,所以它会认为是它自己,直接返回给用户,不需要经过分发器
  • LVS DR模式
    负载均衡集群介绍,LVS介绍,LVS的调度算法,LVSNAT模式搭建
    • 这种模式,也需要有一个公共的IP配置在分发器和所有rs上,也就是vip
    • 和IP Tunnel不同的是,它会把数据包的MAC地址修改为rs的MAC地址
    • rs接收数据包后,会还原原始数据包,这样目标IP为vip,因为所有rs上配置了这个vip,所以它会认为是它自己,直接返回给用户,不需要经过分发器

      LVS调度算法

  • 轮询 Round-Robin 简称rr,用户请求过来,均衡的分发到rs
  • 加权轮询 Weight Round-Robin wrr,权重高的rs多分发
  • 最小连接 Least-Connection lc,链接数少的,优先分发
  • 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

    LVS NAT模式搭建

  • 准备工作
    • 三台机器
    • 分发器,也叫调度器(简写为dir)
    • 内网:21.128,外网:110.130(vmware仅主机模式)
    • rs1
    • 内网:21.129,设置网关为21.128
    • rs2
    • 内网:21.130,设置网关为21.128
    • 三台机器上都执行执行
    • systemctl stop firewalld; systemc disable firewalld
    • yum install -y iptables-services
    • systemctl start iptables-service; iptables -F; service iptables save
  • NAT模式搭建
    • 在dir上安装ipvsadm
    • yum install -y ipvsadm
    • 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,阿铭的两个网卡分别为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 192.168.21.0/24  -j MASQUERADE
      # director设置ipvsadm
      IPVSADM='/usr/sbin/ipvsadm'
      $IPVSADM -C
      $IPVSADM -A -t 192.168.110.130:80 -s wlc -p 3
      $IPVSADM -a -t 192.168.110.130:80 -r 192.168.21.129:80 -m -w 1
      $IPVSADM -a -t 192.168.110.130:80 -r 192.168.21.130:80 -m -w 1
      [root@akuilinux01 ~]# sh /usr/local/sbin/lvs_nat.sh
  • 测试
    • 两台rs上都安装nginx
    • 设置两台rs的主页,做一个区分,也就是说直接curl两台rs的ip时,得到不同的结果
      [root@akuilinux02 ~]# vim /usr/share/nginx/html/index.html
      [root@akuilinux02 ~]# curl localhost
      akuilinux-02
      [root@akuilinux03 ~]# vim /usr/share/nginx/html/index.html
      [root@akuilinux03 ~]# curl localhost
      akuilinux-03
    • 浏览器里访问192.168.142.147,多访问几次看结果差异
      [root@akuilinux01 ~]# curl 192.168.110.130
      akuilinux-02
      [root@akuilinux01 ~]# curl 192.168.110.130
      akuilinux-02
      [root@akuilinux01 ~]# curl 192.168.110.130
      akuilinux-03
      [root@akuilinux01 ~]# curl 192.168.110.130
      akuilinux-02
      [root@akuilinux01 ~]# curl 192.168.110.130
      akuilinux-03

      扩展

  • lvs 三种模式详解
  • vs几种算法
  • 关于arp_ignore和 arp_announce
  • lvs原理相关的