LVS負載均衡之NAT模式原理及配置詳細流程

時間  2020-02-26
標籤 lvs 負載 均衡 nat 模式 原理 配置 詳細 流程 欄目 負載均衡 简体版
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1、前言

​ 上篇文章講述了LVS負載均衡相關理論知識，今天主要來詳細地來對LVS工做模式之一的NAT模式進行實驗配置。html

2、NAT模式理論回顧與簡述

詳細原理能夠參考：http://www.javashuo.com/article/p-mukrrwyv-bb.html
​ 首先咱們要明確的是NAT模式的最大特色是什麼？linux

​ 能夠這樣概述：LVS負載均衡之NAT模式（NAT充當網關）是一種基於網絡地址轉換技術，經過負載均衡器實現高併發的數據請求和使用調度算法實現優化服務響應的進出口相同的架構，具有高可用高安全性能。web

​ 而其最大劣勢在於數據的出入口都是在負載均衡器（NAT服務器上），這樣所形成的的後果就是沒法支持高併發的數據請求（巨量），而且數據的響應回傳過程加重了這一弊病。因此纔有了後續的改進。算法

3、實例環境

​ 首先咱們須要四臺服務器：一臺負載均衡調度器、兩臺web（這裏使用兩個Apache）服務器、一臺存儲服務器（NFS方式）。使用一臺Windows做爲外網客戶主機進行模擬。shell

​ 架構以下：4臺Centos7和一臺win10構成vim

LVS負載均衡之NAT模式原理及配置詳細流程

​ 網段ip地址分配以下表所示：centos

設備 ip地址
win10客戶機 10.0.0.10/24
負載調度器 外網卡：10.0.0.1/24 內網卡：192.168.10.1/24
HTTP服務器1 192.168.10.10/24
HTTP服務器2 192.168.10.20/24
NFS存儲服務器 192.168.10.100/24

​ 那麼咱們從外網的一臺客戶機進行網站訪問，實際上訪問的是負載均衡器的外網卡地址，而對於服務器端客戶機是一無所知的。那麼咱們須要進行內網與外網的互通，那麼就可使用NAT方式實現互通。從而將服務請求發送給真實服務器，獲取所需資源後再返回給負載均衡器進行NAT網絡地址轉換後將資源返回給客戶機。在生產環境中通常後臺的存儲服務器都是有多個備份的，而且資源都是一致的，不過咱們爲了驗證調度算法輪循訪問的機制，咱們就須要在兩個網站寫入不一樣的的內容加以區分驗證該調度算法。瀏覽器

​ 下面請看具體的配置：安全

4、部署步驟和詳解

​ 根據上面的架構圖和地址分配咱們完成這個實驗須要進行以下的步驟配置。bash

4.1NFS存儲服務器配置

​ 1.查看相關軟件包nfs服務

[root@nfs ~]# rpm -q nfs-utils 
nfs-utils-1.3.0-0.48.el7.x86_64
[root@nfs ~]# rpm -q rpcbind 
rpcbind-0.2.0-42.el7.x86_64
[root@nfs ~]# mkdir /opt/ll /opt/cc #建立站點文件存儲目錄

​ 2.掛載兩塊新的磁盤而且進行設置

sdb磁盤配置：

[root@nfs ~]# fdisk /dev/sdb
歡迎使用 fdisk (util-linux 2.23.2)。

更改將停留在內存中，直到您決定將更改寫入磁盤。
使用寫入命令前請三思。

Device does not contain a recognized partition table
使用磁盤標識符 0x400f42da 建立新的 DOS 磁盤標籤。

命令(輸入 m 獲取幫助)：n
Partition type:
   p   primary (0 primary, 0 extended, 4 free)
   e   extended
Select (default p): 
Using default response p
分區號 (1-4，默認 1)：
起始 扇區 (2048-41943039，默認爲 2048)：
將使用默認值 2048
Last 扇區, +扇區 or +size{K,M,G} (2048-41943039，默認爲 41943039)：
將使用默認值 41943039
分區 1 已設置爲 Linux 類型，大小設爲 20 GiB

命令(輸入 m 獲取幫助)：w
The partition table has been altered!

Calling ioctl() to re-read partition table.
正在同步磁盤。
[root@nfs ~]# mkfs.xfs /dev/sdb1
meta-data=/dev/sdb1              isize=512    agcount=4, agsize=1310656 blks
         =                       sectsz=512   attr=2, projid32bit=1
         =                       crc=1        finobt=0, sparse=0
data     =                       bsize=4096   blocks=5242624, imaxpct=25
         =                       sunit=0      swidth=0 blks
naming   =version 2              bsize=4096   ascii-ci=0 ftype=1
log      =internal log           bsize=4096   blocks=2560, version=2
         =                       sectsz=512   sunit=0 blks, lazy-count=1
realtime =none                   extsz=4096   blocks=0, rtextents=0

sdc磁盤配置:

[root@nfs ~]# fdisk /dev/sdc
歡迎使用 fdisk (util-linux 2.23.2)。

更改將停留在內存中，直到您決定將更改寫入磁盤。
使用寫入命令前請三思。

Device does not contain a recognized partition table
使用磁盤標識符 0x1ef07039 建立新的 DOS 磁盤標籤。

命令(輸入 m 獲取幫助)：n
Partition type:
   p   primary (0 primary, 0 extended, 4 free)
   e   extended
Select (default p): 
Using default response p
分區號 (1-4，默認 1)：
起始 扇區 (2048-41943039，默認爲 2048)：
將使用默認值 2048
Last 扇區, +扇區 or +size{K,M,G} (2048-41943039，默認爲 41943039)：
將使用默認值 41943039
分區 1 已設置爲 Linux 類型，大小設爲 20 GiB

命令(輸入 m 獲取幫助)：w
The partition table has been altered!

Calling ioctl() to re-read partition table.
正在同步磁盤。
[root@nfs ~]# mkfs.xfs /dev/sdc1
meta-data=/dev/sdc1              isize=512    agcount=4, agsize=1310656 blks
         =                       sectsz=512   attr=2, projid32bit=1
         =                       crc=1        finobt=0, sparse=0
data     =                       bsize=4096   blocks=5242624, imaxpct=25
         =                       sunit=0      swidth=0 blks
naming   =version 2              bsize=4096   ascii-ci=0 ftype=1
log      =internal log           bsize=4096   blocks=2560, version=2
         =                       sectsz=512   sunit=0 blks, lazy-count=1
realtime =none                   extsz=4096   blocks=0, rtextents=0

​ 3.對兩塊磁盤進行掛載設置——使用永久掛載

[root@nfs ~]# vim /etc/fstab  #在該文件最後添加掛載信息，以下所示
[root@nfs ~]# tail /etc/fstab 
#
# Accessible filesystems, by reference, are maintained under '/dev/disk'
# See man pages fstab(5), findfs(8), mount(8) and/or blkid(8) for more info
#
UUID=3f9b526a-3a51-4f87-b68a-37292b4e2e59 /                       xfs     defaults        0 0
UUID=33d508c7-a776-4d6a-9c9b-a51bf3855004 /boot                   xfs     defaults        0 0
UUID=90be4302-e340-4fe3-9ed2-3c40e346979e /home                   xfs     defaults        0 0
UUID=09112ee8-0d24-4c5e-83d2-08c1f16bc738 swap                    swap    defaults        0 0
/dev/sdb1   /opt/ll     xfs defaults    0 0
/dev/sdc1   /opt/cc     xfs defaults    0 0
[root@nfs ~]# mount -a
[root@nfs ~]# df -hT
文件系統       類型      容量  已用  可用 已用% 掛載點
/dev/sda2      xfs        15G  3.7G   12G   25% /
devtmpfs       devtmpfs  898M     0  898M    0% /dev
tmpfs          tmpfs     912M     0  912M    0% /dev/shm
tmpfs          tmpfs     912M  9.0M  903M    1% /run
tmpfs          tmpfs     912M     0  912M    0% /sys/fs/cgroup
/dev/sda5      xfs        11G   33M   11G    1% /home
/dev/sda1      xfs        30G  174M   30G    1% /boot
tmpfs          tmpfs     183M  4.0K  183M    1% /run/user/42
tmpfs          tmpfs     183M   16K  183M    1% /run/user/0
/dev/sdb1      xfs        20G   33M   20G    1% /opt/ll
/dev/sdc1      xfs        20G   33M   20G    1% /opt/cc
#編輯/etc/exports文件
[root@nfs network-scripts]# vim /etc/exports
[root@nfs network-scripts]# cat /etc/exports
/opt/ll     192.168.10.0/24(rw,sync,no_root_squash)
/opt/cc     192.168.10.0/24(rw,sync,no_root_squash)

​ 4.關閉防火牆配置網卡爲僅主機模式而且設置靜態ip地址

[root@nfs ~]# systemctl stop firewalld.service 
[root@nfs ~]# setenforce 0
[root@nfs ~]# cd /etc/sysconfig/network-scripts/
[root@nfs network-scripts]# vim ifcfg-ens33
[root@nfs network-scripts]# systemctl restart network
[root@nfs network-scripts]# ifconfig ens33
ens33: flags=4163<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST>  mtu 1500
        inet 192.168.10.100  netmask 255.255.255.0  broadcast 192.168.10.255
        inet6 fe80::9be8:a170:f918:1f5  prefixlen 64  scopeid 0x20<link>
        ether 00:0c:29:0b:d9:36  txqueuelen 1000  (Ethernet)
        RX packets 1151  bytes 685357 (669.2 KiB)
        RX errors 0  dropped 0  overruns 0  frame 0
        TX packets 444  bytes 39849 (38.9 KiB)
        TX errors 0  dropped 0 overruns 0  carrier 0  collisions 0

​ 5.啓動服務

[root@nfs network-scripts]# systemctl start nfs
[root@nfs network-scripts]# systemctl start rpcbind
[root@nfs network-scripts]# showmount -e    #查看掛載狀況信息
Export list for nfs:
/opt/cc 192.168.10.0/24
/opt/ll 192.168.10.0/24

4.2兩臺web服務器配置

​ 1.在兩臺Centos7虛擬機上安裝httpd網站服務

[root@localhost ~]# hostnamectl set-hostname web1
[root@localhost ~]# su
[root@web1 ~]# yum install -y httpd
...//省略部份內容

[root@localhost ~]# hostnamectl set-hostname web2
[root@localhost ~]# su
[root@web2 ~]# yum install -y httpd
...//省略部份內容

​ 2.關閉兩個web網站服務器防火牆

[root@web1 ~]# systemctl stop firewalld.service 
[root@web1 ~]# setenforce 0

[root@web2 ~]# systemctl stop firewalld.service 
[root@web2 ~]# setenforce 0

​ 3.配置網卡

#web1配置
[root@web1 ~]# cd /etc/sysconfig/network-scripts/
[root@web1 network-scripts]# vim ifcfg-ens33
[root@web1 network-scripts]# systemctl restart network
[root@web1 network-scripts]# ifconfig ens33
ens33: flags=4163<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST>  mtu 1500
        inet 192.168.10.10  netmask 255.255.255.0  broadcast 192.168.10.255
        inet6 fe80::bdab:b59b:d041:d8b0  prefixlen 64  scopeid 0x20<link>
        ether 00:0c:29:e6:6d:eb  txqueuelen 1000  (Ethernet)
        RX packets 726004  bytes 1067841474 (1018.3 MiB)
        RX errors 0  dropped 0  overruns 0  frame 0
        TX packets 345476  bytes 21387015 (20.3 MiB)
        TX errors 0  dropped 0 overruns 0  carrier 0  collisions 0

#web2配置
[root@web2 ~]# cd /etc/sysconfig/network-scripts/
[root@web2 network-scripts]# vim ifcfg-ens33
[root@web2 network-scripts]# systemctl restart network
[root@web2 network-scripts]# ifconfig ens33
ens33: flags=4163<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST>  mtu 1500
        inet 192.168.10.20  netmask 255.255.255.0  broadcast 192.168.10.255
        inet6 fe80::bdab:b59b:d041:d8b0  prefixlen 64  scopeid 0x20<link>
        ether 00:0c:29:e6:6d:eb  txqueuelen 1000  (Ethernet)
        RX packets 726004  bytes 1067841474 (1018.3 MiB)
        RX errors 0  dropped 0  overruns 0  frame 0
        TX packets 345476  bytes 21387015 (20.3 MiB)
        TX errors 0  dropped 0 overruns 0  carrier 0  collisions 0

​ 4.啓動兩個web網站服務而且驗證掛載狀況

#web1
[root@web1 network-scripts]# systemctl start httpd 
[root@web1 network-scripts]# netstat -natp | grep 80
tcp6       0      0 :::80                   :::*                    LISTEN      59242/httpd         
[root@web1 network-scripts]# showmount -e 192.168.10.100
Export list for 192.168.10.100:
/opt/cc 192.168.10.0/24
/opt/ll 192.168.10.0/24

#web2
[root@web2 network-scripts]# netstat -natp | grep 80
[root@web2 network-scripts]# systemctl start httpd.service 
[root@web2 network-scripts]# netstat -natp | grep 80
tcp6       0      0 :::80                   :::*                    LISTEN      54271/httpd         
[root@web2 network-scripts]# showmount -e 192.168.10.100
Export list for 192.168.10.100:
/opt/cc 192.168.10.0/24
/opt/ll 192.168.10.0/24

5.兩個服務器上分別提供站點，寫入測試信息

#web1
[root@web1 network-scripts]#vim /etc/fstab
192.168.10.100:/opt/ll  /var/www/html   nfs     defaults._netdev    0   0
[root@web1 network-scripts]# cd /var/www/html/
[root@web1 html]# ls
[root@web1 html]# vim index.html
[root@web1 html]# cat index.html 
<head>this is ll web</head>

#web2
[root@web2 network-scripts]#vim /etc/fstab
192.168.10.100:/opt/cc  /var/www/html   nfs     defaults._netdev    0   0
[root@web2 network-scripts]# cd /var/www/html/
[root@web2 html]# ls
[root@web2 html]# vim index.html
[root@web2 html]# cat index.html 
<head>this is cc web</head>

4.3LVS負載均衡調度服務器配置

1.安裝環境包

[root@localhost ~]# hostnamectl set-hostname lvs
[root@localhost ~]# su
[root@lvs ~]# yum install -y ipvsadm
已加載插件：fastestmirror, langpacks
Loading mirror speeds from cached hostfile
 * base: mirrors.aliyun.com
 * extras: mirrors.163.com
 * updates: mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn
正在解決依賴關係
--> 正在檢查事務
---> 軟件包 ipvsadm.x86_64.0.1.27-7.el7 將被 安裝
--> 解決依賴關係完成

依賴關係解決

=======================================================================================
 Package             架構               版本                    源                大小
=======================================================================================
正在安裝:
 ipvsadm             x86_64             1.27-7.el7              base              45 k

事務概要
=======================================================================================
安裝  1 軟件包

總下載量：45 k
安裝大小：75 k
Downloading packages:
警告：/var/cache/yum/x86_64/7/base/packages/ipvsadm-1.27-7.el7.x86_64.rpm: 頭V3 RSA/SHA256 Signature, 密鑰 ID f4a80eb5: NOKEY
ipvsadm-1.27-7.el7.x86_64.rpm 的公鑰還沒有安裝
ipvsadm-1.27-7.el7.x86_64.rpm                                   |  45 kB  00:00:00     
從 file:///etc/pki/rpm-gpg/RPM-GPG-KEY-CentOS-7 檢索密鑰
導入 GPG key 0xF4A80EB5:
 用戶ID     : "CentOS-7 Key (CentOS 7 Official Signing Key) <security@centos.org>"
 指紋       : 6341 ab27 53d7 8a78 a7c2 7bb1 24c6 a8a7 f4a8 0eb5
 軟件包     : centos-release-7-4.1708.el7.centos.x86_64 (@anaconda)
 來自       : /etc/pki/rpm-gpg/RPM-GPG-KEY-CentOS-7
Running transaction check
Running transaction test
Transaction test succeeded
Running transaction
  正在安裝    : ipvsadm-1.27-7.el7.x86_64                                          1/1 
  驗證中      : ipvsadm-1.27-7.el7.x86_64                                          1/1 

已安裝:
  ipvsadm.x86_64 0:1.27-7.el7                                                          

完畢！

2.配置雙網卡

添加網卡，而後進行設置

[root@lvs ~]# cd /etc/sysconfig/network-scripts/
[root@lvs network-scripts]# ls
ifcfg-ens33  ifdown-isdn      ifup          ifup-plip      ifup-tunnel
ifcfg-lo     ifdown-post      ifup-aliases  ifup-plusb     ifup-wireless
ifdown       ifdown-ppp       ifup-bnep     ifup-post      init.ipv6-global
ifdown-bnep  ifdown-routes    ifup-eth      ifup-ppp       network-functions
ifdown-eth   ifdown-sit       ifup-ib       ifup-routes    network-functions-ipv6
ifdown-ib    ifdown-Team      ifup-ippp     ifup-sit
ifdown-ippp  ifdown-TeamPort  ifup-ipv6     ifup-Team
ifdown-ipv6  ifdown-tunnel    ifup-isdn     ifup-TeamPort
[root@lvs network-scripts]# vim ifcfg-ens33 
[root@lvs network-scripts]# cp -p ifcfg-ens33 ifcfg-ens36
#配置網卡後重啓網絡
[root@lvs network-scripts]# systemctl restart network

兩個網卡信息以下：

[root@lvs network-scripts]# ifconfig 
ens33: flags=4163<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST>  mtu 1500
        inet 10.0.0.1  netmask 255.255.255.0  broadcast 10.0.0.255
        inet6 fe80::7eb1:2dde:8a54:6927  prefixlen 64  scopeid 0x20<link>
        ether 00:0c:29:56:d3:4a  txqueuelen 1000  (Ethernet)
        RX packets 397693  bytes 574961333 (548.3 MiB)
        RX errors 0  dropped 0  overruns 0  frame 0
        TX packets 92656  bytes 5683776 (5.4 MiB)
        TX errors 0  dropped 0 overruns 0  carrier 0  collisions 0

ens36: flags=4163<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST>  mtu 1500
        inet 192.168.10.1  netmask 255.255.255.0  broadcast 192.168.10.255
        inet6 fe80::e638:fc7c:8a5b:dc5d  prefixlen 64  scopeid 0x20<link>
        ether 00:0c:29:56:d3:54  txqueuelen 1000  (Ethernet)
        RX packets 51  bytes 6809 (6.6 KiB)
        RX errors 0  dropped 0  overruns 0  frame 0
        TX packets 83  bytes 13712 (13.3 KiB)
        TX errors 0  dropped 0 overruns 0  carrier 0  collisions 0

3.測試是否互通

root@lvs network-scripts]# ping 192.168.10.10
PING 192.168.10.10 (192.168.10.10) 56(84) bytes of data.
64 bytes from 192.168.10.10: icmp_seq=1 ttl=64 time=0.552 ms
64 bytes from 192.168.10.10: icmp_seq=2 ttl=64 time=0.299 ms
64 bytes from 192.168.10.10: icmp_seq=3 ttl=64 time=0.255 ms
^C
--- 192.168.10.10 ping statistics ---
3 packets transmitted, 3 received, 0% packet loss, time 2001ms
rtt min/avg/max/mdev = 0.255/0.368/0.552/0.132 ms
[root@lvs network-scripts]# ping 192.168.10.20
PING 192.168.10.20 (192.168.10.20) 56(84) bytes of data.
64 bytes from 192.168.10.20: icmp_seq=1 ttl=64 time=0.536 ms
64 bytes from 192.168.10.20: icmp_seq=2 ttl=64 time=0.340 ms
^C
--- 192.168.10.20 ping statistics ---
2 packets transmitted, 2 received, 0% packet loss, time 1000ms
rtt min/avg/max/mdev = 0.340/0.438/0.536/0.098 ms

4.開啓路由轉發功能

[root@lvs network-scripts]# vim /etc/sysctl.conf #末尾加上
root@lvs network-scripts]# cat /etc/sysctl.conf 
# sysctl settings are defined through files in
# /usr/lib/sysctl.d/, /run/sysctl.d/, and /etc/sysctl.d/.
#
# Vendors settings live in /usr/lib/sysctl.d/.
# To override a whole file, create a new file with the same in
# /etc/sysctl.d/ and put new settings there. To override
# only specific settings, add a file with a lexically later
# name in /etc/sysctl.d/ and put new settings there.
#
# For more information, see sysctl.conf(5) and sysctl.d(5).
net.ipv4.ip_forward=1

5.設置防火牆及其規則

[root@lvs network-scripts]# systemctl status firewalld.service
● firewalld.service - firewalld - dynamic firewall daemon
   Loaded: loaded (/usr/lib/systemd/system/firewalld.service; enabled; vendor preset: enabled)
   Active: active (running) since 四 2020-02-20 09:34:20 CST; 8min ago
     Docs: man:firewalld(1)

此時防火牆是開啓狀態，不須要將其關閉，咱們可使用iptables進行設置

#清空轉發表
[root@lvs network-scripts]# iptables -F
#清空nat地址轉發表
[root@lvs network-scripts]# iptables -t nat -F
#配置轉發規則（四表五鏈）
[root@lvs network-scripts]# iptables -t nat -A POSTROUTING -o ens33 -s 192.168.10.0/24 -j SNAT --to-source 10.0.0.1
#加載路由轉發功能
[root@lvs network-scripts]# sysctl -p
net.ipv4.ip_forward = 1

6.加載LVS內核模塊

[root@lvs network-scripts]# modprobe ip_vs #加載命令
[root@lvs network-scripts]# cat /proc/net/ip_vs #查看
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
  -> RemoteAddress:Port Forward Weight ActiveConn InActConn
[root@lvs network-scripts]# systemctl start ipvsadm
Job for ipvsadm.service failed because the control process exited with error code. See "systemctl status ipvsadm.service" and "journalctl -xe" for details.
#Centos7系統須要使用--save保存
[root@lvs network-scripts]# ipvsadm --save > /etc/sysconfig/ipvsadm
[root@lvs network-scripts]# systemctl start ipvsadm

7.定義腳本

[root@lvs network-scripts]# cd /opt/
[root@lvs opt]# vim nat.sh
[root@lvs opt]# chmod 777 nat.sh
[root@lvs opt]# ./nat.sh 
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
  -> RemoteAddress:Port           Forward Weight ActiveConn InActConn
TCP  lvs:http rr
  -> 192.168.10.10:http           Masq    1      0          0         
  -> 192.168.10.20:http           Masq    1      0          0

nat.sh的腳本以下：

#!/bin/bash
#echo "1" > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward   這裏以前設置過，因此註釋了
ipvsadm -C  #初始化
ipvsadm -A      -t 10.0.0.1:80 -s rr   #指定訪問入口，rr指定的是輪循算法
ipvsadm -a      -t 10.0.0.1:80 -r 192.168.10.10:80 -m #創建ip地址映射關係
ipvsadm -a      -t 10.0.0.1:80 -r 192.168.10.20:80 -m
ipvsadm #開啓

4.4使用外網客戶端進行測試驗證

咱們能夠用win10虛擬機或者一臺Centos7客戶機測試

可是都須要進行網卡設置，設置爲僅主機模式且ip地址爲10.0.0.10（10.0.0.0網段就行），網關爲lvs負載均衡器外網口ip地址，在客戶端的瀏覽器中訪問的也是這個地址；測試結果的圖以下所示：

1.網卡和網絡測試

LVS負載均衡之NAT模式原理及配置詳細流程

2.測試網站服務及輪循機制

訪問lvs外網網關，lvs做爲中間件或者說橋樑的角色，其實本質上是訪問網站和存儲服務器

LVS負載均衡之NAT模式原理及配置詳細流程

刷新訪問切換服務器

LVS負載均衡之NAT模式原理及配置詳細流程

這邊在線網上實際上兩個存儲的頁面內容是保持一致的，這裏主要是爲了測試輪循機制的效果，你們須要注意一下。

至此就是lvs負載均衡NAT模式的配置流程和測試方法，謝謝閱讀！

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