LVS負載均衡羣集-NAT
一LVS羣集應用基礎
羣集（或集羣）和稱呼來自於英文單詞cluster，表示一羣、一串的意思，用在服務器領域則表示大量服務器的集合體，以區分於單個服務器
·羣集的含義
由至少包括兩臺節點服務器主機構成，但對外只表現爲一個整體，只提供一個訪問入口（域名或IP地址），相當於一臺大型計算機
·羣集的類型
根據羣集所針對的目標差異，可分爲以下三種類型
負載均衡（Load Balancer）羣集
以提高應用系統的響應能力，儘可能處理更多的訪問請求，減少延遲爲目標，獲得高併發、高負載的整體性能。LB的負載分配依賴於主節點的分流算法，將來自客戶機的訪問請求分擔給多個服務器節點，從而緩解整個系統的負載壓力
高可用（High Available）羣集
以提高應用系統的可靠性，儘可能地減少中斷時間爲目標，確保服務的連續性，達到高可用（HA）的容錯效果。HA的工作方式包括雙工、主從兩種模式------雙工即所有節點同時在線，主從則只有主節點在線，但當出現故障時從節點能自動切換爲主節點
高性能運算（High Performance Computer）羣集
以提高應用系統的CPU運算速度，擴展硬件資源和分析能力爲目標，獲得相當於大型、超級計算機的高性能運算(HPC)能力.通過專用硬件和軟件將多個服務器的CPU、內存等資源整合在一起，實現只有大型、超級計算機才具備的計算能力
二負載均衡羣集
·負載均衡羣集的分層結構
在典型的負載均衡羣集中，包括三個層次的組件，如圖所示
前端至少有一個負載調度器（load balancer，或稱爲director），負責響應並分發來自客戶機的訪問請求；後端由大量真實服務器（real server）構成服務器池（server pool）,提供實際的應用服務，整個羣集的伸縮性通過增加、刪除服務器節點來完成，而這些過程對客戶機是透明的；爲了保持服務的一致性，所有節點使用共享存儲設備
第一層，負載調度器
這是訪問整個羣集系統的唯一入口，對外使用所有服務器共有的VIP（virtual IP,虛擬IP）地址，也稱爲羣集IP地址。通常會配置主、備兩臺調度器實現熱備份，當主調度器失效以後平滑替換至備用調度器，確保高可用性
第二層，服務器池
羣集所提供的應用服務（如HTTP、FTP）由服務器池承擔，其中的每個節點具有獨立的RIP（real IP,真實IP）地址，只處理調度器分發過來的客戶機請求。當某個節點暫時失效時，負載調度器的容錯機制會將其隔離，等侍錯誤排除以後再重新納入服務器池
第三層，共享存儲
爲服務器池中的所有節點提供穩定、一致的文件存取服務，確保整個羣集的紡一性，在linux/unix環境中，共享存儲可以使用NAS設備或者提供NFS共享服務的專用服務器
·負載均衡的工作模式
關於羣集的負載調度技術，可以基於IP、端口、內容等進行分發，其中基於IP的負載調度是效果最高的。基於IP的負載均衡模式中，常見的有地址轉換(NAT)、IP隧道(TUN)、直接路由（DR）這三種工作模式
地址轉換
簡稱NAT模式，類似於防火牆的私有網絡結構，負載調度器作爲所有服務器節點的網關，即作爲客戶機的訪問入口，也是各節點回應客戶機的訪問出口。服務器節點使用私有IP地址。與負載調度器位於同一個物理網絡，安全性要優於其他兩種方式
IP隧道（IP TUNNEL）
簡稱TUN模式，採用開放式的網絡結構，負載調度器僅作爲客戶機的訪問入口，各節點通過各自的INTERNET連接直接回應客戶機，而不再經過負載調度器。服務器節點分散在互聯網中的不同位置。具有獨立的公網IP地址，通過專用IP隧道與負載調度器相互通信
直接路由（direct routing）
簡稱DR模式，採用半開放式的網絡結構，與TUN模式的結構類似，但各節點並不是分散在各地，而是與調度器位於同一個物理網絡。負載調度器與各節點服務器通過本地網絡連接，不需要建立專用的IP隧道
以上三種工作模式中，NAT方式只需要一個公網IP地址，從而成爲最易用的一種負載均衡模式，安全性也比較好，許多硬件負載均衡設備就是採用這種方式，相比較而言，DR和TUN模式的負載能力更強大，適用範圍更廣，但節點的安全性要稍差一些
·LVS負載均衡羣集
Linux virtual server：是針對LINUX內核開發的一個負載均衡項目（類似功能的項目有多重，還有第三方軟件也可以實現）
1998年5月，由我國的章文嵩博士創建
LVS實際上相當於基於IP地址的虛擬化應用。LVS現在已成爲LINUX內核的一部分，默認編譯爲ip_vs模塊，必要時能夠自動調用
官方網站：http://www.linuxvirtualserver.org/
·LVS的負載調度算法
針對不同的網絡服務和配置需要，LVS調度器提供各種不同的負載調度算法，包括
輪詢(rr)
將收到的訪問請求按照順序輪流分配給羣集中的各個節點（真實服務器），均等地對侍每一臺服務器，而不管服務器實際的連接數和系統負載。
加權輪詢(wrr)
根據真實服務器的處理能力輪流分配收到的訪問請求，調度器可以自動查詢各節點的負載情況，並動態調整其權重。這樣可以保證處理能力強的服務器承擔更多的訪問流量。
最少連接(lc)
根據真實服務器已建立的連接數進行分配，將收到的訪問請求優先分配給連接數最少的節點。如果所有服務器節點性能相近，採用這種方式可以更好地均衡負載。
加權最少連接(wlc)
在服務器節點的性能差異較大的情況下，可以爲真實服務器自動調整權重，權重較高的節點將承擔更大比例的活動連接負載
二配置NAT模式的LVS負載羣集
·準備環境（web服務器的羣集）
如圖所示
四臺以上RHEL6主機：一臺配置爲負載均衡調度器、一臺配置爲NFS共享存儲服務器、其他的作爲節點主機
節點主機：作爲web服務器，網關指向調度器內網卡地址
負載均衡調度器：作爲網關，需要兩塊網卡；在給RHEL6添加新的網卡後，使用setup配置網卡地址時，發現只有eth0，沒有eth1，並且沒有它的配置文件，這時需要做一下操作
1複製ifcfg-eth0文件
2複製網卡2的MAC地址
3修改ifcfg-eth1，將其MAC地址替換爲複製的MAC
節點主機：網關指向調度器內網卡地址
·配置負載調度器
1加載ip_vs內核模塊
設置開機自動加載
2安裝ipvsadm管理工具
ipvsadm是在負載調度器上使用的LVS羣集管理工具，通過調用ip_vs模塊來添加、刪除服務器節點，以及查看羣集的運行狀態。在RHEL6系統中，要手動安裝ipvsadm-1.25-9軟件包
LVS羣集的管理工作主要包括：創建虛擬服務器、添加服務器節點、查看羣集節點狀態、刪除服務器節點、保存負載分配策略等
3配置SNAT轉發策略
使用iptables爲出站響應配置SNAT轉發規則，以便節點服務器能夠訪問internet
修改sysctl.conf文件，開啓路由轉發功能並使修改生效
在nat表的postrouting規則鏈上創建SNAT策略
創建允許http數據流的規則（因爲本文是以http服務器羣集爲例）
4配置負載分配策略
在NAT模式的羣集中，其外網地址同時也作爲整個羣集的VIP地址；
創建虛擬服務器和添加服務器節點
其中
ipvsadm –C ：清除ipvsadm原有的策略或service ipvsadm stop也可以清除策略
第2條命令：創建虛擬服務器,針對TCP的80端口提供負載分流服務，使用的調度算法爲輪詢; 選項-A表示添加虛擬服務器，-t用來指定VIP地址及TCP端口，-s用來指定負載調度算法:輪詢（rr）、加權輪詢（wrr），最少連接(lc)、加權最少連接(wlc)
第3、4條命令：添加服務器節點，爲虛擬服務器添加兩個服務器節點（實際中可自行添加）；選項-a：表示添加真實服務器；-t用來指定VIP地址及TCP端口，-r用來指定RIP地址及TCP端口，-m表示使用NAT羣集模式（-g： DR模式、-i：TUN模式），-w用來設置權重（權重爲0時表示暫停節點）
第5條命令：保存策略，要停止selinux，否則策略不會被保存；也可以使用ipvsadm-save >/etc/sysconfig/ipvsadm保存策略（start表示重建規則）
第6條命令：設置ipvsadm服務爲自動啓動
ipvsadm其他命令
查看節點狀態
Forward列下的Masq對應masquerade（地址僞裝），表示採用的羣集模式爲NAT，如果是Route，則表示採用的羣集模式爲DR
查看負載情況
刪除服務器節點
ipvsadm –d –r 192.168.1.10:80 –t 1.1.1.1:80
確認保存結果
·配置共享存儲服務器
這裏使用NFS發佈共享服務；NFS（Network File System）是一種基於TCP/IP傳輸的網絡文件系統協議；通過使用NFS協議，客戶機可以像訪問本地目錄一樣訪問遠程服務器中的共享資源；NFS服務的實現依賴於RPC（遠端過程調用）機制，以完成遠程到本地的映射過程
需安裝nfs-utils、rpcbind軟件包，RHEL6中默認已安裝（如果沒有安裝請先安裝）
1設置共享目錄
NFS的配置文件爲/etc/exports，文件內容默認爲空；添加如下內容（創建需要共享的文件夾）
其中
/opt/www是要共享的文件目錄；客戶機地址可以是主機名、IP地址、網段地址，允許使用*或?通配符；權限選項中的rw表示允許讀寫（ro爲只讀），sync表示同步寫入，no_root_squash表示當客戶機以root身份訪問時賦予本地root權限（默認是root_squash，將作爲nfsnobody用戶降權對侍
2啓動相關服務
先啓動rpcbind服務，再啓動nfs服務；注意:rhel5系統中RPC服務腳本是portmap
3設置開機自啓動和設置防火牆規則
因爲NFS服務的默認端口是不固定的，可以設置爲固定，這裏清空防火牆規則
設置完畢可以查看一下本機的共享信息
·配置節點服務器
所有的節點服務器均使用相同的配置，包括httpd服務端口、網站文檔內容；各節點的網站文檔可存放在共享存儲設備中，從而免去同步的過程
1搭建httpd服務
RHEL6中默認已安裝，如果爲安裝，請自行安裝
2創建測試站點
這裏的測試站點位於共享目錄中，因此需要先連接共享存儲設備；客戶機也必須支持RPC，需要啓動rpcbind服務
查看並掛載連接共享目錄
創建測試網頁
此網頁實際是創建到了共享存儲服務器中
3啓動httpd服務並設置開機自動掛載
4配置防火牆規則
要在防火牆上創建允許http數據流的規則
其他服務器節點同樣的操作配置
·測試LVS羣集
安排多臺測試機，直接訪問http://1.1.1.1，將能夠看到由真實服務器提供的網面內容
這時在查看當前負載分配情況，對於輪詢算法來說，每個節點所獲得的連接負載應大致相當