lvs负载均衡群集

企业群集应用概述
负载均衡群集架构
- 负载均衡的结构
- 负载均衡群集工作模式分析
总结
LVS 的负载调度算法
- 使用 ipvsadm 管理工具
NAT模式 LVS负载均衡群集部署的操作步骤

企业群集应用概述

群集的含义

Cluster，集群、群集
由多台主机构成，但对外只表现为一个整体

问题

互联网应用中，随着站点对硬件性能、响应速度、服务稳定性、数据可靠性等要求越来越高，单台服务器已经无法满足负载均衡及高可用的要求。

企业集群的分类

根据群集所针对的目标差异，可分为三种类型

负载均衡群集
高可用群集
高性能运算群集

负载均衡群集
• 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
• LB的负载分担依赖于主节点的分流算法，将来自客户机的访问请求分担给多个服务器节点，从而缓解整个系统的负载压力。例如 "反向代理 "

高可用群集
• 提高应用系统的可靠性、尽可能的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
• HA的工作方式包括双工和主从两种模式，双工即所有节点同时在线；主从则只有主节点在线，但当出现故障时从节点能自动切换为主节点。
例如 “故障切换” “双机热备” 等

高性能运算群集
• 以提高应用系统的CPU运算速度、扩展硬件资源和分析能力为目标，获得相当于大型、超级计算机的高性能运算（HPC）能力

• 高性能依赖于“分布式运算”、“并行计算”，通过专用硬件和软件将多个服务器的cpu、内存等资源整合在一起，实现只有大型、超级计算机才具备的计算能力。

负载均衡群集架构

负载均衡的结构

• 第一层，负载调度器（Load Balancer或Director）

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能够平滑替换至备用调度器，确保高可用性

• 第二层，服务器池（Server Pool）

群集所提供的应用服务，由服务器池承担，其中每个节点具有独立的RIP地址（真实IP），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（Share Storage）

为服务器池中的所有节点提供稳定，一致的文件存取服务，确保整个群集的统一性，共享存储可以使用NAS设备，或者提供NFS共享服务的专用服务器

负载均衡群集工作模式分析

负载均衡群集是目前企业用的最多的群集类型
群集的负载调度技术有三种工作模式
• 地址转换
• IP隧道
• 直接路由

NAT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出口

• 服务器节点使用私有IP地址，与负载调度器位于同一个物理网路，安全性要优于其他两种方式

原理：首先负载均衡器接收到客户的请求数据包时，根据调度算法决定将请求发送给哪个后端的真实服务器（RS）。然后负载均衡器就把客户端发送的请求数据包的目标IP地址及端口改成后端真实服务器的IP地址（RIP）。真实服务器响应完请求后，查看默认路由，把响应后的数据包发送给负载均衡器，负载均衡器在接收到响应包后，把包的源地址改成虚拟地址（VIP）然后发送回给客户端

优点：集群中的服务器可以使用任何支持TCP/IP的操作系统，只要负载均衡器有一个合法的IP地址

缺点：扩展性有限，当服务器节点增长过多时，由于所有的请求和应答都需要经过负载均衡器，因此负载均衡器将成为整个系统的瓶颈

TUN模式——IP隧道

• IP Tunnel ，简称TUN模式

• 采用开放式的网络结构，负载调度器仅作为客户机的访问入口，各节点通过各自的lnternet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

原理：首先负载均衡器接收到客户的请求数据包时，根据调度算法决定将请求发送给哪个后端的真实服务器（RS）。然后负载均衡器就把客户端发送的请求报文封装一层IP隧道（T-IP）转发到真实服务器（RS）。真实服务器响应完请求后，查看默认路由，把响应后的数据包直接发送给客户端，不需要经过负载均衡器

优点：负载均衡器只负责将请求包分发给后端节点服务器，而RS将应答包直接发给用户。所以，减少了负载均衡器的大量数据流动，负载均衡器不再是系统的瓶颈，也能处理很巨大的请求量

缺点：隧道模式的RS节点需要合法IP，这种方式需要所有的服务器支持“IP Tunneling”

DR 模式——直接路由（企业用的多）

• Direct Routing ,简称DR模式

• 采用半开放式的网络结构，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

原理：首先负载均衡器接收到客户的请求数据包时，根据调度算法决定将请求发送给哪个后端的真实服务器（RS）。然后负载均衡器就把客户端发送的请求数据包的目标MAC地址改成后端真实服务器的MAC地址（R-MAC）。真实服务器响应完请求后，查看默认路由，把响应后的数据包直接发送给客户端，不需要经过负载均衡器

缺点：需要负载均衡器与真实服务器RS都有一块网卡连接到同一物理网段上，必须在同一个局域网环境

总结

集群
就是将多台主机作为一个整体，对外提供相同的服务
群集类型负载均衡高可用高性能运算

负载均衡强调减少响应延迟，提高并发处理能力
高可用强调系统的稳定性，减少服务中断时间，减少损失
高性能强调高性能运算能力分布式并发

lvs负载均衡三种模式
NAT地址转换调度作为网关，是访问请求的入口。也是响应访问的出口，在高并发场景当中负载压力很高NAT地址转换可以提高安全性
IP隧道仅是访问请求的入口，响应数据不经过调度器。但是需要大量公网IP，还需要专用的IP隧道，数据转发受I P隧道影响
DR直接路由仅是访问请求的入口，响应数据不经过调度器。节点服务器和调度器在同--个物理网络中，数据转发不受额外影响

LVS 的负载调度算法

轮询（Round Robin）

将收到的访问请求按照顺序轮流分配给群集中的各节点（真实服务器），均等地对待每一台服务器，而不是服务器实际的连接数和系统负载

加权轮询（Weighted Round Robin）

根据调度设置的权重值来分发请求，权重值高的节点优先获得任务，分配的请求数越多

保证性能强的服务器承担更多的访问流量

最少连接（Least Connections）

根据真实服务器已建立的连接进行分配，将收到的访问请求优先分配给连接数最少的节点

加权最少连接（Weighted Least Connections）

在服务器节点的性能差异较大时，可以为真实服务器自动调整权重

性能较高的节点承担更大比例的活动连接负载

使用 ipvsadm 管理工具

ipvsadm 是在负载调度器上使用的 LVS 群集管理工具，通过调用 ip_vs 模块来添加、删除服务器节点，以及查看群集的运行状态。在 CentOS 7 系统中，需要手动安装 ipvsadm.x86_64 0:1.27-7.el7 软件包。

LVS 群集的管理工作主要包括创建虚拟服务器、添加服务器节点、查看群集节点状态、删除服务器节点和保存负载分配策略。

ipvsadm 工具 BlueViolet

选项	解释
-A	添加虚拟服务器
-D	删除整个虚拟服务器
-s	指定负载调度算法（轮询：rr、加权轮询：wrr、最少连接：lc、加权最少连接：wlc）
-a	表示添加真实服务器（节点服务器）
-d	删除某一个节点
-t	指定 VIP地址及 TCP端口
-r	指定 RIP地址及 TCP端口
-m	表示使用 NAT群集模式
-g	表示使用 DR模式
-i	表示使用 TUN模式
-w	设置权重（权重为 0 时表示暂停节点）
-p	60 表示保持长连接60秒
-l	列表查看 LVS 虚拟服务器（默认为查看所有）
-n	以数字形式显示地址、端口等信息，常与“-l” 选项组合使用