LVS实验

一.集群和分布式的介绍

1.1：集群Cluster

"集群"（Cluster）是一个在计算机科学和信息技术中广泛使用的术语，它指的是一组计算机系统（节点）协同工作，作为一个统一的计算资源来处理任务。集群的设计目的是提高性能、可靠性和可扩展性。以下是集群的一些关键特点和用途：

1. **性能提升**：通过并行处理，集群可以显著提高计算能力，适用于需要大量计算资源的任务，如科学模拟、大数据分析等。
2. **高可用性**：集群中的节点可以相互备份，如果一个节点发生故障，其他节点可以接管其工作，从而保证服务的连续性。
3. **可扩展性**：集群可以根据需要增加更多的节点，以适应不断增长的计算需求。
4. **负载均衡**：集群管理系统可以将工作负载均匀地分配给各个节点，以确保资源得到有效利用。
5. **成本效益**：通过使用标准化的硬件和开源软件，集群可以以较低的成本提供高性能的计算服务。

集群可以分为几种不同的类型，包括：
- **计算集群**：主要用于高性能计算（HPC）任务，如科学计算和工程模拟。
- **存储集群**：提供高可用性和可扩展的存储解决方案，如网络附加存储（NAS）和存储区域网络（SAN）。
- **数据库集群**：用于提高数据库的性能和可靠性，如MySQL集群和Oracle Real Application Clusters (RAC)。
- **应用服务集群**：用于提供高可用性的应用服务，如Web服务器集群和邮件服务器集群。
集群技术在云计算、大数据处理、企业级应用和许多其他领域中都扮演着重要的角色。
 

1.2：分布式

分布式存储:Ceph，GlusterFs，FastDFS，MogileFs
分布式计算:hadoop，Spark
分布式常见应用：1：分布式应用-服务按照功能拆分，使用微服务。
                         2：分布式静态资源--静态资源放在不同的存储集群上。
                         3：分布式数据和存储--使用key-value缓存系统。
                         4：分布式计算--对特殊业务使用分布式计算，比如Hadoop集群。

1.3：集群和分布式

（1）：集群：同一个业务系统，部署在多台服务器上，集群中，每一台服务器实现的功能没有差别，数据和代码都是一样的。

（2）分布式：一个业务被拆成多个子业务，或者本身就是不同的业务，部署在多台服务器上。分布式中，每一台服务器实现的功能是有差别的，数据和代码也是不一样的，分布式每台服务器功能加起来，才是完整的业务。

（3）分布式是以缩短单个任务的执行时间来提升效率的，而集群则是通过提高单位时间内执行的任务数 来提升效率。

（4）对于大型网站，访问用户很多，实现一个群集，在前面部署一个负载均衡服务器，后面几台服务器 完成同一业务。如果有用户进行相应业务访问时，负载均衡器根据后端哪台服务器的负载情况，决 定由给哪一台去完成响应，并且台服务器垮了，其它的服务器可以顶上来。分布式的每一个节点， 都完成不同的业务，如果一个节点垮了，那这个业务可能就会失败。

二.lvs（Linux virtual server）运行原理

2.1：lvs简介

LVS（Linux Virtual Server）是一个基于Linux内核的开源软件项目，用于构建高性能、高可用性的负载均衡服务器集群。LVS最初由章文嵩博士在1998年创建，它通过将多台物理服务器或虚拟机组合成一个单一的虚拟服务器，来提供服务的高可用性和可扩展性。并且负载调度器，内核集成，章文嵩，阿里的四层SLB(Server LoadBalance)是基 于LVS+keepalived实现。

2.2 lvs集群体系结构

2.3：LVS概念

VS：Virtual Server
RS：Real Server
CIP：Client IP
VIP: Virtual serve IP VS外网的IP
DIP: Director IP VS内网的IP
RIP: Real server IP

访问流程：CIP VIP == DIP RIP  

2.4：lvs集群的类型

1：nat模式（lvs-nat）

（1）本质是多目标IP的DNAT，通过将请求报文中的目标地址和目标端口修改为某挑出的RS的RIP和PORT实现转发。
（2）RIP和DIP应在同一个IP网络，且应使用私网地址;RS的网关要指向DIP。
（3）请求报文和响应报文都必须经由Director转发，Director易于成为系统瓶颈。
（4）支持端口映射，可修改请求报文的目标PORT。
（5）VS必须是Linux系统，RS可以是任意OS系统。

2：DR模式（lvs-dr）

        DR：Direct Routing，直接路由，LVS默认模式,应用最广泛,通过为请求报文重新封装一个MAC首部进行转发，源MAC是DIP所在的接口的MAC，目标MAC是某挑选出的RS的RIP所在接口的MAC地址；源IP/PORT，以及目标IP/PORT均保持不变。并且在DR模式中，RS接收到访问请求后不需要回传给VS调度器，直接把回传数据发送给client，所以RS和vs 上都要有vip。

3：TUN模式（lvs-tun）

        转发方式：不修改请求报文的IP首部（源IP为CIP，目标IP为VIP），而在原IP报文之外再封装一个IP首部 （源IP是DIP，目标IP是RIP），将报文发往挑选出的目标RS；RS直接响应给客户端（源IP是VIP，目标IP 是CIP）。

4：fullnet模式（lvs-fullnat）

fullnat：通过同时修改请求报文的源IP地址和目标IP地址进行转发。
CIP --> DIP
VIP --> RIP
1.VIP是公网地址，RIP和DIP是私网地址，且通常不在同一IP网络；因此，RIP的网关一般不会指向DIP。
2.RS收到的请求报文源地址是DIP，因此，只需响应给DIP；但Director还要将其发往Client。
3.请求和响应报文都经由Director 4.支持端口映射。

2.5：lvs的调度算法

2.5.1：lvs调度算法类型

1：ipvs scheduler：根据其调度时是否考虑各RS当前的负载状态被分为两种：静态方法和动态方法。
2：静态方法：仅根据算法本身进行调度，不考虑RS的负载情况。
3：动态方法：主要根据每RS当前的负载状态及调度算法进行调度Overhead=value较小的RS将被调度。

2.5.2：lvs静态调度算法

1、RR：roundrobin 轮询 RS分别被调度，当RS配置有差别时不推荐.
2、WRR：Weighted RR，加权轮询根据RS的配置进行加权调度，性能差的RS被调度的次数少。
3、SH：Source Hashing，实现session sticky，源IP地址hash；将来自于同一个IP地址的请求始终发往第一次挑中的RS，从而实现会话绑定。
4、DH：Destination Hashing；目标地址哈希，第一次轮询调度至RS，后续将发往同一个目标地址的请求始终转发至第一次挑中的RS，典型使用场景是正向代理缓存场景中的负载均衡，如：宽带运营商。

2.5.3：lvs动态调度算法

1、LC：least connections（最少链接发）
适用于长连接应用Overhead（负载值）=activeconns（活动链接数） x 256+inactiveconns（非活
动链接数）。
2、WLC：Weighted LC（权重最少链接）。
默认调度方法Overhead=(activeconns x 256+inactiveconns)/weight。
3、SED：Shortest Expection Delay,
初始连接高权重优先Overhead=(activeconns+1+inactiveconns) x 256/weight
当node1的权重为1，node2的权重为10，经过运算前几次的调度都会被node2承接。
4、NQ：Never Queue，第一轮均匀分配，后续SED。
5、LBLC：Locality-Based LC，动态的DH算法，使用场景：根据负载状态实现正向代理。
6、LBLCR：LBLC with Replication，带复制功能的LBLC，解决LBLC负载不均衡问题，从负载重的复制到负载轻的RS。

三.部署DR模式集群案例

3.1：实验环境

3.2：配置实验环境

1：在客户端主机中为nat模式网卡

2：在路由主机中设定双网卡，ens160为nat网卡，ens224为仅主机网卡

对于ens160的设定:

对于ens224的设定:

3:对于dr调度器设定网卡为仅主机模式

4:对于web1的设定网卡为仅主机模式

5:对于web2中的网络设定

6：配置完环境后确保每台主机ping都可以互相通信。

在lvs 和 服务器1，2中设定vip

[root@ypz ~]# ip addr add dev lo 192.168.0.100/32

[root@jnin ~]# ip addr add dev lo 192.168.0.100/32

[root@cnwj ~]# ip addr add dev lo 192.168.0.100/32

在RS1和RS2中解决响应问题

[root@jnin ~]# echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_ignore

[root@jnin ~]# echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_ignore

[root@jnin ~]# echo 2 > /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_announce

[root@jnin ~]# echo 2 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_announce

[root@cnwj ~]# echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_ignore

[root@cnwj ~]# echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_ignore

[root@cnwj ~]# echo 2 > /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_announce

[root@cnwj ~]# echo 2 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_announce

7:在lvs中配置策略

8:测试效果