负载均衡集群、LVS算法、搭建NAT模式LVS架构

18.6 负载均衡集群介绍

实现负载均衡集群的软件有：LVS、Keepalived、Nginx、haproxy等。其中LVS属于四层（网络OSI模型）；Nginx属于七层；haproxy既可以认为是四层，也可以当做是七层使用。

LVS、haproxy这种四层负载均衡可以分发除80端口以外的通信，如MySQL-3306；而Nginx仅仅支持http，https，mail。

相对来说，LVS这种四层的更加稳定，能承受更多的请求，而Nginx这种七层的更加灵活，能实现更多的个性化需求。

18.7 LVS介绍

LVS是基于tcp/ip做的路由和转发，稳定性和效率很高，LVS最新版本是基于Linux内核2.6。LVS常见的模式有三种：NAT、DR、IP Tunnel。LVS架构中有一个核心角色叫分发器（Load Balance），用于分发客户的各种请求，另外还有诸多服务器（real server，简称rs），用于处理用户各种请求。

NAT模式

这种模式借助iptables的nat表来实现

用户的请求到分发器后，通过预设的iptables规则，把请求的数据包转发到后端的rs上去

rs需要设定网关为分发器的内网ip

用户请求的数据包和返回给用户的数据包全部经过分发器，所以分发器成为瓶颈

在nat模式中，只需要分发器有公网ip即可，所以比较节省公网ip资源

在该模式中，load balancer是限制该架构处理用户请求的一个瓶颈，所以该模式比较适合小模式的集群（服务器rs在10台以内）；该模式的优势是节省公网资源。

IP Tunnel模式

这种模式，需要有一个公共的IP配置在分发器和所有rs上，我们把它叫做vip

客户端请求的目标IP为vip，分发器接收到请求数据包后，会对数据包做一个加工，会把目标IP改为rs的IP，这样数据包就到了rs上

rs接收数据包后，会还原原始数据包，这样目标IP为vip，因为所有rs上配置了这个vip，所以它会认为是它自己

DR模式

这种模式，也需要有一个公共的IP配置在分发器和所有rs上，也就是vip

和IP Tunnel不同的是，它会把数据包的MAC地址修改为rs的MAC地址

rs接收数据包后，会还原原始数据包，这样目标IP为vip，因为所有rs上配置了这个vip，所以它会认为是它自己

MAC(Media Access Control或者Medium Access Control)地址，意译为媒体访问控制，或称为物理地址、硬件地址，用来定义网络设备的位置。在OSI模型中，第三层网络层负责 IP地址，第二层数据链路层则负责 MAC地址。因此一个主机会有一个MAC地址，而每个网络位置会有一个专属于它的IP地址。MAC地址是网卡决定的，是固定的。

ARP（Address Resolution Protocol）地址解析协议，是根据IP地址获取物理地址的一个TCP/IP协议。

OSI模型把网络工作分为七层，IP地址在OSI模型的第三层，MAC地址在第二层，彼此不直接打交道。在通过以太网发送IP数据包时，需要先封装第三层(32位IP地址)、第二层(48位MAC地址)的报头，但由于发送时只知道目标IP地址，不知道其MAC地址，又不能跨第二、三层，所以需要使用地址解析协议。使用地址解析协议，可根据网络层IP数据包包头中的IP地址信息解析出目标硬件地址(MAC地址)信息，以保证通信的顺利进行。

18.8 LVS的调度算法

轮询 Round-Robin rr

加权轮询 Weight Round-Robin wrr

最小连接 Least-Connection lc

加权最小连接 Weight Least-Connection wlc

基于局部性的最小连接 Locality-Based Least Connections lblc

带复制的基于局部性最小连接 Locality-Based Least Connections with Replication lblcr

目标地址散列调度 Destination Hashing dh

源地址散列调度 Source Hashing sh

常用的是前面四种算法。

18.9-18.20 LVS NAT模式搭建

准备工作

网络准备

三台机器。

分发器（调度器director）

内网：192.168.8.133 外网：192.168.75.128

real server1（real1）

内网：192.168.8.134 设置网关为： 192.168.8.133

real server2（real2）

内网：192.168.8.135 设置网关为： 192.168.8.133

防火墙

关闭系统防火墙：
[root@real1 ~]# systemctl stop firewalld
[root@real1 ~]# systemctl disable firewalld

关闭SELinux：
[root@director ~]# setenforce 0
[root@director ~]# vim /etc/selinux/config
SELINUX=disabled

注： 分别在三台机器进行上述操作。

以下操作在real1和real2中进行：

安装iptables服务：
[root@real1 ~]#yum install -y iptables-services

设置iptables服务：
[root@real1 ~]# iptables -F
[root@real1 ~]# service iptables save
iptables: Saving firewall rules to /etc/sysconfig/iptables:[  确定  ]

说明： 进行该设置的原因是NAT模式是基于防火墙nat表的一种模式，所以会使用iptables规则。

开始搭建

配置director：

安装ipvsadm工具：
[root@director ~]# yum install -y ipvsadm

配置ipvsadm脚本：
[root@director ~]# vim /usr/local/sbin/lvs_nat.sh
#! /bin/bash
# director 服务器上开启路由转发功能
echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward
# 关闭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
# 注意区分网卡名字，adai的两个网卡分别为ens33和ens37
echo 0 > /proc/sys/net/ipv4/conf/ens33/send_redirects
echo 0 > /proc/sys/net/ipv4/conf/ens37/send_redirects
# director 设置nat防火墙
iptables -t nat -F
iptables -t nat -X
iptables -t nat -A POSTROUTING -s 192.168.8.0/24  -j MASQUERADE
# director设置ipvsadm规则
IPVSADM='/usr/sbin/ipvsadm'
$IPVSADM -C
#-C=clear，清除规则
$IPVSADM -A -t 192.168.75.128:80 -s rr
#-A：=add，添加规则；-t：=tcp；-s 指定算法；
#在此可以添加-p：指定超时时间（解决session问题：保证同一请求被分发到同一rs上）
#因为添加-p选项后会影响测试效果，所以在此不加该参数（注：时间不能设置为0）
$IPVSADM -a -t 192.168.75.128:80 -r 192.168.8.134:80 -m -w 1
$IPVSADM -a -t 192.168.75.128:80 -r 192.168.8.135:80 -m -w 1
#-a：=add，增加nat架构中的rs；-r：指定rs的IP；-m：指定LVS模式为NAT（masquerade）
#-w：=weight，指定权重

执行该脚本：
[root@director ~]# sh /usr/local/sbin/lvs_nat.sh
#注：执行该脚本时无错误输出说明没问题。

查看ipvsadm规则：
[root@director ~]# ipvsadm -ln
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
-> RemoteAddress:Port           Forward Weight ActiveConn InActConn
TCP  192.168.75.128:80 rr
-> 192.168.8.134:80             Masq    1      1          3
-> 192.168.8.135:80             Masq    1      0          4

配置rs：

在两台rs上安装Nginx，并分别设置其主页用来区分两台机器。

[root@real1 ~]# yum install -y nginx
[root@real1 ~]# systemctl start nginx

编辑rs1主页：
[root@real1 ~]# vim /usr/share/nginx/html/index.html
This is real server 1.

编辑rs2主页：
[root@real2 ~]# vim /usr/share/nginx/html/index.html
This is real server 2.

测试

访问公网IP：192.168.75.128。

[root@director ~]# curl 192.168.75.128
This is real server 2.
[root@director ~]# curl 192.168.75.128
This is real server 1.
[root@director ~]# curl 192.168.75.128
This is real server 2.
[root@director ~]# curl 192.168.75.128
This is real server 1.
[root@director ~]# curl 192.168.75.128

即，搭建成功！