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負載均衡集群、LVS介紹及調度算法、LVS NAT模式搭建

集群 LVS NAT

負載均衡集群介紹

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既可以認為是4層,也可以當做7層使用
keepalived的負載均衡功能其實就是lvs lvs這種4層的負載均衡是可以分發除80外的其他端口通信的,比如MySQL的,而nginx僅僅支持http,https,mail,haproxy也支持MySQL這種
相比較來說,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

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做的路由和轉發,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做分發器(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
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這種模式借助iptables的nat表來實現 用戶的請求到分發器後,通過預設的iptables規則,把請求的數據包轉發到後端的rs上去 rs需要設定網關為分發器的內網ip 用戶請求的數據包和返回給用戶的數據包全部經過分發器,所以分發器成為瓶頸 在nat模式中,只需要分發器有公網ip即可,所以比較節省公網ip資源。

LVS IP Tunnel模式
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這種模式,需要有一個公共的IP配置在分發器和所有rs上,我們把它叫做vip 客戶端請求的目標IP為vip,分發器接收到請求數據包後,會對數據包做一個加工,會把目標IP改為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為vip,因為所有rs上配置了這個vip,所以它會認為是它自己

LVS DR模式
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這種模式,也需要有一個公共的IP配置在分發器和所有rs上,也就是vip 和IP Tunnel不同的是,它會把數據包的MAC地址修改為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為vip,因為所有rs上配置了這個vip,所以它會認為是它自己

LVS的調度算法
輪詢 Round-Robin rr
加權輪詢 Weight Round-Robin wrr
最小連接 Least-Connection lc
加權最小連接 Weight Least-Connection wlc
基於局部性的最小連接 Locality-Based Least Connections lblc
帶復制的基於局部性最小連接 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

LVS NAT模式搭建

NAT模式搭建 – 準備工作
三臺機器 分發器,也叫調度器(簡寫為dir)
內網:218.130,外網:194.128(vmware僅主機模式) rs1
內網:218.129,設置網關為192.168.218.2 rs2
內網:218.131,設置網關為192.168.218.2
三臺機器上都執行執行
systemctl stop firewalld;
systemctl start iptables-services; iptables -F; service iptables save

在dir上安裝ipvsadm
yum install -y ipvsdam

在dir(分發器)上編寫腳本
[root@localhost ~]# vim /usr/local/sbin/lvs_nat.sh
#! /bin/bash
// director 服務器上開啟路由轉發功能
echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward
// 關閉icmp的重定向
echo 0 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/send_redirects
echo 0 > /proc/sys/net/ipv4/conf/default/send_redirects
// 註意區分網卡名字,我這裏的兩個網卡分別為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防火墻
iptables -t nat -F
iptables -t nat -X
iptables -t nat -A POSTROUTING -s 192.168.64.0/24 -j MASQUERADE
// director設置ipvsadm規則
IPVSADM=‘/usr/sbin/ipvsadm‘
$IPVSADM -C
// -C=clear,清除規則
$IPVSADM -A -t 192.168.64.151:80 -s rr
// -A:=add,添加規則,定義算法的規則;
// -t:分發器ip(外網ip);
// -s 指定算法;
// -p:指定超時時間(解決session問題:保證同一請求被分發到同一rs上)單位為秒。
// 因為添加-p選項後會影響測試效果,所以在此不加該參數(註:時間不能設置為0)
$IPVSADM -a -t 192.168.64.151:80 -r 192.168.159.131:80 -m -w 1
$IPVSADM -a -t 192.168.64.151:80 -r 192.168.159.132:80 -m -w 1
// -a:=add,增加nat架構中的rs;
// -r:指定rs的IP;
// -m:指定LVS模式為NAT(masquerade)
// -w:=weight,指定權重

執行腳本:
[root@localhost ~]# sh /usr/local/sbin/lvs_nat.sh
// 執行該腳本時無錯誤輸出說明沒問題。

查看ipvsadm規則:
[root@localhost ~]# ipvsadm -ln
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
-> RemoteAddress:Port Forward Weight ActiveConn InActConn
TCP 192.168.64.151:80 rr
-> 192.168.159.131:80 Masq 1 0 0
-> 192.168.159.132:80 Masq 1 0 0
配置rs

在兩臺rs上安裝Nginx,並分別設置主頁來區分兩臺機器。

[root@localhost ~]# yum install -y nginx
[root@localhost ~]# systemctl start nginx

// 如果nginx 是yum安裝,其主頁目錄為 /usr/share/nginx/html/index.html
測試

訪問外網ip:192.168.194.128

[root@localhost ~]# curl 192.168.194.128
This is real server 2
[root@localhost ~]# curl 192.168.194.128
this is real server 1
[root@localhost ~]# curl 192.168.194.128
This is real server 2
[root@localhost ~]# curl 192.168.194.128
this is real server 1

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