LVS负载均衡群集------NAT模式

●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

二、负载均衡群集

2.1 负载均衡结构

①负载调度器

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。

②站点服务器

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。

③NFS存储池

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。

2.2 负载均衡集群的工作模式

①地址转换（NAT模式）

②IP隧道（TUN模式）

③直接路由（DR模式）

2.2.1 地址转换（NAT模式）

客户端（外网）访问时会访问调度器（网关）再把外网地址转换成内网地址，由调度器进行分流算法给服务器1或者服务器2。

当服务器响应数据时会发给调度器再由调度器去响应给客户端。

2.2.2 IP隧道（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。

2.2.3 直接路由(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。

三、LVS虚拟服务器

modprobe ip_vs #加载 ip_vs模块
cat /proc/net/ip_vs #查看 ip_vs版本信息

3.1 LVS的负载调度算法

①轮询

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

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

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

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

补充：

列举你知道的LVS调度算法?
答案:
轮询(Round Robin) ;
加权轮询(weighted Round Robin） ;
最少连接(Least Connections) ;
加权最少连接(weighted Least Connections) ;
源地址哈希值(source hash ) 。

LVS调度器常见算法(均衡策略）?
LVS调度器用的调度方法基本分为两类:固定调度算法: rr，wrr，dh，sh
rr:轮询算法，将请求依次分配给不同的rs节点，即Rs节点中均摊分配。适合于Rs所有节点处理性能接近的情况。
wrr:加权轮训调度，依据不同Rs的权值分配任务。权值较高的RS将优先获得任务，并且分配到的连接数将比权值低的Rs更多。相同权值的RS得到相同数目的连接数。
dh:目的地址哈希调度(destination hashing）以目的地址为关键字查找一个静态hash表来获得所需RS。sh:源地址哈希调度(source hashing)以源地址为关键字查找一个静态hash表来获得需要的RS。

动态调度算法: wlc，lc，lblc
wlc:加权最小连接数调度，假设各台Rs的权值依次为wi，当前tcp连接数依次为ri，依次去Ti/Wi为最小的Rs作为下一个分配的RS。
lc:最小连接数调度（least-connection),IPVS表存储了所有活动的连接。LB会比较将连接请求发送到当前连接最少的RS。
lblc:基于地址的最小连接数调度( locality-based)
least-connection):将来自同一个目的地址的请求分配给同一台RS，此时这台服务器是尚未满负荷的。否则就将这个请求分配给连接数最小的RS，并以它作为下一次分配的首先考虑。

LVS的工作模式及其工作过程:
LVS有三种负载均衡的模式，分别是VS/NAT （nat模式）、 VS/DR
(路由模式）、 vS /TUN(隧道模式）。
1、NAT模式（VS-NAT)
原理:首先负载均衡器接收到客户的请求数据包时，根据调度算法决定将请求发送给哪个后端的真实服务器(RS）。然后负载均衡器就向客户端发送的请求数据包的目标IP地址及端口改成后端真实服务器的IP地址(RIP》。真实服务器响应完请求后，查看默认路由，数据包发送给负载均衡器，负载均衡器在接收到响应包后，把包的源地址改成虚拟地址（VIP)然后发送回给客户端。
优点:集群中的服务器可以使用任何支持TCP/IP的操作系统，只要负载均衡器有一个合法的IP地址。
缺点:扩展性有限，当服务器节点增长过多时，由于所有的请求和应答都需要经过负载均衡器，因此负载均衡器将成为整个系统的瓶颈。
2、直接路由模式(VS-DR）
原理:首先负载均衡器接收到客户的请求数据包时，根据调度算法决定将请求发送给哪个后端的真实服务器(RS)。然后负载均衡器就把客户端发送的请求数据包的目标Mac地址改成后端真实服务器的Mac地址(R-MAC)。真实服务器响应完请求后，查看默认路由，把响应数据包直接发送给客户端，不需要经过负载均衡器。
优点:负载均衡器只负责将请求包分发给后端节点服务器，而Rs将应答包直接发给用户。所以，减少了负载均衡器的大量数据流动负载均衡器不再是系统的瓶颈，也能处理很巨大的请求量。
缺点:需要负载均衡器与真实服务器Rs都有一块网卡连接到同一物理网段上，必须在同一个局域网环境。
3、IP隧道模式(VS-TUN)
原理:首先负载均衡器接收到客户的请求数据包时，根据调度算法决定将请求发送给哪个后端的真实服务器(RS)。然后负载均衡器就把客户端发送的请求报文封装一层IP隧道(T-IP）转发到真实服务器(RS)。真实服务器响应完请求后，查看默认路由，把响应后的数据包直接发送给客户端，不需要经过负载均衡器。

优点:负载均衡器只负责将请求包分发给后端节点服务器，而Rs将应答包直接发给用户。所以，减少了负载均衡器的大量数据流动负载均衡器不再是系统的瓶颈，也能处理很巨大的请求量。

缺点:隧道模式的Rs节点需要合法IP，这种方式需要所有的服务器支持"IP Tunneling"。

3.2 ipvsadm的工具

从2.4版本开始，linux内核默认支持LVS。要使用LVS的能力，只需安装一个LVS的管理工具：ipvsadm。

工作在内核空间的IPVS模块。LVS的能力实际上都是由IVPS模块实现。
工作在用户空间的ipvsadm管理工具。其作用是向用户提供一个命令接口，用于将配置的虚拟服务、真实服务等传给IPVS模块。

3.2.1 安装ipvasdm

ipvsadm工具支持yum安装

yum -y install ipvsadm

也可以编译源码安装,下载地址：

http://www.linuxvirtualserver.org/software/ipvs.html

3.2.2 ipvsadm的使用参数

ipvsadm工具常用的参数选项有：

-A：添加虚拟服务器
-D：删除整个虚拟服务器
-E ：编辑虚拟服务
-C：清除所有的虚拟服务规则
-R：恢复虚拟服务规则
-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：删除某一个节点服务器
-e：编辑某个真实服务器

-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

例如：

①添加一个虚拟服务192.168.58.180：80，使用轮询算法

ipvsadm -A -t 192.168.58.180:80 -s rr

②修改虚拟服务的算法为加权轮询

ipvsadm -E -t 192.168.58.180:80 -s wrr

③删除虚拟服务

ipvsadm -D -t 192.168.58.180：80

④添加一个真是服务器192.168.58.88使用DR模式权重为1

ipvsadm -a -t 192.168.58.180:80 -r 192.168.58.88 -g -w 1

⑤删除真是服务器

ipvsadm -d -t 192.168.58.180:80 -r 192.168.58.88

⑥查看统计

ipvsadm -lnc

⑦查看ipvs模块转发统计

ipvsadm -Ln --stats | --rate

3.3 LVS的优缺点

优点：

①高并发连接：LVS基于内核网络层面工作，有超强的承载能力和并发处理能力。单台LVS负载均衡器，可支持上万并发连接。
②稳定性强：是工作在网络4层之上仅作分发之用，这个特点也决定了它在负载均衡软件里的性能最强，稳定性最好，对内存和cpu资源消耗极低。
③成本低廉：硬件负载均衡器少则十几万，多则几十万上百万，LVS只需一台服务器和就能免费部署使用，性价比极高。
④配置简单：LVS配置非常简单，仅需几行命令即可完成配置，也可写成脚本进行管理。
⑤支持多种算法：支持8种负载均衡算法，可根据业务场景灵活调配进行使用。
⑥支持多种工作模型：可根据业务场景，使用不同的工作模式来解决生产环境请求处理问题。
⑦应用范围广：因为LVS工作在4层，所以它几乎可以对所有应用做负载均衡，包括http、数据库、DNS、ftp服务等等。

缺点：

工作在4层，不支持7层规则修改，机制过于庞大，不适合小规模应用。

四、部署安装NAT模式的LVS负载均衡群集

4.1 部署配置NFS存储（192.168.58.18）

第一步：

systemctl stop firewalld.service
systemctl disable firewalld.service
setenforce 0
yum install nfs-utils rpcbind -y
systemctl start rpcbind.service
systemctl start nfs.service
systemctl enable rpcbind.service
systemctl enable nfs.service

第二步：

mkdir /opt/zhang /opt/ning
chmod 777 /opt/zhang /opt/ning
echo 'this is ning web!' > /opt/ning/index.html
echo 'this is zhang web!' > /opt/zhang/index.html

第三步：

vim /etc/exports
/usr/share *(ro,sync)
/opt/zhang 192.168.58.0/24(rw,sync)
/opt/ning 192.168.58.0/24(rw,sync)
 
 
--发布共享---
exportfs -rv

4.2 配置节点服务器（192.168.58.66、192.168.58.100）

systemctl stop firewalld.service
systemctl disable firewalld.service
setenforce 0
yum install httpd -y
systemctl start httpd.service
systemctl enable httpd.service
yum install nfs-utils rpcbind -y
systemctl start rpcbind
systemctl enable rpcbind
 
systemctl start nfs.service
systemctl enable nfs.service

showmount -e 192.168.58.18
查看共享目录
--192.168.58.100---
mount.nfs 192.168.58.18:/opt/zhang /var/www/html
echo 'this is zhang web!' > /var/www/html/index.html
 
vim /etc/fstab   ###永久设置
192.168.111.15:/opt/zhang		/var/www/html	nfs		defaults,_netdev	0  0

vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens33
把网卡改成调度器的网关

4.3 配置调度服务器（192.168.58.88 内网关ens33：192.168.58.88、外网关ens36：10.0.0.2）

systemctl stop firewalld.service
systemctl disable firewalld.service
setenforce 0

修改双网卡
cd /etc/sysconfig/network-scripts/
 cp ifcfg-ens33 ifcfg-ens36
vim  ifcfg-ens36
vim  ifcfg-ens33
 
systemctl restart network  #重启网卡

①配置SNAT的转发规则

yum install -y iptables  iptables-services  安装iptables
 
 
 systemctl restart iptables  启动服务
 systemctl enable iptables    设置开机自启
 
systemctl status iptables  查看服务状态

vim /etc/sysctl.conf
net.ipv4.ip_forward = 1
或
echo '1' > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward
sysctl -p   ###读取修改后的配置

iptables -t nat -F
iptables -F
iptables -t nat -A POSTROUTING -s 192.168.58.0/24 -o ens36 -j SNAT --to-source 10.0.0.2

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工具

yum -y install ipvsadm

ipvsadm-save > /etc/sysconfig/ipvsadm 保存负载分配策略
或
ipvsadm --save > /etc/sysconfig/ipvsadm

systemctl start ipvsadm.service

④配置负载分配策略

ipvsadm -C                    #清除原有策略
ipvsadm -A -t 10.0.0.2:80 -s rr
ipvsadm -a -t 10.0.0.2:80 -r 192.168.58.66:80 -m
ipvsadm -a -t 10.0.0.2:80 -r 192.168.58.100:80 -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

4.4 测试访问10.0.0.2

总结

1.什么是群集

2.群集的分类

3.LVS负载均衡的分类

4.LVS-NAT的部署