LVS简介及LVS-NAT负载均衡群集的搭建

news2024/11/23 13:39:54

目录

 

一、LVS群集简介

1.群集的含义和应用场景

2.性能扩展方式

3.群集的分类

负载均衡（LB）

高可用（HA）

高性能运算（HPC）

二、LVS负载均衡群集简介及搭建

1.负载均衡群集架构

2.三种工作模式

3.启用LVS虚拟服务

4.LVS调度算法

（1）固定调度算法

（2）动态调度算法

5.使用ipvsadm管理工具

6.部署实例

（1）配置nfs共享存储器

（2）配置节点服务器

（3）配置负载调度服务器

 

一、LVS群集简介

1.群集的含义和应用场景

        群集是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，由多台主机构成，但对外只表现为一个整体，相当于一台大型计算机提供服务。

        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，所有产生了LVS群集技术提供稳定高效服务。

2.性能扩展方式

  • 纵向扩展——对服务器的CPU、内存、硬盘等硬件进行升级或者扩容来实现，但存在性能上限会有瓶颈，成本昂贵，收效比不高等问题。
  • 横向扩展——通过增加服务器主机数量来应该高并发的场景。

3.群集的分类

负载均衡（LB）

        提高应用系统的响应效率，处理更多的访问请求，减少延迟，提高并发和负载能力。

        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。

高可用（HA）

        提高应用系统的可靠性，减少服务中断时间，确保服务的连续性。

        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。

高性能运算（HPC）

        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。

二、LVS负载均衡群集简介及搭建

负载均衡群集是目前企业中用的最多的群集类型

1.负载均衡群集架构

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。

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。

2.三种工作模式

NAT（地址转换）

        调度器作为所有节点服务器的网关，既作客户端的访问入口，也作节点服务器响应的访问出口，也就意味着调度器将成为整个集群系统的瓶颈。

        由于再转发过程中做了地址转发，对于节点服务器的安全性比其它模式较好。

        调度器至少要有2个网卡，一个承载VIP用于接收客户端的请求，另一个用于使用私有IP在同一个局域网中与节点服务器相互通信。

DR（直接路由）

        调度器只负责接收客户端的请求，并根据调度算法转发给节点服务器；节点服务器在处理完请求后是直接响应返回给客户端，响应的数据包不经过调度器。
        性能比NAT模式高。
        调度器和节点服务器使用私有IP在同一个局域网中与节点服务器相互通信。

TUN（IP隧道）

        架构与DR相类似，但是节点服务器分散在互联网各个位置，都具有独立的公网IP，通过专用IP隧道与调度器相互通信。

3.启用LVS虚拟服务

        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。

4.LVS调度算法

（1）固定调度算法

轮询调度（rr）：将请求依次分配给不同的RS节点，即RS节点中均摊分配。适合于RS所有节点处理性能接近的情况。

加权轮询调度（wrr）：依据不同RS的权值分配任务。权值较高的RS将优先获得任务，并且分配到的连接数将比权值低的RS更多。相同权值的RS得到相同数目的连接数。

目的地址哈希调度（dh）：以目的地址为关键字查找一个静态hash表来获得所需RS。

源地址哈希调度（sh）：以源地址为关键字查找一个静态hash表来获得需要的RS。

（2）动态调度算法

最小连接数调度（lc）：IPVS表存储了所有活动的连接。LB会比较将连接请求发送到当前连接最少的RS。

加权最小连接数调度（wlc）：假设各台RS的权值依次为x，当前tcp连接数依次为y，依次去y/x为最小的RS作为下一个分配的RS。

基于地址的最小连接数调度（lblc）：将来自同一个目的地址的请求分配给同一台RS，此时这台服务器是尚未满负荷的。否则就将这个请求分配给连接数最小的RS，并以它作为下次分配的首先考虑。

5.使用ipvsadm管理工具

ipvsadm [选项] 

常用选项

-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（默认关闭连接保持）
-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。ipvsadm -ln

6.部署实例

实验准备

负载调度器：内网关 ens33：192.168.116.1，外网关 ens36：12.0.0.1
Web节点服务器1：192.168.116.10
Web节点服务器2：192.168.116.20
NFS服务器：192.168.116.50
客户端：12.0.0.12

（1）配置nfs共享存储器

#关闭防火墙和selinux
systemctl stop firewalld.service
systemctl disable firewalld.service
setenforce 0

#下载nfs服务
yum install nfs-utils rpcbind -y
systemctl start rpcbind.service
systemctl start nfs.service
systemctl enable nfs.service
systemctl enable rpcbind.service

#创建两个共享目录
cd /opt/
mkdir abc def
chmod 777 abc/ def/
echo 'welcome to abc.com!' > abc/index.html
echo 'welcome to def.com!' > def/index.html

#修改nfs发布策略
vim /etc/exports
/usr/share *(ro,sync)
/opt/abc 192.168.116.0/24(rw,sync)
/opt/def 192.168.116.0/24(rw,sync)

#在线发布
exportfs -rv

（2）配置节点服务器

首先需要节点服务器提供web服务（apache、nginx等都可以） 

将网页根目录挂载到共享存储服务器

web服务器1（nginx）

#启动nfs服务并共享
systemctl start rpcbind nfs
mount 192.168.116.50:/opt/abc /usr/local/nginx/html/

web服务器2（apache）

#启动nfs服务并共享
systemctl start rpcbind nfs
mount 192.168.116.50:/opt/def /var/www/html/

（3）配置负载调度服务器

配置网卡

#关闭防火墙和selinux
systemctl stop firewalld.service
systemctl disable firewalld.service
setenforce 0

#添加ip转发功能
echo 'net.ipv4.ip_forward=1' >> /etc/sysctl.conf
sysctl -p

#设置SNAT地址转发
iptables -F
iptables -t nat -F
iptables -t nat -A POSTROUTING -s 192.168.116.0/24 -o ens33 -j SNAT --to-source 12.0.0.1

#下载ipvsdam并加载ip_vs通用模块
yum -y install ipvsadm
modprobe ip_vs

#添加并启动ipvsadm
ipvsadm-save > /etc/sysconfig/ipvsadm
systemctl start ipvsadm.service
systemctl enable ipvsadm.service

#添加lvs策略
ipvsadm -A -t 12.0.0.1:80 -s rr -p 5
ipvsadm -a -t 12.0.0.1:80 -r 192.168.116.10:80 -m -w 1
ipvsadm -a -t 12.0.0.1:80 -r 192.168.116.20:80 -m -w 1

#启用策略
ipvsadm

#保存策略（恢复可使用 ipvsadm-restore < /etc/sysconfig/ipvsadm）
ipvsadm-save > /etc/sysconfig/ipvsadm

使用外网客户端访问测试（等待连接保持失效后刷新，都能访问到则实现负载均衡）

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