LVS 负载均衡集群及配置 lvs -nat 模式

2024-01-01 17:54:34

LVS 负载均衡集群

一概述

1、负载均衡的结构

• 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

1.2 LVS 负载均衡集群的工作模式分析

负载均衡群集是目前企业用的最多的群集类型

LVS 群集的负载调度技术有三种工作模式

• 地址转换

• IP隧道

• 直接路由

1.2.1 NAT模式（地址转换）

特点

• 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路，安全性要优于其他两种方式

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：

做为节点的调度器，同时也作为网关。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

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，把响应后的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

1.2.2 TUN模式——IP隧道

特点

• 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lnternet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

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。同时，节点分散在互联网不同的位置，灾备安全高。

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”。同时，由于节点服务器和调度器不处理同一个网络中，所有通信互联网，对网络要求高

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

1.2.3 DR 模式——直接路由

特点

• Direct Routing ,简称DR模式（使用最多的是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

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

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，把响应后的数据包直接发送给客户端，不需要经过负载均衡器

1. 3 关于LVS虚拟服务器

Linux Virtual Server 是针对 Linux 内核开发的一个负载均衡项目，由我国的章文嵩博士在 1998 年 5 月创建，官方站点位于 http://www.linuxvirtualserver.org/。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

1.4 LVS 的负载调度算法（常用)

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，而不是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 Least 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

性能较高的节点承担更大比例的活动连接负载

5 源地址哈希(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

6 目的地址哈希（destination hashing

以目的地址为关键字查找一个静态hash 表来获得需要的RS

1.5 使用 ipvsadm 管理工具

ipvsadm 是在负载调度器上使用的 LVS 群集管理工具，通过调用 ip_vs 模块来添加、删除服务器节点，以及查看群集的运行状态。在 CentOS 7 系统中，需要手动安装 ipvsadm.x86_64 0:1.27-7.el7 软件包。

1.5.1 LVS集群创建过程

创建虚拟服务器 >> 添加服务器节点, 删除服务器节点 >> 查看群集节点状态 >> 保存负载分配策略。

1.5.2 ipvsadm 工具选项说明：

选项	解释
-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

1.7 常用术语解释：

CIP：Client IP，表示的是客户端 IP 地址。
VIP：Virtual IP，表示负载均衡对外提供访问的 IP 地址，一般负载均衡 IP 都会通过 Virtual IP 实现高可用。
RIP：RealServer IP，表示负载均衡后端的真实服务器 IP 地址。
DIP：Director IP，表示负载均衡与后端服务器通信的 IP 地址。
CMAC：客户端的 MAC 地址，准确的应该是 LVS 连接的路由器的 MAC 地址。
VMAC：负载均衡 LVS 的 VIP 对应的 MAC 地址。
DMAC：负载均衡 LVS 的 DIP 对应的 MAC 地址。
RMAC：后端真实服务器的 RIP 地址对应的 MAC 地址。

二：配置LVS 集群的nat 模式

nfs 共享存储服务器： 192.168.23.11

web 后端服务器: 192.168.23.12 ;192.168.23.13

lvs 负载均衡器: 192.168.23.103

vip ： 12.0.0.1

客户端： 12.0.0.12

2.1 配置nfs共享存储服务器 192.168.23.11

 systemctl stop firewalld
 systemctl disable firewalld
 setenforce 0
 
 yum -y install rpcbind
 yum -y install nfs-utils
 
 systemctl start rpcbind 
 systemctl start nfs-utils
 
 
 mkdir  /opt/{mynet,benet}
 chmod 777 /opt/{mynet,benet}
 ll /opt/
 
 #配置连个不同的网页文件，分别作为2 台web服务器的web网页
echo "this is mynet web" > /opt/mynet/index.html
echo "this is benet web" > /opt/benet/index.html

#配置nfs配置文件，设置共享目录
vim /etc/exports
/opt/mynet   192.168.23.0/24(rw,sync) #共享给192.168.23.0/24网段，可读可写，实时同步写入
/opt/benet   192.168.23.0/24(rw,sync)

 systemctl restart rpcbind
 systemctl restart nfs
#发布共享目录
exportfs -rv

2.2 部署节点服务器 192.168.23.12 ； 192.168.23.13

#192.168.23.12
#192.168.23.13

systemctl stop firewalld 
systemctl disable firewalld
setenforce  0


yum -y install httpd
yum -y install rpcbind nfs-utils
systemctl start rpcbind
systemctl enable rpcbind 

showmount -e 192.168.23.11

#192.168.23.12 挂载网页文件
vim /etc/fstab 
192.168.23.12:/opt/mynet   /var/www/html  nfs defaults,_netdev 0 0

mount -a 
df -h | grep /opt/mynet
cat /var/www/html/index.html

#192.168.23.12 访问页面
systemctl restart httpd
curl http://192.168.23.12

#192.168.23.12 修改网关
vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens33
systemctl restart network

#192.168.23.13 挂载网页文件

vim /etc/fstab 
192.168.23.11:/opt/benet   /var/www/html  nfs defaults,_netdev   0  0

mount -a
df -h | grep /opt/benet
cat /var/www/html/index.html

#192.168.23.13 访问网页测试
systemctl restart httpd
curl http://192.168.23.13

#192.168.23.13 设置网关为 代理服务器连接节点的 ip
vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens33
systemctl restart network

2.3部署调度器

2.3.1修改网卡文件

#192.168.23.103
systemctl stop firewalld 
systemctl disable firewalld
setenforce 0

#修改网卡文件（已经配置了两个网卡）
cd  /etc/sysconfig/network-scripts/
cp ifcfg-ens33 ifcfg-ens36
vim ifcfg-ens33 
vim ifcfg-ens36

 systemctl restart network

# 开启路由转发
vim /etc/sysctl.conf 
net.ipv4.ip_forward = 1

sysctl -p

2.3.2 配置SNAT

iptables -t nat -F
iptables -F
iptables -t nat -A POSTROUTING  -s 192.168.23.0/24 -o ens36 -j SNAT --to 12.0.0.1
iptables -t nat -nL

2.3.3 加载lvs内核模块，

modprobe  ip_vs
cat /proc/net/ip_vs

2.3.4 安装ipvs 管理工具,启动服务

yum -y install ipvsadm

ipvsadm-save  > /etc/sysconfig/ipvsadm #保存负载策略

systemctl start ipvsadm.service

#如果不保存就直接启动会报如下的错误（ vim  /var/log/messages

2.3.5 配置负载

#清空配置
ipvsadm -C

#添加虚拟服务器， vip 为 12.0.0.1 ，TCP 端口为80， 使用 rr 轮询算法
ipvsadm -A -t 12.0.0.1:80  -s rr    

# 添加真实服务器，vip为 12.0.0.1, 端口为80, rip 为 192.168.23.{12,13}.端口80， 使用nat模式，每台权重都是1 
ipvsadm -a -t 12.0.0.1:80 -r 192.168.23.12:80 -m -w 1
ipvsadm -a -t 12.0.0.1:80 -r 192.168.23.13:80 -m -w 1

#保存配置
ipvsadm-save  > /etc/sysconfig/ipvsadm

2.4 测试

客户端 12.0.0.12 

route add -net 12.0.0.0/24 gw 12.0.0.1 dev ens33  #添加12.0.0.0/24 网段路由，指定下一跳地址为 12.0.0.1 ，


curl http://12.0.0.1

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