LVS负载均衡群集+NAT部署

目录

一、企业群集应用概述

1.1 群集的含义

1.2 企业群集分类

二、负载均衡群集架构和工作模式

2.1负载均衡的结构

2.2负载均衡群集工作模式分析

三、LVS虚拟服务器

3.1Linux Virtual Server

3.2LVS必要的工具

3.3LVS的负载调度算法

一、企业群集应用概述

1.1 群集的含义

• Cluster，集群（也称群集）
• 由多台主机构成，都做相同的一件事，但对外只表现为一一个整体，只提供一个访问入口(域名或IP地址)， 相当于一台大型计算机

对于企业服务的的性能提升两种方式：

• 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的，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实现

1.2 企业群集分类

• 负载均衡群集（LB）：提高应用系统的响应能力，处理更多的访问请求，减少延迟，实现高并发、高负载的能力，同时也是如今企业运用最多的群集类型。
• 高可用群集（HA）： 提高应用系统的可靠性，减少服务中断时间标，确保服务的连续性，达到高可用（HA）的容错效果。（通常使用n个9来代表高可用的指标）
• 高性能运算群集（HPC）：将多台服务器的硬件资源整合成资源池以获取高性能的CPU、内存等资源，来提高整体运算能力

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
• 官方网站：www.linuxvirtualserver.org/
• 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。

ls /usr/lib/modules/3.10.0-693.el7.x86_64/kernel/net/netfilter/ipvs
 
LVS所有相关的调度算法模块

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

固定调度算法：rr，wrr，dh，sh
rr：轮询算法，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。
wrr：加权轮训调度，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。
dh：目的地址哈希调度（destination hashing）以目的地址为关键字查找一个静态hash表来获得所需RS。
sh：源地址哈希调度（source hashing）以源地址为关键字查找一个静态hash表来获得需要的RS。

动态调度算法：wlc，lc，lblc
wlc：加权最小连接数调度，假设各台RS的权值依次为Wi，当前tcp连接数依次为Ti，依次去Ti/Wi为最小的RS作为下一个分配的RS。
lc：最小连接数调度（least-connection），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。
lblc：基于地址的最小连接数调度（locality-based least-connection）：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，并以它作为下一次分配的首先考虑。