LVS负载均衡群集--NAT模式

news/2024/10/31 1:22:12/

目录

前言

一:企业群集应用概述

 1、集群的含义

2、问题

3、 解决方法

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

2、负载均衡群集(Load Balance Cluster)

3、 高可用群集(High Availability Cluster)

4、 高性能运算群集(High Performance Computer Cluster)

三: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)

(2)第二层,服务器池(Server Pool)

(3)第三层,共享存储(Share Storage)

四: 负载均衡群集工作模式分析

1、群集的负载调度技术有3 种工作模式

2、NAT模式(地址转换)

3、 TUN模式(IP隧道)

4、DR模式(直接路由) 

5、LVS工作模式总结和比较

 五:LVS虚拟服务器

1、Linux Virtual Server

2、 LVS的负载调度算法

(1) 轮询(Round Robin)

(2)加权轮询(Weighted Round Robin)

(3)最少连接(Least Connections)

(4)加权最少连接(Weighted Least Connections)

3、LVS工作原理

4、LVS 功能及组织架构

5、应用于高访问量的业务

6、扩展应用程序

7、消除单点故障

8、同城容灾 (多可用区容灾)

9、 LVS集群类型中的术语

六:使用ipvsadm工具

 1、lvs群集创建与管理

2、 ipvsadm工具选项说明

七: NAT模式LVS负载均衡群集部署

           1、部署共享存储(NFS服务器:192.168.238.10)

 2、配置节点服务器(192.168.238.100、192.168.238.101 )

 3、配置负载调度器(内网关ens33:192.168.238.20,外网关ens36:12.0.0.1)


前言

LVS(Linux Virtual Server)Linux虚拟服务器,通过虚拟IP来接受请求,通过一定的方法(由LVS的模式决定)转发到对应的real server(RS)实际服务器,达到流量分发、负载均衡的目的。

LVS的实现只用到了OSI的底三层,不同的LVS模式,采用的方法不同。由于LVS的转发只涉及到OSI的底层协议。如TCP协议通讯,LVS不与client端建立TCP连接(可以理解成省去了TCP的三次握手),直接与real server建立连接,LVS只做数据包的转发。对比传统的七层,作用于应用层的负载均衡器(如Nginx)有着显著的性能优势。
有很多互联网公司,当在Nginx压力过大的情况下,都再用在Nginx的http服务器前面会搭建一个LVS负载均衡器来提升系统在并发情况下的高可用性。

一:企业群集应用概述

 1、集群的含义

  • 由多台主机构成,但对外表现为一个整体,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
  • Cluster,集群、群集,为解决某个特定问题将多台计算机组合起来形成的单个系统

 目前的网站多数是7x24小时提供不同断网络服务,如果仅采用单点服务器对外提供网络服务,那么在出现单点故障时,将导致整个网络服务中断。这时我们需要部署集群架构,最终将成百上千台主机有机地结合在一起,以满足当前大数据时代的海量访问负载/2、

2、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。

3、 解决方法

●使用价格昂贵的小型机、大型机(纵向扩容)
●使用多台相对廉价的普通服务器构建服务群集(横向扩容)
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。
在企业中常用的一种群集技术——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

阿里云采用的是【SLB】

●负载均衡群集
●高可用群集
●高性能运算群集

2、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压力。例如,"DNS轮询” “反向代理”等
     

3、 高可用群集(High Availability Cluster)

  • 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(HA)的容错效果
  • HA的工作方式包括双工主从两种模式,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

4、 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”"网格计算”等

三: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。

四: 负载均衡群集工作模式分析

1、群集的负载调度技术有3 种工作模式

负载均衡群集是目前企业用得最多的群集类型
群集的负载调度技术有3 种工作模式
地址转换
IP隧道
直接路由

2、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模式

3、 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

4、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

 

5、LVS工作模式总结和比较

NATTUNDR
优点端口转换WAN性能最好
缺点性能瓶颈服务器支持隧道模式不支持跨网段
真实服务器要求anyTunnelingNon-arp device
支持网络private(私网)LAN/WAN(私网/公网)LAN(私网)
真实服务器数量low (10~20)High (100)High (100)
真实服务器网关lvs内网地址Own router(网工定义)Own router(网工定义)

 五:LVS虚拟服务器

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 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。

# 确认内核对LVS的支持
[root@localhost ~]# modprobe ip_vs
[root@localhost ~]# 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

整个SLB系统由3部分构成: 四层负载均衡、七层负载均衡、控制系统

四层负载均衡 ,采用开源软件LVS (linux virtual server),并根据云计算需求对其进行了定制化;该技术已经在阿里巴巴内部业务全面上线应用2年;

七层负载均衡,采用开源软件Tengine;该技术已经在阿里巴巴内部业务全面上线应用3年多;·控制系统,用于配置和监控负载均衡系统;

2、 LVS的负载调度算法

(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, 而不管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

(3)最少连接(Least Connections)

◆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

(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
◆性能较高的节点将承担更大比例的活动连接负载

3、LVS工作原理

VS根据请求报文的目标IP和目标协议及端口将其调度转发至某RS,根据调度算法来挑选RS。LVS是内核级功能,工作在INPUT链的位置,将发往INPUT的流量进行“处理”。

4、LVS 功能及组织架构

负载均衡的应用场景为高访问量的业务,提高应用程序的可用性和可靠性。

5、应用于高访问量的业务

如果您的应用访问量很高,可以通过配置监听规则将流量分发到不同的云服务器 ECS(Elastic Compute Service 弹性计算服务)实例上。此外,可以使用会话保持功能将同一客户端的请求转发到同一台后端ECS。

6、扩展应用程序

可以根据业务发展的需要,随时添加和移除ECS实例来扩展应用系统的服务能力,适用于各种Web服务器和App服务器。

7、消除单点故障

可以在负载均衡实例下添加多台ECS实例。当其中一部分ECS实例发生故障后,负载均衡会自动屏蔽故障的ECS实例,将请求分发给正常运行的ECS实例,保证应用系统仍能正常工作。

8、同城容灾 (多可用区容灾)

为了提供更加稳定可靠的负载均衡服务,阿里云负载均衡已在各地域部署了多可用区以实现同地域容灾。当主可用区出现机房故障或不可用时,负载均衡仍然有能力在非常短的时间内(如:大约30s中断)切换到另外一个备可用区恢复服务能力;当主可用区恢复时,负载均衡同样会自动切换到主可用区提供服务。

使用负载均衡时,您可以将负载均衡实例部署在支持多可用区的地域以实现同城容灾。此外,建议您结合自身的应用需要,综合考虑后端服务器的部署。如果您的每个可用区均至少添加了一台ECS实例,那么此种部署模式下的负载均衡服务的效率是最高的。

9、 LVS集群类型中的术语

  • VS:Virtual Server,Director Server(DS), Dispatcher(调度器),Load Balancer(lvs服务器)
  • RS:Real Server(lvs), upstream server(nginx), backend server(haproxy)(真实服务器)
  • CIP:Client IP(客户机IP)
  • VIP:Virtual serve IP VS外网的IP
  • DIP:Director IP VS内网的IP
  • RIP:Real server IP (真实IP)

访问流程:cip--》vip-====dip<----->rip

六:使用ipvsadm工具

 1、lvs群集创建与管理

创建虚拟服务器----->添加、删除服务器节点----->查看群集和节点情况----->保存负载分配策略

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"-"选项组合使用。ipvsadm -ln

七: NAT模式LVS负载均衡群集部署

负载调度器:内网关ens33:192.168.238.20, 外网关ens36:12.0.0.1
Web节点服务器1:192. 168.238.100
Web节点服务器2:192. 168.238.101
NFS服务器:192.168.238.10 
客户端:192.168.238.200

 1、部署共享存储(NFS服务器:192.168.238.10)

关闭防火墙
systemctl stop firewalld.service
systemctl disable firewalld.service
setenforce 0yum install nfs-utils rpcbind -y    提供远程调用服务
systemctl start nfs.service
systemctl start rpcbind.service
systemctl enable nfs.service
systemctl enable rpcbind.servicemkdir /opt/jiedian1 /opt/jiedian2         赋权
chmod 777 /opt/jiedian1 /opt/jiedian2vim /etc/exports   ---->尽量不给写的权限
/usr/share *(ro, sync)    
/opt/jieidan1 192.168.238.0/24(rw,sync)
/opt/jiedian2 192.168.238.0/24(rw,sync)重启服务
systemctl restart nfs.service
showmount -e发布共享
exportfs -rv
echo 'this is jieidan1!' > /opt/jiedian1/index.html
echo 'this is jiedian2!' >/opt/jiedian2/index.html

 

 2、配置节点服务器(192.168.238.100、192.168.238.101 )

systemctl stop firewalld.service 
systemctl disable firewalld.service
setenforce 0yum install httpd -y
systemctl start httpd.service
systemctl enable httpd.serviceyum install nfs-utils rpcbind -y
showmount -e 192.168.238.10
systemctl start rpcbind
systemctl enable rpcbind--192.168.238.100---
mount.nfs 192.168.238.10:/opt/jiedian1 /var/www/html
#echo 'this is jiedian1!' > /var/www/html/index.htmlvim /etc/fstab
192.168.238.10:/opt/jiedian1     /var/www/html  nfs defaults,_netdev   0   0--192.168.238.101---
mount.nfs 192.168.238.10:/opt/jiedian2 /var/www/html
#echo 'this is jiedian2!' > /var/www/html/index.html
vim /etc/fstab
192.168.238.10:/opt/jiedian2  /var/www/html   nfs    defaults,_netdev    0   0
#  共享目录                         挂载点     协议          参数

 3、配置负载调度器(内网关ens33:192.168.238.20,外网关ens36:12.0.0.1)

cd /etc/sysconfig/network-scripts/
cp ifcfg-ens32 ifcfg-ens33
vim ifcfg-ens32                         #把网关和DNS去掉
vim ifcfg-ens33                         #改网卡名,ip改为外网ip,网关和DNS去掉
systemctl restart networksystemctl stop firewalld.service
systemctl disable firewalld.service
setenforce 0(1)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 -Piptables -t nat -F
iptables -F
iptables -t nat -A POSTROUTING -s 192.168.238.0/24 -o ens36 -j SNAT --to-source 12.0.0.1
#-t 指定nat表 -A加入规则链 -s指定源IP地址或网段 -o出站接口  -j指定控制类型 --to-source指定要转换的IP地址
(2)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
(3)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
或者ipvsadm --save > /etc/sysconfig/ipvsadmsystemctl start ipvsadm.service(4)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 -ln     #查看是否有策略
ipvsadm -C      #清除原有策略
ipvsadm -ln     #再次检测
ipvsadm -A -t 12.0.0.1:80 -s rr    -A添加虚拟服务器  -t指定VIP地址和端口  -s指定负载调度算法  rr轮询
ipvsadm -a -t 12.0.0.1:80 -r 192.168.238.100:80 -m -w 1    -a添加真实服务器  -r指定RIP地址和端口  -m使用NAT群集模式   [-w 1]指定权重
ipvsadm -a -t 12.0.0.1:80 -r 192.168.238.101:80 -m -w 1#指定权重----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
ipvsadm      #启用策略
ipvsadm -ln     #查看节点状态,Masq代表NAT模式
ipvsadm-save > /etc/sysconfig/ipvsadm          #保存策略

 

 ipvsadm -d -t 12.0.0.1:80 -r 192.168.238.11:80 -m -w 1   #删除群集中某一节点服务器
ipvsadm -D -t 12.0.0.1:80        #删除整个虚拟服务器
systemctl stop ipvsadm           #停止服务(清除策略)
systemctl start ipvsadm          #启动服务(重建规则)
ipvsadm-restore < /etc/sysconfig/ipvsadm       #恢复LVS策略

 

 windows主机 将网关改为 负载主机的外网ip,也可访问


http://www.ppmy.cn/news/325579.html

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