LVS介绍与配置

目录

  • [LVS(Linux Virtual Server)](#LVS(Linux Virtual Server))
    • [1. 概述](#1. 概述)
      • [1.1 LVS简介](#1.1 LVS简介)
      • [1.2 LVS架构](#1.2 LVS架构)
    • [2. LVS工作模式](#2. LVS工作模式)
      • [2.1 NAT模式(Network Address Translation)](#2.1 NAT模式(Network Address Translation))
      • [2.2 DR模式(Direct Routing)](#2.2 DR模式(Direct Routing))
      • [2.3 TUN模式(IP Tunneling)](#2.3 TUN模式(IP Tunneling))
    • [3. LVS调度算法](#3. LVS调度算法)
      • [3.1 轮询(Round Robin)](#3.1 轮询(Round Robin))
      • [3.2 最小连接数(Least Connections)](#3.2 最小连接数(Least Connections))
      • [3.3 加权轮询(Weighted Round Robin)](#3.3 加权轮询(Weighted Round Robin))
      • [3.4 加权最小连接数(Weighted Least Connections)](#3.4 加权最小连接数(Weighted Least Connections))
      • [3.5 基于局部性的最少连接数(Locality-Based Least Connections)](#3.5 基于局部性的最少连接数(Locality-Based Least Connections))
      • [3.6 基于局部性的最少连接数(带复制)(Locality-Based Least Connections with Replication)](#3.6 基于局部性的最少连接数(带复制)(Locality-Based Least Connections with Replication))
      • [3.7 目标地址散列(Destination Hashing)](#3.7 目标地址散列(Destination Hashing))
      • [3.8 源地址散列(Source Hashing)](#3.8 源地址散列(Source Hashing))
    • [4. LVS配置示例](#4. LVS配置示例)
      • [4.1 NAT模式配置示例](#4.1 NAT模式配置示例)
        • [4.1.1 安装LVS工具,开启内核转发模块](#4.1.1 安装LVS工具,开启内核转发模块)
        • [4.1.2 关闭所有节点的防火墙,selinux](#4.1.2 关闭所有节点的防火墙,selinux)
        • [4.1.3 配置LVS](#4.1.3 配置LVS)
        • [4.1.4 配置nginx](#4.1.4 配置nginx)
        • [4.1.5 配置网关](#4.1.5 配置网关)
        • [4.1.6 访问集群](#4.1.6 访问集群)

LVS(Linux Virtual Server)

我会先写工作原理然后再写配置步骤,配置步骤不懂的可以再返回来看一下工作原理

1. 概述

1.1 LVS简介

LVS(Linux Virtual Server)是一种基于Linux操作系统的负载均衡解决方案。它通过将请求分发到多个后端服务器上,实现高可用性和可扩展性。LVS常用于网站、数据库等需要高并发访问的场景。

1.2 LVS架构

  • IPVS(IP Virtual Server): LVS的核心组件,负责实现负载均衡功能。

  • 调度器(Director): LVS中的负载均衡器,接收来自客户端的请求,并根据调度算法将请求转发到真实服务器。

  • 真实服务器(Real Server): 实际处理客户端请求的服务器。

  • 虚拟IP(VIP): 提供给客户端访问的IP地址,实际由调度器管理。

2. LVS工作模式

2.1 NAT模式(Network Address Translation)

  • 工作原理
    • 在NAT模式下,负载均衡器(调度器)接收客户端的请求,然后将请求转发给真实服务器,真实服务器处理请求后,将响应数据发送回负载均衡器,再由负载均衡器返回给客户端。负载均衡器充当了中间人的角色,类似于邮递员收集信件并分发给不同的地址,再将回复的信件送回给发件人。
  • 优缺点:
    • 优点: 适用于私有网络,配置简单。可以隐藏真实服务器的IP,增加安全性。
    • 缺点: 由于所有流量都经过负载均衡器,负载均衡器的性能和带宽成为瓶颈。
  • 配置步骤
    • 添加虚拟服务
    • 添加真实服务器
    • 设置真实服务器的网关

2.2 DR模式(Direct Routing)

  • 工作原理
    • 在DR模式下,客户端请求通过负载均衡器发送到真实服务器,但真实服务器的响应直接返回给客户端,而不经过负载均衡器。可以将其类比为一个快递公司的调度中心(负载均衡器),负责将快递单(请求)分配给不同的快递员(真实服务器),但快递员直接将快递(响应)送到客户手中。
  • 优缺点:
    • 优点: 高性能,因为响应数据不经过负载均衡器,减少了负载均衡器的负担,适合大流量场景。
    • 缺点: 网络配置复杂,要求负载均衡器和真实服务器在同一物理网络中。
  • 配置步骤
    • 添加虚拟服务
    • 添加真实服务器
    • 配置真实服务器的回环接口(lo)

2.3 TUN模式(IP Tunneling)

  • 工作原理: 在TUN模式下,客户端请求通过IP隧道(如GRE隧道)从负载均衡器发送到真实服务器,真实服务器处理请求后,直接将响应数据返回给客户端。这类似于通过地下通道(隧道)将信件送到目标地点,目标地点直接回复信件。
  • 优缺点:
    • 优点: 适用于跨网络负载均衡,负载均衡器和真实服务器可以在不同的物理网络中。
    • 缺点: 网络配置复杂,需要隧道支持,增加了网络管理的复杂性。
  • 配置步骤
    • 添加虚拟服务
    • 添加真实服务器
    • 配置真实服务器的隧道接口(tunl0)

3. LVS调度算法

3.1 轮询(Round Robin)

  • 简介: 将请求依次分发给每个真实服务器,循环进行。
  • 工作原理: 类似于轮流发牌,每个服务器依次收到一个请求。
  • 适用场景: 适用于负载较为均衡的场景。

3.2 最小连接数(Least Connections)

  • 简介: 将请求分发给当前连接数最少的服务器。
  • 工作原理: 类似于选择最空闲的售货员来处理顾客。
  • 适用场景: 适用于服务器处理时间差异较大的场景。

3.3 加权轮询(Weighted Round Robin)

  • **简介:**根据服务器权重进行轮询,权重高的服务器分配更多的请求。
  • 工作原理: 类似于根据员工的工作能力分配任务,能力强的分配更多任务。
  • 适用场景: 适用于服务器性能差异较大的场景

3.4 加权最小连接数(Weighted Least Connections)

  • 简介: 将请求分发给当前连接数最少且权重最高的服务器。
  • 工作原理: 类似于在最空闲的售货员中选择最有经验的来处理顾客。
  • 适用场景: 适用于服务器性能和处理时间差异都较大的场景。

3.5 基于局部性的最少连接数(Locality-Based Least Connections)

  • 简介: 优先将请求分配给之前处理过相同客户端请求的服务器。
  • 工作原理: 类似于优先选择熟悉客户需求的售货员。
  • 适用场景: 适用于需要会话保持的场景,如购物车、在线交易等。

3.6 基于局部性的最少连接数(带复制)(Locality-Based Least Connections with Replication)

  • 简介: 在基于局部性的最少连接数基础上,考虑了服务器复制问题,防止某一服务器过载。
  • 工作原理: 类似于多个售货员同时处理同一客户的需求,但优先选择最空闲的。
  • 适用场景: 适用于大规模分布式系统。

3.7 目标地址散列(Destination Hashing)

  • 简介: 根据请求的目标地址计算哈希值,并将其分配到对应的服务器。
  • 工作原理: 类似于将邮件按邮政编码分发到不同的邮局。
  • 适用场景: 适用于固定的目标地址请求分配。

3.8 源地址散列(Source Hashing)

  • 简介: 根据请求的源地址计算哈希值,并将其分配到对应的服务器。

  • 工作原理: 类似于将邮件按发件人地址分发到不同的邮局。

  • 适用场景: 适用于固定的源地址请求分配。

4. LVS配置示例

4.1 NAT模式配置示例

节点 IP
LVS 192.168.200.170(public) 192.168.100.164(internal)
Nginx01 192.168.100.163
Nginx02 192.168.100.162

通过这个规划表大家就可以看出来,提供服务的Nginx是在一个内网里面,客户端不可能访问到的,接下来看需求

  • 需求 :LVS有2个网卡,一个为对外提供服务的网卡,网段为192.168.200.0/24,另一个是连接内部真实服务器的IP段192.168.100.0/24,现在要求配置LVS,使得客户端访问192.168.200.170:80,然后LVS会根据轮询策略来将请求转发到对应的Nginx服务器上

4.1.1 安装LVS工具,开启内核转发模块

bash 复制代码
[root@oe01 ~]# yum install ipvsadm -y
[root@oe01 ~]# vim /etc/sysctl.conf
net.ipv4.ip_forward=1

安装就只需要安装这个包就可以了,不需要启动任何服务

4.1.2 关闭所有节点的防火墙,selinux

bash 复制代码
# 所有节点执行这些命令
[root@oe01 ~]# systemctl disable --now firewalld
[root@oe01 ~]# setenforce 0

4.1.3 配置LVS

bash 复制代码
# 1. 添加虚拟服务
[root@oe01 ~]# ipvsadm -A -t 192.168.200.170:80 -s rr
# 2. 添加真实服务器
[root@oe01 ~]# ipvsadm -a -t 192.168.200.170:80 -r 192.168.100.163:80 -m 
[root@oe01 ~]# ipvsadm -a -t 192.168.200.170:80 -r 192.168.100.162:80 -m
# 查看
[root@oe01 ~]# ipvsadm -ln
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
  -> RemoteAddress:Port           Forward Weight ActiveConn InActConn
TCP  192.168.200.170:80 rr
  -> 192.168.100.162:80           Masq    1      0          0         
  -> 192.168.100.163:80           Masq    1      0          0 

这样LVS就配置好了,我们来解释一下参数

  • 第一步添加服务里面的参数解释
    • -A : 创建一个虚拟服务(service)
    • -t :指定协议为tcp 地址为192.168.200.170:80,这个就是对外提供服务的地址+端口,如果是UDP的话就是 -u
    • -s :指定工作模式为轮询,rr就是轮询
  • 第二步的参数:
    • -a:这是是小写a,指定的是添加一个服务器(server)
    • -t:这个还是与之前的一样,可以换一个理解方式,把他理解成服务名,因为在LVS里面这个就可以代表服务名
    • -r:real-server真实服务器的地址+端口
    • -m:指定NAT模式

到这里,我们LVS上的操作就做完了,然后我们需要到Nginx上配置

4.1.4 配置nginx

我们将2个nginx的index.html文件改为hello,nginx01hello nginx02

bash 复制代码
# 第一台nginx
[root@oe02 ~]# echo "hello nginx01" > /usr/share/nginx/html/index.html
# 第二台nginx
[root@oe03 ~]# echo "hello nginx02" > /usr/share/nginx/html/index.html

这样我们的Nginx就配置好了,但是你现在使用客户端去访问192.168.200.170这个地址的话是出不来的,我们还需要给nginx配置网关,网关指向LVS的192.168.100.164这个地址

4.1.5 配置网关

bash 复制代码
[root@oe02 ~]# ip route add default via 192.168.100.100 dev ens33
[root@oe03 ~]# ip route add default via 192.168.100.100 dev ens33

这样我们的配置也完成了,我们来使用客户端访问一下

4.1.6 访问集群

bash 复制代码
C:\Users\86156>curl 192.168.200.170
hello nginx01

C:\Users\86156>curl 192.168.200.170
hello nginx02

C:\Users\86156>curl 192.168.200.170
hello nginx01

C:\Users\86156>curl 192.168.200.170
hello nginx02

看这个命令提示符就可以看出来,我们访问已经被轮询到不同的节点上了,我们可以在LVS节点上看见连接

bash 复制代码
[root@oe01 ~]# ipvsadm -lnc
IPVS connection entries
pro expire state       source             virtual            destination
TCP 01:04  TIME_WAIT   192.168.200.1:56457 192.168.200.170:80 192.168.100.162:80
TCP 01:04  TIME_WAIT   192.168.200.1:56455 192.168.200.170:80 192.168.100.163:80
TCP 01:02  TIME_WAIT   192.168.200.1:56453 192.168.200.170:80 192.168.100.162:80
TCP 01:05  TIME_WAIT   192.168.200.1:56458 192.168.200.170:80 192.168.100.163:80

到这里NAT模式就配置结束了