LVS集群 NAT（地址转换）、TUN（IP隧道）、DR（直接路由）

一、企业群集应用概述

1、群集的含义
①、Cluster、集群、群集
②、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（域名与IP地址），相当于一台大型计算机。

2、问题
①、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，单台服务器已经无法满足负载均衡及高可用性的要求。

3、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集群

通过整合多台服务器，使用LVS来达到服务器的高可用和负载均衡，并且同一个IP地址对外提供相同的服务。
在企业中常用的一种集群技术——LVS（Linux Virtual Server，Linux虚拟服务器）

二、企业群集分类

1、根据群集所针对的目标差异，可分为三种类型
①、负载均衡群集（LB）   （nginx--》负载均衡 分流）
②、高可用群集（HA）      （VRRP单点故障   主/备）
③、高性能运算群集（HPC）   （分布式、并行）

2、负载均衡群集（LB）(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

阿里云负载均衡（LSB）

3、高可用群集（HA） (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

VRRP是一种用于提高网络可用性和可靠性的协议。VRRP 允许一组路由器（称为 VRRP 组）共享一个虚拟 IP 地址，从而在主路由器出现故障时，备用路由器可以接管流量，确保网络的连续性和高可用性。（优先级）

4、高性能运算群集（HPC） (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

面试题：有一种情况，有负载均衡的情况下，还需要高可用（主、备）吗？

负载均衡器配两台 nginx 的IP，配的是VIP，但实际只有Master负责转发数据，实际上只把数据分流到Master，没有达到负载均衡的效果，没意义

负载均衡器 可以识别nginx有没有故障，故障的话不会把数据分流到故障的nginx，已经实现高可用了，后面的keepalive没意义了

三、负载均衡群集架构

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。

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

1、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

优点：安全，公网转私网，只能看到公网，看不到私网

缺点：接收不了并发量

2、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

优点：负载调度器仅作为客户机的访问入口，节点服务器直接响应客户机，不经过调度器，可以接收并发量

缺点：每个节点服务器都需要独立的公网IP，需要大量公网IP（公网IP要花钱买的），                               节点服务器要专用IP隧道与调度器通信，一旦IP隧道挂了，就死了

3、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

小结：
LVS 不太适合小型的集群
工作模式区别                NAT模式            TUN模式            DR模式(与nat相比较为复杂)
real server 节点服务器        
server number 节点数量        low10-20                         high 100                                high 100
真实网关(real servers)        负载调度器                      自由路由器                            自由路由器
IP地址                                  公网+私网                             公网                                     私网
优点                                      安全性高                       安全、速度快                           性能最好
缺点                                  效率低、压力大                需要隧道支持             不能跨越lan（局域网）
                                                                                                                       交换机中配置VXLAN

六、LVS虚拟服务器

作用在  第四层  传输层

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