一起来了解企业常用群集架构《LVS--负载均衡集群__NAT模式__RR轮询策略》

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本文介绍了LVS（Linux Virtual Server）及其在企业群集中的作用，重点讲解了负载均衡群集的工作模式，特别是NAT模式，以及轮询（RR）调度算法。通过NAT模式部署了一个包含负载调度服务器、web节点服务器和共享存储服务器的集群，并进行了客户端测试，验证了轮询策略的有效性。

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一、LVS是什么？存在的意义是什么？

1. LVS

LVS 即 Linux Virtual Server ，Linux虚拟服务器实际上相当于基于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
企业中常用的一种群集技术
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
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。

2. 群集&&LVS存在的意义

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。
若使用单台性能强劲的机器，成本过高
所以可以使用多台相对廉价的普通服务器构建服务群集。通过LVS进行管理使用
LVS主要作用是管理集群

3. ipvsadm工具

要使用LVS的能力，只需安装一个LVS的管理工具：ipvsadm
LVS的结构主要分为两部分：

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。

ipvsadm作用及常用选项

二、群集分类

根据集群针对的目标差异，可分为三种

负载均衡群集
高可用群集
高性能计算群集

具体搭建部署按实际应用场景

1. 负载均衡群集（LBC）

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。
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。

2. 高可用集群（HAC）

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。
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：双工模式有：“双机热备”、主从模式有：“故障切换”

3. 高性能计算集群（HPC）

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。

本文章主实验为负载均衡群集，下面即关于负载均衡群集详细介绍

三、负载均衡群集详细介绍

1. 负载均衡架构

在这里插入图片描述
基本主要架构按层分为：

负载调度器(Load Balancer或Director)
服务器池(Server Pool)
共享存储(Share Storage)

1.1 负载均衡调度器

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。

1.2 服务器池

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。

1.3 共享存储服务器

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. 负载均衡群集工作模式

地址转换（NAT模式）
IP隧道（TUN模式）
直接路由（DR模式）

2.1 NAT模式

网络地址转换 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

2.2 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
此模式相对成本过高 因为每个服务器节点都有自己的公网IP

2.3 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

3. LVS负载调度算法

与其他服务器架构调度算法大致相同
分为 : 轮询、加权轮询、最小链接、加权最小连接

3.1 轮询（RR）

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
例如来自客户端的第一个请求分发给第一个服务器，第二个请求分发给第二个服务器、第三个请求分给第三个、第四个请求再分给第一个这样依次轮询的方式就是轮询
总结：在者有份，（分发数）公平对待

3.2 加权轮询（WRR）

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
解决了轮询的不管服务器的实际负载的情况
总结：服务器的能力越大责任越大

3.3 最小链接（LC）

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
总结：在一定程度上达到均衡，连接多的分配少，连接少的分配多

3.4 加权最小连接（WLC）

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
总结：同WRR的能力越大责任越大只不过是自动调整权重

四、LVS负载均衡集群-NAT模式部署

集群架构

负载均衡服务器（LVS） 双网卡、RR策略、安装ipvsadm工具
web服务器1 安装rpcbind、nfs-utils、httpd服务
web服务器2 安装rpcbind、nfs-utils、httpd服务
NFS共享存储服务器 安装rpcbind、nfs-utils服务
客户端（使用外网模拟真实客户端）

1. 部署共享存储服务器

实验前为了避免不必要的麻烦先把所有机器防火墙关掉

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

在这里插入图片描述
部署NFS服务

下载软件包 
yum -y install nfs-utils rpcbind 

开启服务
systemctl start rpcbind.service
systemctl start nfs.service

设置开机自启
systemctl enable nfs.service
systemctl enable rpcbind.service

创建共享目录，这里是为两个web服务器分别提供服务  所以创建两个目录
mkdir /opt/ccc
mkdir /opt/zzz

为共享目录赋权
chmod 777 /opt/ccc /opt/zzz

编辑文件  写入共享策略
vim /etc/exports
/usr/share *(ro,sync)
/opt/ccc 192.168.100.0/24(rw,sync)
/opt/zzz 192.168.100.0/24(rw,sync)

发布共享
exportfs -rv

前面不再演示
在这里插入图片描述

2. 部署两个web节点服务器

web1服务器

安装并开启http服务 
yum install httpd -y
systemctl start httpd.service
systemctl enable httpd.service

安装nfs服务
yum -y install nfs-utils rpcbind
查看nfs共享
showmount -e 192.168.100.129

开启nfs服务
systemctl start rpcbind
systemctl enable rpcbind

挂载共享目录到 http默认首页目录 并写入内容
mount.nfs 192.168.100.129:/opt/ccc /var/www/html
echo 'this is ccc web!' > /var/www/html/index.html

在这里插入图片描述

web2服务器

安装并开启http服务 
yum install httpd -y
systemctl start httpd.service
systemctl enable httpd.service

安装nfs服务
yum -y install nfs-utils rpcbind
查看nfs共享
showmount -e 192.168.100.129

开启nfs服务
systemctl start rpcbind
systemctl enable rpcbind

挂载共享目录到 http默认首页目录 并写入内容
mount.nfs 192.168.100.129:/opt/zzz /var/www/html
echo 'this is zzz web!' > /var/www/html/index.html

在这里插入图片描述
PS：因为用的是NAT模式所以调度器和服务器之间都是同网段也就是内网通信所以不需要设置DNS 网卡里配置DNS的同学可以注释掉

3. 部署负载调度服务器（LVS）

因为NAT模式客户端和调度器之间用公网通信调度器与服务器池用内网通信所以调度服务器需要设置双网卡并配置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

配置SNAT转发规则
iptables -t nat -F
iptables -F
iptables -t nat -A POSTROUTING -s 192.168.100.0/24 -o ens37 -j SNAT --to-source 12.0.0.1


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

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

启动ipvsadm服务
systemctl start ipvsadm.service

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 192.168.100.134:80 -m
ipvsadm -a -t 12.0.0.1:80 -r 192.168.100.135:80 -m
ipvsadm						#启用策略

查看策略
ipvsadm -ln			
保存策略		
ipvsadm-save > /etc/sysconfig/ipvsadm