一、LVS
1、描述以及工作原理
1. 什么是LVS
linux virtural server的简称,也就是linxu虚拟机服务器,这是一个由章文嵩博士发起的开源项目,官网是http://www.linuxvirtualserver.org,现在lvs已经是linux内核标准的一部分,使用lvs可以达到的技术目标是:通过linux达到负载均衡技术和linux操作系统实现一个高性能高可用的linux服务器集群,他具有良好的可靠性,可延展性和可操作性,从而以低廉的成本实现最优的性能,Lvs是一个实现负载均衡集群开源软件项目,lvs从逻辑上可以分为调度层,server集群层,和共享存储
免费,开源,四层负载均衡
2、LVS调度算法
1. 静态调度算法Fixed Scheduling Method
1.1 轮询
RR 轮询 **
调度器通过"轮叫"调度算法将外部请求按顺序轮流分配到集群中的真实服务器上,它均等地对待每一台服务器,而不管服务器上实际的连接数和系统负载。
1.2 加权轮询
WRR 加权轮询 **
调度器通过"加权轮叫"调度算法根据真实服务器的不同处理能力来调度访问请求。 这样可以保证处理能力强的服务器处理更多的访问流量。调度器 可以自动问询真实服务器的负载情况,并动态地调整其权值。
1.3 目标地址hash
DH 目标地址hash **
算法也是针对目标IP地址的负载均衡,但它是一种静态映射算法,通过一个散列(Hash)函数将一个目标IP地址映射到一台服务器。
目标地址散列调度算法先根据请求的目标IP地址,作为散列键(Hash Key)从静态分配的散列表找出对应的服务器,若该服务器是可用的且未超载,将请求发送到该服务器,否则返回空。
1.4 源地址hash
SH 源地址hash **
算法正好与目标地址散列调度算法相反,它根据请求的源IP地址,作为散列键(HashKey)从静态分的散列表找出对应的服务器,若该服务器是 可用的且未超载,将请求发送到该服务器,否则返回空。
它采用的散列函数与目标地址散列调度算法的相同。除了将请求的目标IP地址换成请求的源IP地址外,它的算法流程与目标地址散列调度算法的基本相似。在实际应用中,源地址散列调度和目标地址散列调度可以结合使用在防火墙集群中,它们可以保证整个系统的唯一出入口。
2、 动态调度算法Dynamic Scheduling Method 动态调度方法
2.1 Lc最少链接
调度器通过"最少连接"调度算法动态地将网络请求调度到已建立的链接数最少的服务器上。I 如果集群系统的真实服务器具有相近的系统性能,采用"最小连接"调度算法可以较好地均衡负载。
2.2 wlc加权最少链接
在集群系统中的服务器性能差异较大的情况下,调度器采用"加权最少链接"调度算法优化负载均衡性能,具有较高权值的服务器将承受较大比例的活动连接负载。调度器可以自动问询真实服务器的负载情况,并动态地调整其权值。
2.3 sed最少期望延迟
基于wlc算法,举例说明:ABC三台机器分别权重123,连接数也分别是123,name如果使用WLC算法的话一个新请求 进入时他可能会分给ABC中任意一个,使用SED算法后会进行这样一个运算
A:(1+1)/2
B:(1+2)/2
C:(1+3)/3
根据运算结果,把连接交给C
2.4 nq从不排队调度算法
无需列队,如果有台realserver的连接数=0 就直接分配过去,不需要进行sed运算
2.5 lblc基于本地最少链接
"基于局部性的最少链接"调度算法是针对目标IP地址的负载均衡,目前主要用于Cache集群系统。
该算法根据请求的目标IP地址找出该 目标IP地址最近使用的服务器,若该服务器 是可用的且没有超载,将请求发送到该服务器;若服务器不存在,或者该服务器超载且有服务器处于一半的工作负载,则用"最少链接"的原则选出一个可用的服务器,将请求发送到该服务器。
2.6 lblcr带复制的基于本地的最少链接
"带复制的基于局部性最少链接"调度算法也是针对目标IP地址的负载均衡,目前主要用于Cache集群系统。
它与LBLC算法的不同 之处是它要维护从一个 目标IP地址到一组服务器的映射,而LBLC算法维护从一个目标IP地址到一台服务器的映射。
该算法根据请求的目标IP地址找出该目标IP地址对应的服务器组,按"最小连接"原则从服务器组中选出一台服务器,若服务器没有超载,将请求发送到该服务器;若服务器超载,则按"最小连接"原则从这个集群中选出一 台服务器,将该服务器加入到服务器组中,将请求发送到该服务器。同时,当该服务器有一段时间没有被修改,将最忙的服务器从服务器组中删除,以降低复制的程度。
3、LVS的工作原理
当用户向负载均衡调度器(director server)发起请求,调度器将请求发往内核空间
prerouting链首先会接受到用户请求,判断目标ip确定是本机ip,将数据包发往input链
IPVS是工作在input链上的,当用户请求到达input时,ipvs会将用户请求和自己定义好的集群服务器进行比对,如果用户请求就是定义的集群服务,那么此时ipvs会强行修改数据包里的目标ip地址以及端口,并将新的数据包发往POSTROUTING链,
POSTROUTING链接收到数据包后,发现目标ip地址刚好是自己的后端服务器,那么通过选路,将数据包最终发送给后端服务器
二、组成以及相关术语
1、组成
1. ipvs
ip virtual server,一段代码工作在内核空间,ipvs,是真正生效实现调度的代码(类似nginx中的proxy_pass)
2. ipvsadm
另一段是工作在用户空间,ipvsadm,负责为ipvs内核框架编写规则,定义谁是集群服务,谁是后端真正的服务器(real server)类似nginx中的upstream
3. Ivs组成
Ivs组成=ipvsipv(内核,负载均衡调度代码)+sadm(ipvs管理器,负责均衡提供集群后端服务等信息)
2、术语
DS Dlrector Server前端负责均衡节点(负载均衡服务器)
RS read server 后端真实工作服务器(web服务器)
vip向外部直接面向用户请求,作为用户请求的目标ip地址(负载均衡的ip地址,提供给用户)
DIP Director Server lp和内部主机通讯的ip地址(负责与Real Server交互的内部lp)
RIP Real Server lp 后端服务器ip地址
CIP client IP 访问客户端ip地址
3、三种工作模式
1 .* LVS-NAT模式
2 .* LVS-DR模式
- Lvs-Tun模式(隧道模式)
4、NAT模式的工作原理
用户请求ds,此时请求的报文会先到内核空间prerouting链,此时报文ip为cip,目标ip为vip
prerouting检测发现数据包目标ip是本机,将数据包送到input链
ipvs对比数据包请求的服务是否为集群服务,如果是,修改数据包的目标ip地址为后端服务器的IP地址,然后将数据包发送给POSTROUTING链,此时报文ip为cip,目标ip为rip
POSTROUTING通过选路,将数据发送给Real Server
RealServer对比发现目标ip为自己的ip,开始构建响应报文发回给Director Server此时报文的源ip为RIP,目标ip为CIP
Derector Server在响应客户端前,会将源ip地址修改为自己的VIP,然后响应给客户端,目标ip为cip;此时报文源IP为VIP,目标ip为cip
NAT模型的特性:
Rs应该是私有地址,Rs网关必须指向DIP
DIP和RIP必须在同一个网段内
请求和响应报文都应该经过Director Server,高负载场景中Director Server容易成为性能瓶颈
支持端口映射
Rs可是使用任意操作系统
缺陷,对Ds压力会比较大,请求和响应都需要经过ds
三、NAT模式实战-环境准备
1、环境准备
|--------|----------------|------------------------------------|
| 角色 | 作用 | ip |
| NAT | 负载均衡调度器 | 内网(192.168.8.142)外网(192.168.8.141) |
| web01 | 真实web服务器RS | 192.168.8.128 |
| web02 | 真实web服务器RS | 192.168.8.140 |
| DNS | 用来解析主机的域名和ip地址 | |
| client | 测试 | |
2、web服务器
[root@web01 ~]# yum -y install epel-release
[root@web01 ~]# yum -y install nginx
[root@web01 ~]# nginx
[root@web02 ~]# yum -y install epel-release
[root@web02 ~]# yum -y install nginx
[root@web02 ~]# nginx
3、nat
给NAT主机增加一张网卡,命名为ens36,自动或者手工获取ip均可,理论上nat对应ds服务器应该有两张网卡(vip,dip)vip对外服务,需要使用公网ip,dip内网局域网,使用虚拟机使用仅主机模式,也可以用桥接模式和nat模式都可以
4、步骤
1. 配置两个网卡和两个ip地址
正常来说应该配置两个不同的网段ip,一个对外vip,一个对内dip,现在主要使用NAT的网络模式,可以配置一个对外的桥接模式,nat对内,两个都是net模式一定要分清那个ip是vip,那个ip是dip,在物理机上都能ping通
2. 克隆主机,生成net模式的机器
3. 设置主机名称
5、配置DNS服务器
web01 192.168.8.128
web02 192.168.8.140
nat 192.168.8.142
ds 192.168.8.141
修改主机名称
固定ip
关闭防火墙
关闭SELinux
关闭NetManager
1. 安装bind yum -y install bind
[root@dns ~]# yum -y install bind
2. 配置主配置文件 vim /etc/named. conf
[root@dns ~]# vim /etc/named.conf
3. 配置zones文件 vim /etc/named.rfc ... zones
[root@dns ~]# vim /etc/named.rfc1912.zones
4. 配置zone文件 vim /var/named/ ... zone
[root@dns ~]# cd /var/named/
[root@dns named]# ls
data named.ca named.localhost slaves
dynamic named.empty named.loopback
[root@dns named]# cp -p named.localhost aaa.com.zone
[root@dns named]# vim aaa.com.zone
5. 检查配置文件
[root@dns named]# named-checkconf /etc/named.conf
[root@dns named]# named-checkconf /etc/named.rfc1912.zones
[root@dns named]# named-checkzone aaa.com.zone aaa.com.zone
同步时间
6. 启动服务
[root@dns named]# systemctl start named
[root@dns named]# systemctl enable named
7. 客户端测试
[root@client ~]# vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens33
[root@client ~]# systemctl start network
[root@client ~]# vim /etc/resolv.conf
[root@client ~]# ping nat.aaa.com
[root@client ~]# echo "nameserver 192.168.8.143" > /etc/resolv.conf
8. nat测试
[root@nat ~]# echo "nameserver 192.168.8.143" > /etc/resolv.conf
[root@nat ~]# ping nat.aaa.com
9. 时间同步
[root@nat ~]# yum -y install ntpdate.x86_64
[root@nat ~]# crontab -e
[root@nat ~]# crontab -l
* 2 * * * /usr/sbin/ntpdate cn.ntp.org.cn
[root@nat ~]# yum -y install ntp
[root@nat ~]# systemctl start ntpd
[root@nat ~]# systemctl enable ntpd
6、NAT配置规则
[root@nat ~]# yum -y install ipvsadm.x86_64
1. 清除以往的规则
[root@nat ~]# ipvsadm -C
2. 查看规则
[root@nat ~]# ipvsadm -L
[root@nat ~]# ipvsadm -L -n
3. 添加规则
[root@nat ~]# ipvsadm -A -t 192.168.8.141:80 -s rr (对外)
[root@nat ~]# ipvsadm -L
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
-> RemoteAddress:Port Forward Weight ActiveConn InActConn
TCP nat:http rr
[root@nat ~]# ipvsadm -L -n
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
-> RemoteAddress:Port Forward Weight ActiveConn InActConn
TCP 192.168.8.141:80 rr
[root@nat ~]# ipvsadm -a -t 192.168.8.142:80 -r 192.168.8.128:80 -m
[root@nat ~]# ipvsadm -a -t 192.168.8.142:80 -r 192.168.8.140:80 -m