LVS 負載均衡羣集—— NAT （地址轉換）模式

羣集

羣集（或集羣）的稱呼來自於英語單詞“Cluster”，表示一羣、一串的意思，用在服務器領域則表示大量服務器的集合體。

羣集的類型

無論是哪種羣集，都至少包括兩臺節點服務器，而對外表現爲一個整體，只提供一個訪問入口（域名或 IP 地址），相當於一臺大型計算機。根據羣集所針對的目標差異，可分爲以下三種類型。

• 複雜均衡羣集（Load Balance Cluster）：以提高應用系統的響應能力、儘可能處理更多的訪問請求、減少延遲爲目標，獲得高併發、高負載（LB）的整體性能。
• 高可用羣集（High Availability Cluster）：以提高應用系統的可靠性、儘可能地減少中斷時間爲目標，確保服務的連續性，達到高可用（HA）的容錯效果。
• 高性能運算羣集（High Performance Computer Cluster）：以提高應用系統打的 CPU 運算速度、拓展硬件資源和分析能力爲不目標，獲得相當於大型、超級計算機的高性能運算（HPC）能力。

負載均衡的分層目標

在典型的負載均衡羣集中，包括三個層次的組件。前端至少有一個負載調度器（Load Balancer，或稱爲Director）負責響應並分發來自客戶機的訪問請求；後端由大量真實服務器（Real Server）構成服務器池（Server Pool），提供實際的應用服務，整個羣集的伸縮性通過增加、刪除服務器節點來完成，而這些過程對客戶機是透明的；爲了保持服務的一致性，所有節點使用共享存儲設備。

• 第一層，負載調度器：這是訪問整個羣集系統的唯一入口，對外使用所有服務器共有的 VIP （Virtual IP，虛擬 IP）地址，也稱爲羣集 IP 地址。通常會配置主、備兩臺調度器實現熱備份，當主調度器失效以後平滑替換至備用調度器，確保高可用性。
• 第二層，服務器池：羣集所提供的應用服務（如 HTTP、FTP）由服務器池承擔，其中的每個節點具有獨立的 RIP（Real IP，真實 IP）地址，只處理調度器分發過來的客戶機請求。當某個節點暫時失效時，負載調度器的容錯機制會將其隔離，等待錯誤排除以後再重新納入服務器池。
• 第三層，共享存儲：爲服務器池中的所有節點提供穩定、一直的文件存取服務，確保整個羣集的統一性。在 LINUX/UNIX 環境中，共享存儲可以使用 NAS 設備，或者提供 NFS （Network File System，網絡文件系統）共享服務的專用服務器。

負載均衡的工作模式

關於羣集的負載調度技術，可以基於 IP、端口、內容等進行分發，其中基於 IP 的負載調度是效率最高的。基於IP的負載均衡模式中，常見的有地址轉換、IP 隧道和直接路由三種工作模式。

• 地址轉換（Network Address Translation）：簡稱 NAT 模式，類似於防火牆的私有網絡結構，負載調度器作爲所有服務器節點的網關，即作爲客戶機的訪問入口，也是各節點回應客戶機的訪問入口。服務器節點使用私有 IP 地址，與負載調度器處於同一個物理網絡，安全性要優於其他兩種方式。
• IP 隧道（IP Tunnel）：簡稱 TUN 模式，採用開放式的網絡結構，負載調度器作爲客戶機的訪問入口，各節點通過各自的 Internet 連接直接回應客戶機，而不再經過負載調度器。服務器節點分散在互聯網中的不同位置，具有獨立的公網 IP 地址，通過專用 IP 隧道與負載調度器相互通信。
• 直接路由（Direct Routing）：簡稱 DR 模式，採用半開放式的網路結構，與 TUN 模式的結構類似，但各節點並不是分散在各地，而是與調度器位於同一個物理網絡。負載調度器與各節點服務器通過本地網絡連接，不需要建立專用的 IP 隧道。
  以上三種工作模式中， NAT 方式只需要一個公網 IP 地址，從而成爲最易用的一種負載均衡模式，安全性也比較好，許多硬件負載均衡設備就是採用這種方式；相比較而言， DR 模式和 TUN 模式的負載能力更加強大、適用範圍更廣，但節點的安全性要稍差一些。

網絡拓撲圖

後續上傳

地址規劃

負載調度器：內網192.168.100.1；外網12.0.0.1
web1服務器：192.168.100.201
web2服務器：192.168.100.202
nfs服務器：192.168.100.203
win7客戶端：12.0.0.12

部署服務

NFS服務器（192.168.100.203）

1. 檢查是否安裝nfs以及rpcbind軟件包

   rpm -q nfs-utils rpcbind

2. 如果沒有安裝則用yum倉庫進行安裝

   yum -y install nfs-utils rpcbind

3. 開啓服務

   systemctl start rpcbind
   systemctl start nfs

4. 創建掛載點，給文件目錄設置權限

   mkdir -p /opt/web1 /opt/web2
   chmod 777 /opt/web1 /opt/web2

5. 編輯配置文件
   vim /etc/exports

   /opt/web1 192.168.100.0/24(rw,sync) ##在此網段下的用戶可以讀寫、同步目錄中的文件
   /opt/web2 192.168.100.0/24(rw,sync)

6. 發佈共享

   exportfs -rv

7. 此時我們可以對客戶端進行查看

   showmount -e 192.168.100.203

8. 關閉防火牆及增強型功能

   setenforce 0
   systemctl disable firewalld
   systemctl stop firewalld

web1服務器（192.168.100.201）

1. 安裝Apache

   yum -y install httpd

2. 掛載 nfs 到Apache主頁存放

   mount.nfs 192.168.100.203:/opt/web1 /var/www/html

3. 創建默認首頁文件

   echo "<h1>This is web1 page.</h1>" > /var/www/html/index.html

4. 關閉防火牆，啓動 httpd 服務

   setenforce 0
   systemctl disable firewalld
   systemctl stop firewalld
   systemctl enable httpd
   systemctl start httpd

   測試
   

web2服務器（192.168.100.202）

1. 安裝Apache

   yum -y install httpd

2. 掛載 nfs 到Apache主頁存放

   mount.nfs 192.168.100.203:/opt/web2 /var/www/html

3. 創建默認首頁文件

   echo "<h1>This is web2 page.</h1>" > /var/www/html/index.html

4. 關閉防火牆，啓動 httpd 服務

   setenforce 0
   systemctl disable firewalld
   systemctl stop firewalld
   systemctl enable httpd
   systemctl start httpd

   測試
   

LVS 調度服務器（內網192.168.100.1；外網12.0.0.1）

1. 開啓路由轉發功能

   vim /etc/sysctl.conf
   net.ipv4.ip_forward=1

2. 使配置生效

   sysctl -p

3. 清空防火牆規則，設置 SNAT 地址轉換

   iptables -F
   iptables -t nat -F
   iptables -t nat -A POSTROUTING -o ens36 -s 192.168.100.0/24 -j SNAT --to-source 12.0.0.1

4. 加載並查看LVS內核模塊

   modprobe ip_vs  ##加載模塊
   cat /proc/net/ip_vs    ##查看模塊

   IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
   Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
   RemoteAddress:Port Forward Weight ActiveConn InActConn

5. 安裝管理軟件

   rpm -ivh /mnt/Packages/ipvsadm-1.27-7.el7.x86_64.rpm

6.centos 7 之後必須先保存規則再進行服務啓動。

ipvsadm-save > /etc/sysconfig/ipvsadm
systemctl start ipvsadm

7. 創建虛擬VIP服務器

   ipvsadm -C ##清空
   ipvsadm -A -t 12.0.0.1:80 -s rr ##添加虛擬服務器，採用輪詢算法
   ipvsadm -a -t 12.0.0.1:80 -r 192.168.100.201:80 -m
   ipvsadm -a -t 12.0.0.1:80 -r 192.168.100.202:80 -m

8. 查看羣集狀態（Mysq即爲NAT模式）

   ipvsadm -L

   IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
   Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
   -> RemoteAddress:Port Forward Weight ActiveConn InActConn
   TCP CentOS7-1:http rr
   -> 192.168.100.201:http Masq 1 0 0
   -> 192.168.100.202:http Masq 1 0 0

   測試：用Win7 客戶端訪問，可以看到訪問虛擬服務器時，採用輪詢算法訪問網站
   win7客戶端地址：12.0.0.12