LVS 负载均衡群集—— NAT （地址转换）模式

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

不管是哪一种群集，都至少包括两台节点服务器，而对外表现为一个总体，只提供一个访问入口（域名或 IP 地址），至关于一台大型计算机。根据群集所针对的目标差别，可分为如下三种类型。

• 复杂均衡群集（Load Balance Cluster）：以提升应用系统的响应能力、尽量处理更多的访问请求、减小延迟为目标，得到高并发、高负载（LB）的总体性能。
• 高可用群集（High Availability Cluster）：以提升应用系统的可靠性、尽量地减小中断时间为目标，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）：以提升应用系统打的 CPU 运算速度、拓展硬件资源和分析能力为不目标，得到至关于大型、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，整个群集的伸缩性经过增长、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，全部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惟一入口，对外使用全部服务器共有的 VIP （Virtual IP，虚拟 IP）地址，也称为群集 IP 地址。一般会配置主、备两台调度器实现热备份，当主调度器失效之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，其中的每一个节点具备独立的 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，等待错误排除之后再从新归入服务器池。
• 第三层，共享存储：为服务器池中的全部节点提供稳定、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。

负载均衡的工做模式

关于群集的负载调度技术，能够基于 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做模式。

• 地址转换（Network Address Translation）：简称 NAT 模式，相似于防火墙的私有网络结构，负载调度器做为全部服务器节点的网关，即做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，安全性要优于其余两种方式。
• IP 隧道（IP Tunnel）：简称 TUN 模式，采用开放式的网络结构，负载调度器做为客户机的访问入口，各节点经过各自的 Internet 链接直接回应客户机，而再也不通过负载调度器。服务器节点分散在互联网中的不一样位置，具备独立的公网 IP 地址，经过专用 IP 隧道与负载调度器相互通讯。
• 直接路由（Direct Routing）：简称 DR 模式，采用半开放式的网路结构，与 TUN 模式的结构相似，但各节点并非分散在各地，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经过本地网络链接，不须要创建专用的 IP 隧道。
  以上三种工做模式中， NAT 方式只须要一个公网 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 模式的负载能力更增强大、适用范围更广，但节点的安全性要稍差一些。

网络拓扑图

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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）

1. 检查是否安装nfs以及rpcbind软件包

   rpm -q nfs-utils rpcbind

2. 若是没有安装则用yum仓库进行安装

   yum -y install nfs-utils rpcbind

3. 开启服务

   systemctl start rpcbind
   systemctl start nfs

4. 建立挂载点，给文件目录设置权限

   mkdir -p /opt/web1 /opt/web2
   chmod 777 /opt/web1 /opt/web2

5. 编辑配置文件
   vim /etc/exports

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

6. 发布共享

   exportfs -rv

7. 此时咱们能够对客户端进行查看

   showmount -e 192.168.100.203

8. 关闭防火墙及加强型功能

   setenforce 0
   systemctl disable firewalld
   systemctl stop firewalld

web1服务器（192.168.100.201）

1. 安装Apache

   yum -y install httpd

2. 挂载 nfs 到Apache主页存放

   mount.nfs 192.168.100.203:/opt/web1 /var/www/html

3. 建立默认首页文件

   echo "<h1>This is web1 page.</h1>" > /var/www/html/index.html

4. 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）

1. 安装Apache

   yum -y install httpd

2. 挂载 nfs 到Apache主页存放

   mount.nfs 192.168.100.203:/opt/web2 /var/www/html

3. 建立默认首页文件

   echo "<h1>This is web2 page.</h1>" > /var/www/html/index.html

4. 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）

1. 开启路由转发功能

   vim /etc/sysctl.conf
   net.ipv4.ip_forward=1

2. 使配置生效

   sysctl -p

3. 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

4. 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

5. 安装管理软件

   rpm -ivh /mnt/Packages/ipvsadm-1.27-7.el7.x86_64.rpm

6.centos 7 以后必须先保存规则再进行服务启动。

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

7. 建立虚拟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

8. 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，能够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