LVS负载均衡集群-NAT模式

news/2024/10/30 15:27:44/

目录

  • 前言
  • 一、企业群集应用概述
    • 1. 群集的含义
      • 1.1 群集的特点
      • 1.2 扩展服务器的方式
    • 2. 群集的类型
      • 2.1 负载均衡群集(Load Balance Cluster)
      • 2.2 高可用群集(High Availability Cluster)
      • 2.3 高性能运算群集(High Performance Computer Cluster)
    • 3. 负载均衡的结构
    • 4. LVS 的三种工作模式
  • 二、LVS-NAT 的部署
    • 1. 关于 LVS 虚拟服务器
    • 2. LVS的负载调度算法
      • 2.1 轮询(Round Robin)
      • 2.2 加权轮询(Weighted Round Robin)
      • 2.3 最少连接(Least Connections)
      • 2.4 加权最少连接(Weighted Least Connections)
  • 三、 ipvsadm 工具
    • LVS-NAT部署实战
      • 网关服务器配置
      • 启动、停止、修改、查看
      • 保存策略、恢复策略

前言

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。

如果使用小型机、大型机,价格比较昂贵,所以大多数企业会使用多台相对廉价的普通服务器构建服务群集。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,并已同一个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)。

一、企业群集应用概述

1. 群集的含义

Cluster(集群、群集),由多台主机构成,但对外只表现为要给整体,只提供一个访问入口(域名和IP地址),相当于一个大型计算机。

1.1 群集的特点

  • 由多台主机构成;
  • 都干同样的一件事;
  • 对外展现是一个整体。

1.2 扩展服务器的方式

  • 纵向扩展:添加服务器硬件。
  • 横向扩展:添加服务器的数量。

2. 群集的类型

  • 根据群集所针对的目标差异,可分为三种类型:负载均衡群集、高可用群集、高性能运算群集。

2.1 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。根据软件类来分应用,代表是LVS、Nginx、HAproxy;根据硬件类来分应用,代表的是F5、绿盟。

2.2 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。应用代表是Keepalived、heartbeat。

2.3 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。主要代表云计算、网格计算等。

3. 负载均衡的结构

在这里插入图片描述

第一层: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。

4. LVS 的三种工作模式

  • NAT:地址转换模式
    • 负载调度器会作为所有节点服务器的默认网关,也作为客户机的访问入口和节点服务器返回响应消息的出口,也就是说调度器会承载双向数据的负载压力,可能成为整个集群的性能瓶颈。
    • 特点:由于节点服务器都处于内网环境,使用私网IP地址,所以安全性尚可
  • TUN:IP隧道模式 (IP Tunnel)
    • 调度器仅作为节点服务器的访问入口,节点服务器的响应消息直接返回给客户端,不会在经过调度器
    • 特点:由于节点服务器需要部署在不同位置的公网环境中,需要具有独立的公网IP地址,调度器与节点服务器通过专用的IP隧道实现相互通信的,因此IP隧道模式 的成本较高,安全性较低,且IP隧道需要更多的封装和解封装过程,性能也会收到一定的影响
  • DR:直接路由 (Direct Routing)
    • 调度器仅作为客户端访问入口,节点服务器响应消息直接返回给客户端,不经过调度器
    • 特点:节点服务器与调度器是不是在同一个局域网内,因此不需要建立专用的IP隧道,DR模式是企业的首选模式

二、LVS-NAT 的部署

1. 关于 LVS 虚拟服务器

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。它的官方网站: http://www.linuxvirtualserver.org/。LVS(Linux Virtual Server)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 InActConns

一次性加载所有模块的方式。

###进入所有模块目录
[root@localhost ~]#cd /usr/lib/modules/3.10.0-1160.el7.x86_64/kernel/net/netfilter/ipvs/###查询方式
[root@localhost ipvs]#for i in $(ls *);do echo $i | awk -F. '{print $1}';done
[root@localhost ipvs]#for i in $(ls * | awk -F. '{print $1}');do echo $i;done
[root@localhost ipvs]#ls * | grep -o "^[^.]*"
[root@localhost ipvs]#for i in $(ls *); do echo ${i%%.*};done

所有模块
在这里插入图片描述

2. LVS的负载调度算法

2.1 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。

2.2 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。

2.3 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。

2.4 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。

三、 ipvsadm 工具

LVS群集创建与管理流程:常见虚拟服务器——>添加删除服务器节点——>查看群集及节点情况——>保存负载分配策略。

ipvsadm工具选项说明

选项含义
-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-l选项组合使用

LVS-NAT部署实战

在这里插入图片描述
LVS-NAT 部署配置

网关服务器配置

在这里插入图片描述

  1. 部署共享存储(NFS服务器)
systemctl stop firewalld.service
systemctl disable firewalld.service
setenforce 0yum install nfs-utils rpcbind -y
systemctl start rpcbind.service
systemctl start nfs.servicesystemctl enable nfs.service
systemctl enable rpcbind.servicemkdir /opt/kgc /opt/benet
chmod 777 /opt/kgc /opt/benet
echo 'this is kgc web!' > /opt/kgc/index.html
echo 'this is benet web!' > /opt/benet/index.htmlvim /etc/exports
/usr/share *(ro,sync)
/opt/kgc 192.168.154.0/24(rw,sync)
/opt/benet 192.168.154.0/24(rw,sync)---发布共享---
exportfs -rv
  1. 配置节点服务器(192.168.154.14、192.168.154.15)
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 192.168.80.13systemctl start rpcbind
systemctl enable rpcbind--192.168.80.100---
mount.nfs 192.168.80.13:/opt/kgc /var/www/htmlvim /etc/fstab
192.168.80.13:/opt/kgc		/var/www/html	nfs		defaults,_netdev	0  0--192.168.80.101---
mount.nfs 192.168.80.13:/opt/benet /var/www/html
echo 'this is benet web!' > /var/www/html/index.htmlvim /etc/fstab
192.168.80.13:/opt/benet	/var/www/html	nfs 	defaults,_netdev	0  0
  1. 配置负载调度器(内网关 ens33:192.168.154.12,外网关 ens36:12.0.0.10)
systemctl 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 192.168.80.0/24 -o ens36 -j SNAT --to-source 12.0.0.10(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for i in $(ls /usr/lib/modules/$(uname -r)/kernel/net/netfilter/ipvs|grep -o "^[^.]*");do echo $i; /sbin/modinfo -F filename $i >/dev/null 2>&1 && /sbin/modprobe $i;done(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 -C 					#清除原有策略
ipvsadm -A -t 12.0.0.10:80 -s rr [-p 60]
ipvsadm -a -t 12.0.0.10:80 -r 192.168.154.14:80 -m [-w 1]
ipvsadm -a -t 12.0.0.10:80 -r 192.168.154.15:80 -m [-w 1]
ipvsadm						#启用策略ipvsadm -ln					#查看节点状态,Masq代表 NAT模式
ipvsadm-save > /opt/ipvsadm						#保存策略
ipvsadm-save > /etc/sysconfig/ipvsadm
  1. 测试效果
    在一台IP为12.0.0.30的客户机使用浏览器访问 http://12.0.0.10/ ,不断刷新浏览器测试负载均衡效果,刷新间隔需长点(或者关闭Web服务的连接保持)。

启动、停止、修改、查看

ipvsadm -d -t 12.0.0.1:80 -r 192.168.80.11:80 #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(清空策略),如果selinux没关闭/etc/sysconfig/ipvsadm内容也会清空
systemctl start ipvsadm #启动服务(根据/etc/sysconfig/ipvsadm恢复策略)
ipvsadm -ln #查看节点状态,Masq代表 NAT模式
在这里插入图片描述

保存策略、恢复策略

ipvsadm-save > /opt/ipvsadm#保存策略
ipvsadm-save > /etc/sysconfig/ipvsadm #保存系统启动自动执行策略
ipvsadm-restore < /opt/ipvsadm #恢复LVS 策略

在这里插入图片描述



http://www.ppmy.cn/news/325625.html

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