高效多用的群集LVS负载均衡群集（NAT模式）
一、群集的含义
群集：也被称为集群。是由多台主机构成，但对外只表现为一个整体，只提供一个访问入口（域名或IP），相当于一台大型计算机。
1.1为什么会有群集
1.1.1出现的问题
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，单台服务器无法满足负载均衡及高可用的需求。
1.1.2解决方法
方法一：使用价格昂贵的小型机、大型机。（花费高）
方法二：使用多台相对廉价的普通服务器构建服务群集。（花费低）
1.1.3结果
大部分企业都选择方法二整合多台服务器，使用LVS来达到服务器高可用和负载均衡，并于同一个IP地址对外提供相同服务。而这就是企业中常用的一种群集技术——LVS（Linux Virtual Server ，Linux虚拟服务器）。
1.2群集的分类
根据集群针对的目标差异，可分为以下三种
1.2.1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，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。
例如：“DNS轮询”、“反向代理”等。
1.2.2高性能群集
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。
补充：这三种类型中，负载均衡群集和高可用群集通常结合使用。
二、负载均衡群集架构和工作模式
2.1负载均衡的结构
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。
2.2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3种工作模式，模式如下
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
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
3）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
三、LVS虚拟服务器
3.1Linux 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
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。
#加载ip_va模块
modprobe ip_vs
#确认内核对LVS的支持
cat /proc/net/ip_vs
3.2LVS必要的工具
要使用LVS的能力，只需安装一个LVS的管理工具：ipvsadm
| ipvsadm | 工具选项说明 |
| -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“-l”选项组合使用。ipvsadm -ln |
3.3LVS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 L east 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
五、LVS负载均衡NAT模式群集部署
LVS调度器作为Web 服务器池的网关，LVS具有两块网卡，分别连接内外网，使用轮询（rr）调度算法
四、NAT模式 LVS负载均衡群集部署
4.1实验准备
| 主机 | 操作系统 | IP地址 | 工具/软件/安装包 |
| 负载调度器 | Centos7 | 内网：192.168.100.10、外网：12.0.0.1 | ipvsadm |
| NFS服务器 | Centos7 | 192.168.100.20 | rpcbind，nfs-utils |
| 节点服务器1 | Centos7 | 192.168.100.30 | rpcbind，nfs-utils，httpd |
| 节点服务器2 | Centos7 | 192.168.100.40 | rpcbind，nfs-utils ，httpd |
| 客户端 | windows10 | 12.0.0.12 |
4.2部署共享存储（NFS服务器：192.168.100.20）
systemctl stop firewalld.service ##关闭防火墙 systemctl disable firewalld.service ##开机自关闭 setenforce 0 ##临时关闭系统的安全机制 yum install nfs-utils rpcbind -y ##用yum安装NFS相关的安装包 systemctl start rpcbind.service ##一定要先开启rpcbind systemctl start nfs.service ##再开启NFS systemctl enable nfs.service ##设置开机自开启NFS systemctl enable rpcbind.service mkdir /opt/kgc /opt/benet ##在/opt/目录下创建两个目录 chmod 777 /opt/kgc /opt/benet ##给予权限 echo 'this is kgc web!' > /opt/kgc/index.html#创建网站文件 echo 'this is benet web!' > /opt/benet/index.html 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
2.配置节点服务器（192.168.10.16、192.168.10.17）
systemctl stop firewalld.service#关闭防火墙 systemctl disable firewalld.service setenforce 0 yum install httpd -y#安装httpd systemctl start httpd.service#开启httpd服务 systemctl enable httpd.service yum install nfs-utils rpcbind -y#安装nfs showmount -e 192.168.10.18 #查看共享目录列表 systemctl start rpcbind systemctl enable rpcbind
--192.168.10.16--- mount.nfs 192.168.10.18:/opt/kgc /var/www/html 把共享的/opt/kgc挂载到本机的httpd服务的主页目录下 vim /etc/fstab 192.168.10.18:/opt/kgc /var/www/html nfs defaults,_netdev 0 0 #永久挂载 --192.168.10.17--- mount.nfs 192.168.10.18:/opt/benet /var/www/html echo 'this is benet web!' > /var/www/html/index.html vim /etc/fstab 192.168.10.18:/opt/benet /var/www/html nfs defaults,_netdev 0 0
3.配置负载调度器（内网关 ens33：192.168.10.19，外网关 ens37：10.0.0.1）
（内网关 ens33：192.168.10.18，外网关 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 或 echo '1' > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward sysctl -p iptables -t nat -F iptables -F iptables -t nat -A POSTROUTING -s 192.168.10.0/24 -o ens37 -j SNAT --to-source 10.0.0.1
（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/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] 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 10.0.0.1:80 -r 192.168.10.16:80 #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 --------------------------------------------------------------------------------------------------------
4.测试效果
在一台IP为10.0.0.12的客户机使用浏览器访问 http://10.0.0.1/ ，不断刷新浏览器测试负载均衡效果，刷新间隔需长点。
