LVX负载均衡群集之NAT模式

LVX负载均衡群集之NAT模式

一、企业群集应用概述

1.1、群集的含义

（1）Cluster，集群、群集

（2）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lP地址)，相当于一台大型计算机。

1.2、企业群集分类

1、负载均衡群集(Load Balance Cluster)

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压力。例如，“DNS轮询”“反向代理”等。

2、高可用群集(High Availability Cluster)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，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。

3、高性能运算群集(High Performance Computer Cluster)

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。

1.3、负载均衡群集架构负载均衡的结构

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(真实节点服务器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。

1.4、负载均衡群集工作模式

负载均衡群集是目前企业用得最多的群集类群集的负载调度技术有三种工作模式：

1、地址转换 ： NAT

2、IP隧道 ：TUN模式

3、直接路由：DR模式

1.4.1 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

1.5、关于LVS虚拟服务器

Linux Virtual Server 是针对 Linux 内核开发的一个负载均衡项目，由我国的章文嵩 博士在 1998 年 5 月创建，官方站点位于 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。

二、LVS 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，均 等地对待每台服务器，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并且分配的请求越多，这样可以保证性能高的节点承担更 多请求。

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。如果所有的服务器节点性能相近，采 用这种方式可以更好地均衡负载。4、加权最少连接（Weighted Least Connections）： 在服务器节点的性能差异较大的 情况下，调度器可以根据节点服务器负载自动调整权重，权重较高的节点将承担更 大比例的活动连接负载。5、源地址哈希值(source hash) : 以源地址为关键字查找一个静态hash表来获得需要的RS。6、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

三、NAT模式 LVS负载均衡群集部署

ipvsadm 管理工具ipvsadm 是在负载调度器上使用的 LVS 群集管理工具，通过调用 ip_vs 模块来添加、删 除 服 务器 节 点 ，以 及 查 看 群集 的 运 行状 态 。 在 CentOS 7 系 统 中 ， 需 要 手动 安装 ipvsadm.x86_64 0:1.27-7.el7 软件包。

四、NAT模式 LVS负载均衡群集部署操作步骤

实验环境准备：负载调度器：内网关 ens33：192.168.100.145，外网关 ens37：12.0.0.1Web节点服务器1：192.168.100.132Web节点服务器2：192.168.100.131NFS服务器：192.168.100.129客户端：12.0.0.12

1.部署共享存储（NFS服务器：192.168.80.129）

systemctl stop firewalld.service systemctl disable firewalld.service setenforce 0 yum install nfs-utils rpcbind -y systemctl start rpcbind.service systemctl start nfs.service systemctl enable nfs.service systemctl enable rpcbind.service mkdir /opt/kgc /opt/benet chmod 777 /opt/kgc /opt/benet echo 'this is kgc web!' > /opt/kgc/index.html echo 'this is benet web!' > /opt/benet/index.html vim /etc/exports /opt/kgc 192.168.80.0/24 (rw , sync) /opt/benet 192.168.80.0/24(rw, sync) --发布共享--- exportfs -rv

2.配置节点服务器(192.168.100.131、192.168.100.132)

systemctl stop firewalld.service systemctl disable firewalld.service setenforce 0 yum install -y systemctl start httpd.service systemctl enable httpd.service yum install nfs-utils rpcbind -y showmount -e 192.168.80.13 systemctl start rpcbind systemctl enable rpcbind --192.168.80.100--- mount.nfs 192.168.80.13:/opt/kgc /var/www/html vim /etc/fstab 192.168.80.13:/opt/kgc /var/ nfs defaults , _ netdev 0 0 --192.168.80.101--- mount.nfs 192.168.80.13:/opt/benet /var/www/html echo 'this is benet web!' > /var// html/index.html vim /etc/fstab 192.168.80.13:/opt/benet /var/ nfs defaults,_netdev 0 0

3.配置负载调度器（内网关 ens33: 192.168.100.145，外网关 ens36: 12.0.0.1)

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 192.168.80.0/24 -o ens36 -j SNAT--to-source 12.0.0.1 (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 (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 > letcl sysconfig/ipvsadm 或者ipvsadm --save > /etclsysconfig/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 12.0.0.1:80 -s rr ipvsadm -a -t 12.0.0.1:80 -r 192.168.80.11:80 -m [-w 1] ipvsadm -a -t 12.0.0.1:80 -r 192.168.80.12:80 -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 12.0.0.1:80 -r 192.168.80.11:80 #删除群集中某一节点服务器 ipvsadm -D -t 12.0.0.1:80 #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12.0.0.12的客户机使用浏览器访问 http://12.0.0.1/，不断刷新浏览器测试负载均衡效果，刷新间隔需长点。

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