linux：搭建LVS负载均衡群集（1）LVS-NAT

1.0.0理论

1.1.0 企业群集应用概述

• 群集的含义
  • Cluster，集群，群集
  • 由多台主机构成，但对外只表现为一个整体
• 问题
  • 互联网应用应用种，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，单台服务器力不从心
• 解决方法
  • 使用价格昂贵的小型机，大型机
  • 使用普通服务器构建服务群集

1.2.0 企业群集分类

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

1.3.0 负载均衡群集架构

• 负载均衡的结构
  • 第一层，负载调度器（Load Balancer或Director）
    • 根据需求，双活，主从
  • 第二层，服务器池（Server Pool）
    • 根据客户需求选中可用区
  • 第三层，共享存储（Share Storage）
    • 内容重分发

1.4.0 负载均衡群集工作模式分析

• 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三种工作模式
  • 地址转换
  • IP隧道
  • 直接路由

1.4.1 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，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
    

1.4.2 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种的不同位置，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

1.4.3 DR模式

• 直接路由
  • Direct Routing，简称DR模式
  • 采用半开方式的网络结构，与TUN模式的结构类似，但各节点并不是分散在各地，而是在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

1.5.0 关于LVS虚拟服务器

• Linux Virtual Server
  • 针对Linux内核的负载均衡解决方案
  • 1998年5月，由我国的章文嵩博士创建

1.5.1 LVS的负载调度算法

• 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喝系统负载
• 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
• 最少连接 （Least Connections）
  • 根据真是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量少的节点
• 加权最少连（Weighted Least Connections）
  • 在服务器节点的性能差异较大时，可用为真是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

1.6.0 使用ipvsadm工具

• LVS群集创建与管理
  • 创建虚拟服务器
  • 添加，删除服务器节点
  • 查看群集及节点情况
  • 保存负载分配策略

1.7.0 NFS共享存储服务

• Network File System,网络文件系统
  • 依赖于RPC(远端过程调用)
  • 需安装nfs-utils,rpcbind软件包
  • 系统服务：nfs，rpcbind
  • 共享配置文件：/etc/exports

1.7.0 案例：LVS-NAT部署实战

• 案例环境
  • LVS调度器作为Web服务器池的网关，LVS两块网卡，分别连接内外网，使用轮询（rr）调度算法

1.8.0 部署步骤

• 加载ip_vs模块，安装ipvsadm工具
• 开启路由准发
• 新建LVS虚拟服务器并添加节点服务器
• 配置节点服务器
  • 建立测试网站
  • 挂载NFS共享存储
  • 建立测试网页
• 保存规则并测试

2.0.0 实例实验

2.1.0 实验环境配置

• 一台调度器：配置双网卡 VM1:192.168.100.41 桥接网卡：10.0.2.73
• 两台WEB服务器集群池：
  • 192.168.100.42
  • 192.168.100.43
  • 这边的网关必须指向192.168.100.41这个地址
• 一台NFS共享服务器：192.168.100.44

2.2.0 调度器上设置

• 一块网卡桥接配置DHCP模式
• 在调度器 192.168.100.41 上按照以下操作进行

nmcali connection #先使用这个命令获得 网卡的 UID

cd /etc/sysconfig/network-scripts/ #设置 第二张网卡
vi ifcfg-ens36

yum -y install ipvsadm #yum安装 ipvsadm

modprobe ip_vs #加载 ip_vs 模块
car /proc/net/ip_vs #查看 ip_vs 模块 

ipvsadm -A -t 192.168.100.10:80 -s rr #创建虚拟服务器
ipvsadm -a -t 192.168.100.10:80 -r 192.168.100.42:80 -m #添加服务器节点
ipvsadm -a -t 192.168.100.10:80 -r 192.168.100.43:80 -m

ipvsadm-save #查看LVS策略

vi /etc/sysctl.conf #开启调度服务器路由转发功能
net.ipv4.ip_forward = 1 #将这串指令保存到sysctl.conf文件中
sysctl -p # 刷新一下

2.3.0 存储服务器配置

• 在存储服务器 192.168.100.44 上按照以下操作进行

yum -y install nfs-utils # 安装 nfs-utils 
yum -y install rpcbind # 安装 rpcbind
systemctl start nfs #开启 nfs 服务
systemctl start rpcbind #开启rpcbind 服务

mkdir /opt/51xit /opt/52xit # 创建用来共享的服务

vi /etc/exports #将以下2行代码 加入到这个文件
/opt/51xit 192.168.100.0/24(rw.sync)
/opt/52xit 192.168.100.0/24(rw.sync)

systemctl restart nfs #重启 nfs 服务 
systemctl restart rpcbind #重启 rpcbind 服务

echo "this is www.51xit.tio" >/opt/51xit/index.html #给 共享文件 打入数据
echo "this is www.52xit.tio" >/opt/52xit/index.html

2.4.0 节点服务器配置

• 在服务器 192.168.100.42 上按照以下操作进行

yum -y install nfs-utils httpd # 安装nfs-ustils 和httpd服务

mount 192.168.100.44:/opt/51xit /var/www/html/
systemctl start httpd

• 登录 192.168.100.42测试网站是否正常

• 在服务器 192.168.100.42 上按照以下操作进行

yum -y install nfs-utils httpd # 安装nfs-ustils 和httpd服务

mount 192.168.100.44:/opt/52xit /var/www/html/
systemctl start httpd

• 登录 192.168.100.43测试网站是否正常

3.0.0测试结果

• 登录 192.168.100.41 测试网页 是否切换
• 切换成功就可以了。