LVS负载均衡群集部署之——NAT模式部署

本文介绍了NAT模式的LVS负载均衡群集部署,包括企业群集应用概述、负载均衡群集架构和NAT模式的操作步骤。详细讲述了如何部署共享存储、配置节点服务器和负载调度器,以及测试负载均衡效果。

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目录

1.企业群集应用概述

  1.群集的含义

2.问题及解决方法

3、根据群集所针对的目标差异,可分为三种类型

2.负载均衡群集架构

    1.负载均衡的结构

2.负载均衡群集工作模式分析

3.关于LVS虚拟服务器

4.LVS 的负载调度算法

5.使用 ipvsadm 管理工具

3.NAT模式 LVS负载均衡群集部署的操作步骤

1.部署共享存储(NFS服务器:192.168.156.130)

2.配置节点服务器(192.168.156.110、192.168.156.120)

3.配置负载调度器(内网关 ens33:192.168.156.10,外网关 ens36:12.0.0.1)

4.测试效果

4.实例操作:NAT模式 LVS负载均衡群集部署

1.环境准备

2.部署共享存储(NFS服务器:192.168.156.130)

3.配置节点服务器(192.168.156.110、192.168.156.120)

4.配置负载调度器(内网关 ens33:192.168.156.10,外网关 ens36:12.0.0.1)

5.浏览器中进行测试(不断刷新浏览器测试负载均衡效果,刷新间隔需长点)


1.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(域名或IP地址),相当于一台大型计算机。

2.问题及解决方法

问题:
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的要求。

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群集。

在企业中常用的一种群集技术–LVS(Linux virtual server,linux虚拟服务器)
注: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,并以同一个IP地址对外提供相同的服务。

3、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

     2. 高可用群集

     3.高性能运算群集

(1)负载均衡群集(Load Balance Cluster)
        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的负载分担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压力。例如 "反向代理 "。

(2)高可用群集(High Availability Cluster)
         提高应用系统的可靠性、尽可能的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 “故障切换” “双机热备” 等。

(3) 高性能运算群集(High Performance Computer Cluster)
        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” “网路计算”等。

 

2.负载均衡群集架构

    1.负载均衡的结构

  (1)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。

  (2) 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。

 (3)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。

2.负载均衡群集工作模式分析

负载均衡群集是目前企业用的最多的群集类型

群集的负载调度技术有三种工作模式
 (1) 地址转换
 (2)IP隧道
 (3)直接路由

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。

    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

     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.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。

       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.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

      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

     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.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。

[root@cm ~]# modprobe ip_vs
[root@cm ~]# cat /proc/net/ip_vs
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
  -> RemoteAddress:Port Forward Weight ActiveConn InActConn

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