LVS负载均衡群集概念、NAT模式LVS负载均衡实战部署

一、群集和含义

集群、群集
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。

Ⅰ、群集存在的必要

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。

Ⅱ、解决方法
  1. 使用价格昂贵的小型机、大型机。
  2. 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。
    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、群集可分为三种

根据集群针对的目标差异,可分为三种

  1. 负载均衡群集
  2. 高可用群集
  3. 高性能群集
Ⅰ、负载均衡群集(Load Balance Cluster)

1、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。

2、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。

Ⅱ、高可用群集(High Availability Cluster)

1、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。

2、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。

Ⅲ、高性能运算群集(High Performance Computer Cluster)

1、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。

2、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。

三、负载均衡群集架构

其结构

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。

四、负载均衡群集工作模式分析

  1. 负载均衡群集是目前企业用得最多的群集类型
  2. 群集的负载调度技术有3种工作模式
  • 地址转换(NAT模式)
  • IP隧道 (TUN模式)
  • 直接路由(DR模式)

五、三种负载调度工作模式

(一)、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

(二)、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

(三)、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

六、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.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
  2. 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

七、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

八、ipvsadm工具

创建虚拟服务器 添加、删除服务器节点 查看群集及节点情况 保存负载分配策略

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

九、NAT 模式LVS负载均衡群集部署

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

主机 IP地址 工具/软件/安装包
负载均衡器 内网:192.168.184.10、外网:12.0.0.1 ipvsadm
NFS服务器 192.168.184.20 rpcbind、nfs-utils
Web节点服务器1 192.168.184.30 rpcbind、nfs-utils、httpd
Web节点服务器2 192.168.184.40 rpcbind、nfs-utils、httpd
客户端 12.0.0.12
Ⅰ、部署共享存储(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
vim /etc/exports      #再/etc/exports里写入共享存储

步骤2.png

步骤3.png

Ⅱ、配置节点服务器(30 40)
systemctl stop firewalld.service
systemctl disable firewalld.service
setenforce 0

yum install httpd -y
systemctl start httpd.service
systemctl enable httpd.service

yum -y install nfs-utils rpcbind
showmount -e 192.168.184.20

systemctl start rpcbind
systemctl enable rpcbind

步骤4.png

步骤5.png

web1

mount.nfs 192.168.184.20:/opt/lic /var/www/html
echo 'this is lic web!' > /var/www/html/index.html
mount 192.168.184.20:/opt/lic /var/www/html      ###将nfs-server的/opt/lic目录挂载到我们的默认首页目录上

web2

mount.nfs 192.168.184.20:/opt/kiki /var/www/html
echo 'this is kiki web!' > /var/www/html/index.html

步骤6.png

Ⅲ、配置负载调度器(内网关 ens33:192.168.184.10,外网关 ens37:12.0.0.1)
systemctl stop firewalld.service
systemctl disable firewalld.service
setenforce 0

1、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 -p

iptables -t nat -F
iptables -F
iptables -t nat -A POSTROUTING -s 192.168.184.0/24 -o ens37 -j SNAT --to-source 12.0.0.1

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

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 192.168.184.30:80 -m
ipvsadm -a -t 12.0.0.1:80 -r 192.168.184.40:80 -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                       #保存策略