负载均衡器的原理及ipvsadm实现LVS/NAT模型

负载均衡：

  是建立在现有的网络之上，它提供了一种廉价、有效、透明的方法来扩大网络设备和服务器的带宽、增加吞吐量、加强网络数据处理能力，以及提高网络的灵活性和可用性。通过负载均衡器，可以实现N台廉价的Linux服务器并行处理，从面达到小型机或大型机的计算能力。单台负载均衡器位于网站的最前端，它起着分流客户请求的作用，相当于整个网站或系统的入口。由于IPv4中IP地址日益紧张以及出于安全方面的才虑，很多网络使用保留IP地址（如10.0.0.0/255.0.0.0、172.16.0.0/255.128.0.0、和192.168.0.0/255.255.0.0).这些不在Internet上使用，而是专门为内部网络预留的。当内部网络中的主机要访问Internet或被Internet访问时，就需要进行网络地址转换（Network Address Translation，NAT），NAT方法就是交不同IP地址的并行网络服务变成一个在同一IP地址上的虚拟服务。

以LVS作为负载均衡器：

    LVS（Linux Virtual Server）主要是针对大业务量的网络应用。

LVS类型：

     NAT-->(DNAT)

     DR

     TUN

     FULLNAT

 VS/NAT的体系结构比较简单：在一组服务器前有一个调度器，它们是通过Switch/HUB相连接的，这些服务器提供相同的网络服务、相同的服务内容，即不管请求被发送到哪一台服务器，执行结果都是一样的。服务的内容可以复制到每一台服务器的本地硬盘上，可能通过网络文件系统共享，也可以通过一个分布式文件系统来提供。

LVS NAT的特性：

1、RS应该使用私有地址；

2、RS的网关的必须指向DIP；

3、RIP和DIP必须在同一网段内；

4、请求和响应的报文都得经过Director；在高负载场景中，Director很可能成为系统性能瓶颈；

5、支持端口映射；

6、RS可以使用任意支持集群服务的OS；

   VS/DR或VS/TUN应用的一种模型中（所有机器都在同一个物理网络），所有机器（包括Director和RealServer）都使用了一个额外的IP地址，即VIP。当一个客户端向VIP发出一个连接请求时，此请求必须要连接至Director的VIP，而不能是RealServer的。因为，LVS的主要目标就是要Director负责调度这些连接请求至RealServer的。

因此，在Client发出至VIP的连接请求后，只能由Director将其MAC地址响应给客户端（也可能是直接与Director连接的路由设备），而Director则会相应的更新其ipvsadm table以追踪此连接，而后将其转发至后端的RealServer之一。

  如果Client在请求建立至VIP的连接时由某RealServer响应了其请求，则Client会在其MAC table中建立起一个VIP至RealServer的对就关系，并以至进行后面的通信。此时，在Client看来只有一个RealServer而无法意识到其它服务器的存在。

为了解决此问题，可以通过在路由器上设置其转发规则来实现。当然，如果没有权限访问路由器并做出相应的设置，则只能通过传统的本地方式来解决此问题了。这些方法包括：

1、禁止RealServer响应对VIP的ARP请求；

2、在RealServer上隐藏VIP，以使得它们无法获知网络上的ARP请求；

3、基于“透明代理（Transparent Proxy）”或者“fwmark （firewall mark）”；

4、禁止ARP请求发往RealServers；

LVS DR类型的特性：

1、RS可以使用私有地址；但也可以使用公网地址，此时可以直接通过互联网连入RS以实现配置、监控等；

2、RS的网关一定不能指向DIP；

3、RS跟Dirctory要在同一物理网络内（不能由路由器分隔）；

4、请求报文经过Directory，但响应报文一定不经过Director

5、不支持端口映射；

6、RS可以使用大多数的操作系统；

LVS TUN类型：IP隧道

1、RIP、DIP、VIP都得是公网地址；

2、RS的网关不会指向也不可能指向DIP；

3、请求报文经过Directory，但响应报文一定不经过Director；

4、不支持端口映射；

5、RS的OS必须得支持隧道功能；

LVS Scheduling Method LVS的调度方法：

1.Fixed Scheduling Method  静态调服方法

(1).RR     轮询

(2).WRR    加权轮询

(3).DH     目标地址hash

(4).SH     源地址hash

2.Dynamic Scheduling Method 动态调服方法

(1).LC     最少连接

(2).WLC    加权最少连接

(3).SED    最少期望延迟

(4).NQ     从不排队调度方法

(5).LBLC   基于本地的最少连接

(6).LBLCR  带复制的基于本地的最少连接

ipvsadm组件定义规则的格式：

1.定义集群服务格式：

(1).添加集群服务：

ipvsadm -A|E -t|u|f service-address [-s scheduler]

              [-p [timeout]] [-M netmask]

-A：                  表示添加一个新的集群服务

-E：                  编辑一个集群服务

-t：                  表示tcp协议

-u：                  表示udp协议

-f：                  表示firewall-Mark,防火墙标记

service-address：     集群服务的IP地址，即VIP

-s                    指定调度算法

-p                    持久连接时长，如#ipvsadm -Lcn ，查看持久连接状态

-M                    定义掩码

ipvsadm -D -t|u|f service-address      删除一个集群服务

ipvsadm -C                             清空所有的规则

ipvsadm -R                             重新载入规则

ipvsadm -S [-n]                        保存规则

2.向集群服务添加RealServer规则：

(1).添加RealServer规则

ipvsadm -a|e -t|u|f service-address -r server-address

              [-g|i|m] [-w weight]

-a                 添加一个新的realserver规则

-e                 编辑realserver规则

-t                 tcp协议

-u                 udp协议

-f                 firewall-Mark，防火墙标记

service-address    realserver的IP地址

-g                 表示定义为LVS-DR模型

-i                 表示定义为LVS-TUN模型

-m                 表示定义为LVS-NAT模型

-w                 定义权重，后面跟具体的权值

ipvsadm -d -t|u|f service-address -r server-address          --删除一个realserver

ipvsadm -L|l [options]                                       --查看定义的规则

如：#ipvsadm -L -n  

ipvsadm -Z [-t|u|f service-address]                          --清空计数器

LVS-NAT模型实例

1。先配置好网络环境，要三个虚拟机(本次实验在虚拟机上完成)，一台用作Director，其他两台分别为RealServer1 和RealServer2

其中Director要两个网卡，Eth0网卡为桥接(Birdged),Eth1网卡为仅主机(Host-only),RealServer1 和RealServer2的网卡也都是仅主机

类型的。

2.为了演示效果，将Director的两块网卡配置成不在同一个网段的IP地址，RealServer1 和RealServer2的IP地址为同一网段，规划如下图：

3.为192.168.10.11和192.168.10.12配置web服务

先查看是否安装了web服务

[root@node1 ~]# rpm -q httpd

httpd-2.2.15-29.el6.centos.x86_64

如果没有安装则使用yum install httpd安装即可

RealServer1配置网站页面并启动服务

虚拟机1网卡地址设置

ifconfig eth0 192.168.10.11

route add default gw 192.168.10.1

[root@node2 ~]# vim /var/www/html/index.html

<h1>Web1</h1>

[root@node2 ~]# service httpd start

RealServer2配置网站页面并启动服务

虚拟机2网卡地址设置

ifconfig eth0 192.168.10.12

route add default gw 192.168.10.1

[root@node3 ~]# vim /var/www/html/index.html

<h1>Web2</h1>

[root@node3 ~]# service httpd start

4.在Director虚拟主机上配置

打开路由间转发功能

--查看ipvsadm是否安装，如果没有安装则安装之，直接使用yum安装即可

 

配置Directory网卡，添加一块网卡eth1

配置地址ifconfig eth1 192.168.10.1

[root@node1 ~]# ifconfig eth0:0 172.16.24.6《=========定义VIP地址

定义LVS-NAT模型规则