負載均衡集羣介紹&LVS介紹&LVS調度算法&LVS NAT模式搭建

18.6 負載均衡集羣介紹

• 主流開源軟件LVS、keepalived、haproxy、nginx等

• 其中LVS屬於4層（網絡OSI 7層模型），nginx屬於7層，haproxy既能夠認爲是4層，也能夠當作7層使用

• keepalived的負載均衡功能其實就是lvs

• lvs這種4層的負載均衡是能夠分發除80外的其餘端口通訊的，好比MySQL的，而nginx僅僅支持http，https，mail，haproxy也支持MySQL這種

• 相比較來講，LVS這種4層的更穩定，能承受更多的請求，而nginx這種7層的更加靈活，能實現更多的個性化需求

18.7 LVS介紹

•LVS是由國人章文嵩開發

• 流行度不亞於apache的httpd，基於TCP/IP作的路由和轉發，穩定性和效率很高

• LVS最新版本基於Linux內核2.6，有好多年不更新了

• LVS有三種常見的模式：NAT、DR、IP Tunnel

• LVS架構中有一個核心角色叫作分發器（Load balance），它用來分發用戶的請求，還有諸多處理用戶請求的服務器（Real Server，簡稱rs）

LVS NAT模式

• 這種模式藉助iptables的nat表來實現

• 用戶的請求到分發器後，經過預設的iptables規則，把請求的數據包轉發到後端的rs上去

• rs須要設定網關爲分發器的內網ip

• 用戶請求的數據包和返回給用戶的數據包所有通過分發器，因此分發器成爲瓶頸

• 在nat模式中，只須要分發器有公網ip便可，因此比較節省公網ip資源

LVS NAT模式的特色

一、LVS NAT模式是經過一個分發器（Load Balancer）；把用戶的請求，分發給後端的Real Server ，Real Server這些服務器接收到請求之後，處理好用戶請求之後，就從新丟回給分發器；最後分發器再返回給用戶；

二、LVS NAT模式的弊端是分發器會成爲整個網絡的瓶頸，當訪問量、請求量、反饋量大的時候，分發器的壓力會很大

三、LVS NAT模式的規模，通常最多支持10來臺服務器，超過10臺的話就會有力不從心；

四、LVS NAT模式這個結構，只須要有一個公網IP，其餘real server服務器所有在內網就能夠實現。能夠節省不少的公網IP資源

LVS IP Tunnel模式

• 這種模式，須要有一個公共的IP配置在分發器和全部rs上，咱們把它叫作vip

• 客戶端請求的目標IP爲vip，分發器接收到請求數據包後，會對數據包作一個加工，會把目標IP改成rs的IP，這樣數據包就到了rs上

• rs接收數據包後，會還原原始數據包，這樣目標IP爲vip，由於全部rs上配置了這個vip，因此它會認爲是它本身

LVS IP Tunnel模式的特色

在分發器（load balancer）與真實服務器（real server）之間創建了虛擬通道，叫作 ip tunnel ；其實是更改了數據包目的IP；請求過來經過分發器，經過在真實服務器上配置的VIP；用戶請求的時候，數據包裏面包好的目的IP，當數據包到達分發器的時候，分發器會進行一個數據包目的IP的更改，而後發送到具體的真實服務器上，經過lvs的本身的算法，進行實現到底傳輸到哪臺真實服務器上；而後真實服務器再解包處理，再經過一個VIP直接經過公網返回到用戶，這樣省略數據回到分發器的過程，減少了分發器的壓力，解決了分發器的瓶頸。

LVS DR模式

• 這種模式，也須要有一個公共的IP配置在分發器和全部rs上，也就是vip

• 和IP Tunnel不一樣的是，它會把數據包的MAC地址修改成rs的MAC地址

• rs接收數據包後，會還原原始數據包，這樣目標IP爲vip，由於全部rs上配置了這個vip，因此它會認爲是它本身

LVS DR模式的特色

與IP Tunnel模式總體過程相同，不一樣的是，它會把數據包的MAC地址修改成rs的MAC地址進行分發。

18.8 LVS調度算法

• 輪詢 Round-Robin  rr

• 加權輪詢 Weight Round-Robin wrr

• 最小鏈接 Least-Connection lc

• 加權最小鏈接 Weight Least-Connection wlc

• 基於局部性的最小鏈接 Locality-Based Least Connections lblc

• 帶複製的基於局部性最小鏈接 Locality-Based Least Connections with Replication  lblcr

• 目標地址散列調度 Destination Hashing dh

• 源地址散列調度 Source Hashing  sh

注：前4種爲經常使用的調度算法

18.9/18.10 LVS NAT模式搭建

準備工做

準備三臺機器

• 分發器，也叫調度器（簡寫爲dir）

內網：88.15，外網：99.99（vmware僅主機模式）

• rs1

內網：88.5，設置網關爲88.15

• rs2

內網：88.10，設置網關爲88.15

增長網卡時須要注意：

在虛擬機增長一個新的網卡以後，並設置爲僅主機模式

開啓虛擬機，用ifconfig命令，查看是否已經加載了網卡——>安裝ifconfig包：yum install -y net-tools

複製網卡配置文件到新的網卡里面，並更改配置文件中的IP，刪除UUID，更改mac

[root@linux-15 ~]# cd /etc/sysconfig/network-scripts/
[root@linux-15 network-scripts]# cp ifcfg-ens33 ifcfg-ens37
[root@linux-15 network-scripts]# vim ifcfg-ens37

更改mac，可使用ip add命令查看，新的網卡的mac，並在配置文件中更改

重啓網卡

ifup ens37

重啓網絡服務

systemctl restart network

用物理機嘗試新的網卡IP是否能通訊

三臺機器上都執行執行

systemctl stop firewalld
systemc disable firewalld
systemctl start iptables
iptables -F 
service iptables save

在分發器上安裝ipvsadm

[root@linux-15 network-scripts]# yum install -y ipvsadm

在分發器上編寫腳本

vim /usr/local/sbin/lvs_nat.sh  
內容以下
#! /bin/bash
# director 服務器上開啓路由轉發功能
echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward  //對內核參數修改，打開路由轉發
# 關閉icmp的重定向
echo 0 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/send_redirects //假裝操做，否則不能轉發rs的數據
echo 0 > /proc/sys/net/ipv4/conf/default/send_redirects //假裝操做，否則不能轉發rs的數據
# 注意區分網卡名字，兩個網卡分別爲ens33和ens37
echo 0 > /proc/sys/net/ipv4/conf/ens33/send_redirects
echo 0 > /proc/sys/net/ipv4/conf/ens37/send_redirects
# director 設置nat防火牆
iptables -t nat -F
iptables -t nat -X
iptables -t nat -A POSTROUTING -s 192.168.88.0/24  -j MASQUERADE
//MASQUERADE實現同網段的機器去上網，路由器使用的就是這個功能
# director設置ipvsadm
IPVSADM='/usr/sbin/ipvsadm'  //定義一個變量，方便下面命令引用
$IPVSADM -C    //清空規則
$IPVSADM -A -t 192.168.99.99:80 -s wlc -p 3  //用來定義lvs的模式；wlc爲算法，能夠按需求選擇lvs裏面適合的算法
$IPVSADM -a -t 192.168.99.99:80 -r 192.168.88.5:80 -m -w 1  //詳細規則，-r 指定rs機器IP，-m 指定nat模式，-w指定rs權重
$IPVSADM -a -t 192.168.99.99:80 -r 192.168.88.10:80 -m -w 1  //詳細規則，-r 指定rs機器IP，-m 指定nat模式，-w指定rs權重

IPVSADM -A -t 192.168.142.144:80 -s lc -p 3 ： -A增長一個規則，-t 制定lvs 模式，以後IP 就是分發器的IP，-s 指定算法；-p 指定超時時間（數據包轉發超時時間），例如用戶1訪問的是a機器，-p 的意思就是在同一個時間，一直在同一臺機器上進行請求

測試腳本

[root@linux-15 network-scripts]# sh /usr/local/sbin/lvs_nat.sh
[root@linux-15 network-scripts]#

執行腳本，如果沒輸出，表示腳本沒有錯誤

效果測試

使用curl模擬公網IP進行訪問

[root@linux-15 network-scripts]# curl 192.168.99.99
master master
[root@linux-15 network-scripts]# curl 192.168.99.99
This is a default site.
[root@linux-15 network-scripts]# curl 192.168.99.99
master master
[root@linux-15 network-scripts]# curl 192.168.99.99
This is a default site.
[root@linux-15 network-scripts]# curl 192.168.99.99
master master

經過上述結果，說明lvs已經部署成功了