LVS 负载均衡群集—— NAT （地址转换）模式

高峰之巅

群集

　　群集（或集群）的称呼来自于英语单词“Cluster”，表示一群、一串的意思，用在服务器领域则表示大量服务器的集合体。

群集的类型

　　无论是哪种群集，都至少包括两台节点服务器，而对外表现为一个整体，只提供一个访问入口（域名或 IP 地址），相当于一台大型计算机。根据群集所针对的目标差异，可分为以下三种类型。

• 复杂均衡群集（Load Balance Cluster）：以提高应用系统的响应能力、尽可能处理更多的访问请求、减少延迟为目标，获得高并发、高负载（LB）的整体性能。
  
• 高可用群集（High Availability Cluster）：以提高应用系统的可靠性、尽可能地减少中断时间为目标，确保服务的连续性，达到高可用（HA）的容错效果。
  
• 高性能运算群集（High Performance Computer Cluster）：以提高应用系统打的 CPU 运算速度、拓展硬件资源和分析能力为不目标，获得相当于大型、超级计算机的高性能运算（HPC）能力。
  

负载均衡的分层目标

　　在典型的负载均衡群集中，包括三个层次的组件。前端至少有一个负载调度器（Load Balancer，或称为Director）负责响应并分发来自客户机的访问请求；后端由大量真实服务器（Real Server）构成服务器池（Server Pool），提供实际的应用服务，整个群集的伸缩性通过增加、删除服务器节点来完成，而这些过程对客户机是透明的；为了保持服务的一致性，所有节点使用共享存储设备。

• 第一层，负载调度器：这是访问整个群集系统的唯一入口，对外使用所有服务器共有的 VIP （Virtual IP，虚拟 IP）地址，也称为群集 IP 地址。通常会配置主、备两台调度器实现热备份，当主调度器失效以后平滑替换至备用调度器，确保高可用性。
  
• 第二层，服务器池：群集所提供的应用服务（如 HTTP、FTP）由服务器池承担，其中的每个节点具有独立的 RIP（Real IP，真实 IP）地址，只处理调度器分发过来的客户机请求。当某个节点暂时失效时，负载调度器的容错机制会将其隔离，等待错误排除以后再重新纳入服务器池。
  
• 第三层，共享存储：为服务器池中的所有节点提供稳定、一直的文件存取服务，确保整个群集的统一性。在 LINUX/UNIX 环境中，共享存储可以使用 NAS 设备，或者提供 NFS （Network File System，网络文件系统）共享服务的专用服务器。
  

负载均衡的工作模式

　　关于群集的负载调度技术，可以基于 IP、端口、内容等进行分发，其中基于 IP 的负载调度是效率最高的。基于IP的负载均衡模式中，常见的有地址转换、IP 隧道和直接路由三种工作模式。

• 地址转换（Network Address Translation）：简称 NAT 模式，类似于防火墙的私有网络结构，负载调度器作为所有服务器节点的网关，即作为客户机的访问入口，也是各节点回应客户机的访问入口。服务器节点使用私有 IP 地址，与负载调度器处于同一个物理网络，安全性要优于其他两种方式。
  
• IP 隧道（IP Tunnel）：简称 TUN 模式，采用开放式的网络结构，负载调度器作为客户机的访问入口，各节点通过各自的 Internet 连接直接回应客户机，而不再经过负载调度器。服务器节点分散在互联网中的不同位置，具有独立的公网 IP 地址，通过专用 IP 隧道与负载调度器相互通信。
  
• 直接路由（Direct Routing）：简称 DR 模式，采用半开放式的网路结构，与 TUN 模式的结构类似，但各节点并不是分散在各地，而是与调度器位于同一个物理网络。负载调度器与各节点服务器通过本地网络连接，不需要建立专用的 IP 隧道。
  以上三种工作模式中， NAT 方式只需要一个公网 IP 地址，从而成为最易用的一种负载均衡模式，安全性也比较好，许多硬件负载均衡设备就是采用这种方式；相比较而言， DR 模式和 TUN 模式的负载能力更加强大、适用范围更广，但节点的安全性要稍差一些。
  

网络拓扑图
　　后续上传

地址规划

负载调度器：内网192.168.100.1；外网12.0.0.1
web1服务器：192.168.100.201
web2服务器：192.168.100.202
nfs服务器：192.168.100.203
win7客户端：12.0.0.12
部署服务

NFS服务器（192.168.100.203）

• 　　检查是否安装nfs以及rpcbind软件包
  
  rpm -q nfs-utils rpcbind
  
• 　　如果没有安装则用yum仓库进行安装
  
  yum -y install nfs-utils rpcbind
  
• 　　开启服务
  
  systemctl start rpcbind
  systemctl start nfs
  
• 　　创建挂载点，给文件目录设置权限
  
  mkdir -p /opt/web1 /opt/web2
  chmod 777 /opt/web1 /opt/web2
  
• 　　编辑配置文件
  vim /etc/exports
  
  

  　　/opt/web1 192.168.100.0/24(rw,sync)    ##在此网段下的用户可以读写、同步目录中的文件
  /opt/web2 192.168.100.0/24(rw,sync)
  
  

  
  
• 　　发布共享
  
  exportfs -rv
  
• 　　此时我们可以对客户端进行查看
  
  showmount -e 192.168.100.203
  
• 关闭防火墙及增强型功能
  setenforce 0
  systemctl disable firewalld
  systemctl stop firewalld
  

web1服务器（192.168.100.201）

• 　　安装Apache
  
  yum -y install httpd
  
• 　　挂载 nfs 到Apache主页存放
  
  mount.nfs 192.168.100.203:/opt/web1 /var/www/html
  
• 　　创建默认首页文件
  
  echo "This is web1 page." > /var/www/html/index.html
  
• 　　关闭防火墙，启动 httpd 服务
  
  setenforce 0
  systemctl disable firewalld
  systemctl stop firewalld
  systemctl enable httpd
  systemctl start httpd
  　　测试
  
  
  

web2服务器（192.168.100.202）

• 　　安装Apache
  
  yum -y install httpd
  
• 　　挂载 nfs 到Apache主页存放
  
  mount.nfs 192.168.100.203:/opt/web2 /var/www/html
  
• 　　创建默认首页文件
  
  echo "This is web2 page." > /var/www/html/index.html
  
• 　　关闭防火墙，启动 httpd 服务
  
  setenforce 0
  systemctl disable firewalld
  systemctl stop firewalld
  systemctl enable httpd
  systemctl start httpd
  　　测试
  
  
  

LVS 调度服务器（内网192.168.100.1；外网12.0.0.1）

• 　　开启路由转发功能
  
  vim /etc/sysctl.conf
  net.ipv4.ip_forward=1
  
• 　　使配置生效
  
  sysctl -p
  
• 　　清空防火墙规则，设置 SNAT 地址转换
  
  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
  
• 　　加载并查看LVS内核模块
  
  modprobe ip_vs  ##加载模块
  cat /proc/net/ip_vs    ##查看模块
  

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

  
  
• 安装管理软件
  rpm -ivh /mnt/Packages/ipvsadm-1.27-7.el7.x86_64.rpm
  

　　6.centos 7 之后必须先保存规则再进行服务启动。

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

• 　　创建虚拟VIP服务器
  
  

  　　ipvsadm -C    ##清空
  ipvsadm -A -t 12.0.0.1:80 -s rr  ##添加虚拟服务器，采用轮询算法
  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
  
  

  
  
• 　　查看群集状态（Mysq即为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
  
  

  　　测试：用Win7 客户端访问，可以看到访问虚拟服务器时，采用轮询算法访问网站
  win7客户端地址：12.0.0.12