1、什么是集群

2、集群的使用场景

3、集群的分类

4、负载均衡器的集群架构

5、负载均衡器的集群的工作模式

6、 LVS虚拟服务器

7、LVS的负载均衡算法

8、LVS集群创建与管理

9、LVS的管理工具

10、实验： nat模式 LVS负载均衡群集部署

1、什么是集群

将多台主机作为一个整体，对外提高相同的服务（由多台主机构成，对外只表现为一个整体，只提供一个访问入口（域名和IP地址）相当于一台大型计算机）

2、集群的使用场景

高并发场景

3、集群的分类

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（减少响应延迟，提高并发处理能力）

· 高可用群集（系统的稳定性，减少服务器中断的时间，减少损失）

· 高性能运算群集（高性能运算能力作为分布式、并发量）

详述：

负载均衡群集：

· 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

访问请求分担给多个服务期节点，从而缓解整个系统的负载压力。例如：“DNS轮询”“反向代理等”

高可用群集

· 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
· 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

4、负载均衡器的集群架构

负载调度器：通过调度算法以及RIP进行发送

节点服务池：所有服务器用的资源

共享存储：提供网站存储资源

数据流向是用户通过vip进行访问

数据流向：

在LVS-DR（Linux Virtual Server - Direct Routing）模式下，数据包的流向分析如下：

· 客户端发送请求到负载均衡器（LVS）。请求中的目标IP地址是负载均衡器的虚拟IP（VIP）。

· 负载均衡器接收到请求后，根据预设的负载调度算法选择一个后端服务器进行转发。

· 负载均衡器将请求的目标IP地址改写为选定的后端服务器的实际IP地址，并将数据包转发给后端服务器。

· 数据包通过物理网络直接传输到后端服务器。由于负载均衡器和后端服务器位于同一物理网络中，数据包不需要经过负载均衡器。

· 后端服务器接收到数据包后，对请求进行处理，并生成响应数据。

· 后端服务器将响应数据返回给客户端。响应数据通过物理网络直接传输到客户端，无需经过负载均衡器。

总结起来，LVS-DR模式中，客户端的请求首先到达负载均衡器，负载均衡器根据负载调度算法选择后端服务器后，将请求转发给后端服务器。后端服务器处理请求并直接将响应返回给客户端。负载均衡器在这个过程中只负责请求的转发和负载均衡的调度，不参与实际的数据包传输。通过这种方式可以提高系统性能和吞吐量，并减轻负载均衡器的压力。

详述：

· 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。

5、负载均衡器的集群的工作模式

群集的负载调度技术有三种工作模式：

· 地址转换（NAT模式）：调度作为网关，是访问请求的入口，也是响应访问的出口，在高并发场景下负载压力很高，NAT转换可以提高安全性

· ip隧道（TUN模式）：仅是访问请求的入口，响应数据不经过调度器。但是需要大量的公网ip，还需要专用的ip隧道（成本太高），数据转发受ip隧道的额外影响

· 直接路由（DR模式）：仅是访问请求入口，响应数据不经过调度器，节点服务器和调度器在一个物理网络中，数据进行转发不受额外影响

详述：

· nat模式地址转换：（性能不高，承受不了高并发）

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

负载调度器作为所以服务器节点的网关，即作为客户机的访问入口，也是割接点回应客户机的访问出口

· tun模式 ip隧道：（公网地址太贵，还得使用ip隧道费用更高）

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不同的位置，需要独立的公网IP地址，通过专用ip隧道与负载调度器互相通信

· DR模式直接路由：

采用半开放式的网络结构，与tun模式的结构类似，但各个节点并不是分塞在各地，而是与调度器位于同一个物理网络

负载均衡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

好处只用一个公网ip，调度器只负责转发

6、 LVS虚拟服务器

modprobe ip_vs来确认是否支持LVS

7、LVS的负载均衡算法

· 轮询：将收到的访问请求按照顺序轮流分配给群集中的个基点（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

· 加权轮询：

根据调度器设置的权重值来分发请求，权重值搞得节点优先获得任务，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

· 最小连接数

· 加权最小链接

8、LVS集群创建与管理

创建步骤

9、LVS的管理工具

LVS的管理工具是ipvsadm：

工具选项：

10、实验： nat模式 LVS负载均衡群集部署

LVS负载调度器：ens33：192.168.10.19 ens37：10.0.0.1（vmnet3）
Web1 节点服务器1：192.168.10.16
Web2 节点服务器2：192.168.10.17
NFS服务器：192.168.10.18
客户端（win10）：10.0.0.12 (Vmnet3)

PS:
① win10虚拟机（客户端）网关设置为10.0.0.1
② web服务器网关设置为 192.168.10.19

1、部署共享存储（NFS服务器：192.168.10.18）
systemctl stop firewalld.service
systemctl disable firewalld.service
setenforce 0

yum install -y nfs-utils rpcbind

systemctl start nfs.service
systemctl start rpcbind.service
systemctl enable nfs.service
systemctl enable rpcbind.service

mkdir /opt/kgc /opt/benet
chmod 777 /opt/kgc /opt/benet

vim /etc/exports
/usr/share *(ro,sync)
/opt/kgc 192.168.10.0/24(rw,sync)
/opt/benet 192.168.10.0/24(rw,sync)

#发布共享
exportfs -rv
showmount -e

2、配置节点服务器（后端服务器）
192.168.10.16、192.168.10.17
systemctl stop firewalld.service
systemctl disable firewalld.service
setenforce 0

#修改网卡网关为LVS服务器

yum install -y httpd
systemctl start httpd.service
systemctl enable httpd.service

yum install -y nfs-utils rpcbind

systemctl start rpcbind.service
systemctl enable rpcbind.service

showmount -e 192.168.10.18

#web1：192.168.10.16
mount.nfs 192.168.10.18:/opt/kgc /var/www/html/

echo 'this is kgc' > /var/www/html/index.html

vim /etc/fstab
192.168.10.18:/opt/kgc /var/www/html nfs defaults,_netdev 0 0
mount -a

#web2：192.168.10.17
mount.nfs 192.168.10.18:/opt/benet /var/www/html/

echo 'this is benet' > /var/www/html/index.html

vim /etc/fstab
192.168.10.18:/opt/benet /var/www/html nfs defaults,_netdev 0 0

mount -a

######配置负载调度器LVS（ens33：192.168.10.19 ens37：10.0.0.1）
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

sysctl -p
或者：echo '1' > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward

iptables -t nat -F
iptables -F
[root@lvs ~]# iptables -t nat -nL
Chain PREROUTING (policy ACCEPT)
target prot opt source destination

Chain INPUT (policy ACCEPT)
target prot opt source destination

Chain OUTPUT (policy ACCEPT)
target prot opt source destination

Chain POSTROUTING (policy ACCEPT)
target prot opt source destination

iptables -t nat -A POSTROUTING -s 192.168.10.0/24 -o ens37 -j SNAT --to-source 10.0.0.1

nat表:修改数据包中的源、目标IP地址或端口
POSTROUTING: 在进行路由判断之"后"所要进行的规则(SNAT/MASQUERADE)
PREROUTING: 在进行路由判断之"前"所要进行的规则(DNAT/REDIRECT)
-A: 在规则链的末尾加入新规则
-s: 匹配来源地址IP/MASK.
-o 网卡名称匹配从这块网卡流出的数据
-i 网卡名称匹配从这块网卡流入的数据
-j 控制类型

-------（2）、加载LVS内核模块-------------
modprobe ip_vs #手动加载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 install -y ipvsadm

#注意：启动服务前必须保存负载分配策略，否则将会报错
ipvsadm-save > /etc/sysconfig/ipvsadm
或者
ipvsadm --save > /etc/sysconfig/ipvsadm
或者
touch /etc/sysconfig/ipvsadm

systemctl 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 10.0.0.1:80 -s rr
ipvsadm -a -t 10.0.0.1:80 -r 192.168.10.16:80 -m -w 1
ipvsadm -a -t 10.0.0.1:80 -r 192.168.10.17:80 -m -w 1

-A   添加虚拟服务器
-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 (后端节点服务器)
-t   指定 VIP地址及 TCP端口
-m   表示使用 NAT群集模式.
-w   设置权重 (权重为 0 时表示暂停节点)

ipvsadm #启动策略

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 10.0.0.1:80 -r 192.168.10.16:80 -m -w 1 #删除群集中某一节点服务器
ipvsadm -D -t 10.0.0.1:80 #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

测试：
在win10上使用浏览器访问10.0.0.1，刷新浏览器测试负载均衡
PS:刷新间隔时间需要稍长一点