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LVS搭建負(fù)載均衡集群（一）——NAT模式

 印度阿三17 2019-07-16

(1).集群技術(shù)的分類

　　集群技術(shù)主要分為三大類：負(fù)載均衡（Load Balance）集群，簡(jiǎn)稱LB集群；高可用(High Availability)集群，簡(jiǎn)稱 HA 集群；高性能計(jì)算(High Perfermance Computing)集群，簡(jiǎn)稱 HPC 集群。

(2).常見(jiàn)的LB集群實(shí)現(xiàn)手段

　　而常見(jiàn)的LB集群實(shí)現(xiàn)手段為：硬件實(shí)現(xiàn)的F5負(fù)載均衡器；軟件實(shí)現(xiàn)的LVS（4層，傳輸層）和Nginx（7層，應(yīng)用層）。其中，LVS是基于iptables實(shí)現(xiàn)（所以使用與iptables類似），由國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)的開(kāi)源軟件，其性能優(yōu)于Nginx，但只能實(shí)現(xiàn)4層。

(3).LVS的模式和工作原理

　　LVS提供了三種包轉(zhuǎn)發(fā)方式：NAT（網(wǎng)絡(luò)地址映射）、IP Tunneling（IP隧道）、Direct Rounting（直接路由），分別對(duì)應(yīng)NAT模式、TUN模式、DR模式。不同的轉(zhuǎn)發(fā)方式?jīng)Q定了不同的集群網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

　1）NAT模式介紹

　　NAT：網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換；DNAT：目標(biāo)地址轉(zhuǎn)換，改變的是目標(biāo)地址；SNAT：源地址轉(zhuǎn)換，改變的是源地址；LVS-NAT：使用SNAT和DNAT完成報(bào)文的轉(zhuǎn)發(fā)。

　　NAT方式可支持任何的操作系統(tǒng)，以及私有網(wǎng)絡(luò)，并且只需一個(gè)Internet IP地址，但是整個(gè)系統(tǒng)的性能受到限制。因?yàn)閳?zhí)行NAT每次需要重寫包，有一定的延遲；另外，大部分應(yīng)用有80%的數(shù)據(jù)是從服務(wù)器流向客戶機(jī)，也就是用戶的請(qǐng)求非常短，而服務(wù)器的回應(yīng)非常大，對(duì)負(fù)載均衡器形成很大壓力，成為了新的瓶頸。

　2）TUN模式介紹

　　director（分發(fā)器）分配請(qǐng)求到不同的real server，然后real server處理請(qǐng)求后直接回應(yīng)給用戶，這樣director負(fù)載均衡器僅需處理客戶機(jī)與服務(wù)器的一半連接。IP Tunneling技術(shù)極大地提高了director的調(diào)度處理能力，同時(shí)也極大地提高了系統(tǒng)能容納的最大節(jié)點(diǎn)數(shù)，可以超過(guò)100個(gè)節(jié)點(diǎn)。real server可以在任何LAN或WAN上運(yùn)行，這意味著允許地理上的分布，這在災(zāi)難恢復(fù)中有重要意義。服務(wù)器必須擁有正式的IP地址用于與客戶機(jī)直接通信，并且所有服務(wù)器必須支持IP隧道協(xié)議。

　3）DR模式介紹（最常用的模式）

　　與TUN模式類似，負(fù)載均衡器僅處理一半的連接，避免了新的性能瓶頸，同樣增加了系統(tǒng)的可伸縮性。Direct Routing與IP Tunneling相比，沒(méi)有IP封裝的開(kāi)銷，但由于采用物理層（修改MAC地址）技術(shù)，所有服務(wù)器都必須在一個(gè)物理網(wǎng)段。

　4）NAT工作原理

　　客戶端訪問(wèn)調(diào)度器時(shí)，調(diào)度器通過(guò)網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換，調(diào)度器重寫請(qǐng)求報(bào)文的目標(biāo)地址，根據(jù)預(yù)設(shè)的調(diào)度算法，將請(qǐng)求分派給后端的真實(shí)服務(wù)器；真實(shí)服務(wù)器的響應(yīng)報(bào)文通過(guò)調(diào)度器時(shí)，報(bào)文的源地址被重寫，再返回給客戶，完成整個(gè)負(fù)載調(diào)度過(guò)程。

　　簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)可以分為四步：第一步、客戶端請(qǐng)求訪問(wèn)，源地址：CIP，目標(biāo)地址：VIP；第二步、請(qǐng)求報(bào)文到達(dá)負(fù)載均衡器，源地址：CIP，目標(biāo)地址：RIP；第三步、Real Server接收到報(bào)文，處理并響應(yīng)（回頭了），源地址：RIP，目標(biāo)地址：CIP；第四步、負(fù)載均衡器收到報(bào)文，根據(jù)之前的轉(zhuǎn)發(fā)修改記錄還原報(bào)文，源地址VIP，目標(biāo)地址CIP。

　　CIP：客戶端的IP；VIP：虛擬IP，對(duì)外公網(wǎng)IP，負(fù)載均衡器（Director）的外網(wǎng)IP；DIP：負(fù)載均衡器（Director）的內(nèi)網(wǎng)IP，與服務(wù)器交互的IP；RIP：真實(shí)服務(wù)器的IP。

(4).實(shí)驗(yàn)

　　以下128網(wǎng)段是外網(wǎng)IP，5網(wǎng)段是內(nèi)網(wǎng)IP

youxi1　　192.168.5.101，192.168.128.213　　　　負(fù)載均衡器（Director）

youxi2　　192.168.5.102（網(wǎng)關(guān)為youxi1的內(nèi)網(wǎng)IP）　真實(shí)服務(wù)器1

youxi3　　192.168.5.103（網(wǎng)關(guān)為youxi1的內(nèi)網(wǎng)IP）　真實(shí)服務(wù)器2

　1）首先在youxi2和youxi3兩臺(tái)真實(shí)服務(wù)器上安裝httpd用于測(cè)試

[root@youxi2 ~]# yum -y install httpd
[root@youxi2 ~]# systemctl start httpd.service
[root@youxi2 ~]# echo youxi2 > /var/www/html/index.html

[root@youxi3 ~]# yum -y install httpd
[root@youxi3 ~]# systemctl start httpd.service
[root@youxi3 ~]# echo youxi3 > /var/www/html/index.html

　　如果是和我一樣使用yum安裝，那么安裝完成后需要將網(wǎng)關(guān)改為192.168.5.101。

　2）開(kāi)啟youxi1的路由轉(zhuǎn)發(fā)功能

[root@youxi1 ~]# vim /etc/sysctl.conf
net.ipv4.ip_forward = 1　　//添加或修改
[root@youxi1 ~]# sysctl -p　　//重新加載sysctl
net.ipv4.ip_forward = 1

　3）安裝ipvsadmin

[root@youxi1 ~]# yum -y install ipvsadm
[root@youxi1 ~]# systemctl start ipvsadm.service

　4）使用ipvsadm命令設(shè)置規(guī)則

　　注意：ipvsadm保存的時(shí)候會(huì)使用短域名，所以需要注意/etc/hosts文件里的短域名和IP配對(duì)。

[root@youxi1 ~]# ipvsadm -A -t 192.168.128.213:80 -s rr　　//-A添加虛擬服務(wù)器，-t服務(wù)器的IP地址和端口，-s指定調(diào)度算法
[root@youxi1 ~]# ipvsadm -a -t 192.168.128.213:80 -r 192.168.5.102 -m　　//-a添加真實(shí)服務(wù)器，-r真實(shí)服務(wù)器的IP地址和端口，-m使用NAT模式
[root@youxi1 ~]# ipvsadm -a -t 192.168.128.213:80 -r 192.168.5.103 -m
[root@youxi1 ~]# ipvsadm -Ln　　//-L列出IPVS表，-n顯示IP和端口
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
  -> RemoteAddress:Port           Forward Weight ActiveConn InActConn
TCP  192.168.128.213:80 rr
  -> 192.168.5.102:80             Masq    1      0          0
  -> 192.168.5.103:80             Masq    1      0          0
[root@youxi1 ~]# ipvsadm --save > /etc/sysconfig/ipvsadm　　//保存，也可以使用ipvsadm -S
[root@youxi1 ~]# cat /etc/sysconfig/ipvsadm
-A -t youxi1:http -s rr
-a -t youxi1:http -r youxi2.cn:http -m -w 1
-a -t youxi1:http -r 192.168.5.103:http -m -w 1

　　-s選項(xiàng)能夠調(diào)用的算法有rr（表示round-robin，輪詢）、wrr、lc、wlc（加權(quán)最小連接）、lblc、lblcr、dh、sh、sed、nq，默認(rèn)調(diào)度的是wlc。

　　調(diào)用算法詳細(xì)請(qǐng)看：https://blog.csdn.net/weixin_40470303/article/details/80541639

　5）注意，如果防火墻是打開(kāi)的記得添加端口號(hào)

[root@youxi1 ~]# firewall-cmd --permanent --zone=public --add-port=80/tcp
success
[root@youxi1 ~]# firewall-cmd --reload
success

[root@youxi2 ~]# firewall-cmd --permanent --zone=public --add-port=80/tcp
success
[root@youxi2 ~]# firewall-cmd --reload
success

[root@youxi3 ~]# firewall-cmd --permanent --zone=public --add-port=80/tcp
success
[root@youxi3 ~]# firewall-cmd --reload
success

　　6）測(cè)試

 

　　刷新

　　如果再刷新又會(huì)變?yōu)閥ouxi2。

(5).ipvsadm的常用命令

　　ipvsadm -Ln查看規(guī)則，顯示內(nèi)核虛擬服務(wù)器表

[root@youxi1 ~]# ipvsadm -Ln
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
  -> RemoteAddress:Port           Forward Weight ActiveConn InActConn
TCP  192.168.128.213:80 rr
  -> 192.168.5.102:80             Masq    1      0          3         
  -> 192.168.5.103:80             Masq    1      0          1

　　ipvsadm -Lnc查看客戶端連接分發(fā)器和真實(shí)服務(wù)器的情況

[root@youxi1 ~]# ipvsadm -Lnc
IPVS connection entries
pro expire state       source             virtual            destination
TCP 00:50  SYN_RECV    192.168.128.137:49464 192.168.128.213:80 192.168.5.103:80
TCP 00:50  SYN_RECV    192.168.128.137:49467 192.168.128.213:80 192.168.5.103:80
TCP 00:26  SYN_RECV    192.168.128.137:49433 192.168.128.213:80 192.168.5.103:80
TCP 00:50  SYN_RECV    192.168.128.137:49465 192.168.128.213:80 192.168.5.102:80
TCP 00:26  SYN_RECV    192.168.128.137:49432 192.168.128.213:80 192.168.5.102:80

　　還有ipvsadm -Ln --stats查看分發(fā)情況和ipvsadm -Ln --rate查看速率

[root@youxi1 ~]# ipvsadm -Ln --stats
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port               Conns   InPkts  OutPkts  InBytes OutBytes
  -> RemoteAddress:Port
TCP  192.168.128.213:80                 23     8807      782   627655    38778
  -> 192.168.5.102:80                   11     5357      524   404849    26620
  -> 192.168.5.103:80                   12     3450      258   222806    12158
[root@youxi1 ~]# ipvsadm -Ln --rate
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port                 CPS    InPPS   OutPPS    InBPS   OutBPS
  -> RemoteAddress:Port
TCP  192.168.128.213:80                  0        0        0        0        0
  -> 192.168.5.102:80                    0        0        0        0        0
  -> 192.168.5.103:80                    0        0        0        0        0

　　ipvsadm -Z清空當(dāng)前虛擬服務(wù)器計(jì)數(shù)器（連接數(shù)等信息）；ipvsadm -C清空所有規(guī)則。

來(lái)源：https://www./content-4-333001.html

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