一.群集概念
1.1群集概念
集群、群集（Cluster）：由多台主机构成，但对外只表现为一个整体，只提供一个访问入口（域名与IP），相当于一台大型计算机。

1.2群集的作用
在互联网应用中，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

解决办法：
1.使用价格昂贵的小型机、大型机，成本过高
2.使用普通服务器构建服务群集
通过整合多台服务器，使用LVS来达到服务器的高可用和负载均衡，并以同一个IP地址对外提供相同服务。
在企业中常用一种群集技术–LVS（Linux Virtual Server,Linux虚拟服务器）

1.3群集分类
负载均衡群集 LB（Load Balance Cluster）
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的负载分配依赖于主节点的分流算法
高可用群集 HA（ High Availiablity Cluster）
提高应用系统的可靠性、尽可能地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
高性能运算群集 HPC（ High-performance computing Cluster）
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

1.4群集架构

 

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代至备用调度器，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共享服务器的专用服务器。

二.负载均衡群集工作模式
负载均衡群集有三重工作模式：地址转换、IP隧道、直接路由

2.1NAT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，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络,安全性要优于其他两种方式

用户访问时所有的请求与返回数据全部走调度器，当高并发时，会造成调度器压力过高崩溃；但是NAT可以隐藏真实服务器IP地址，比较安全

2.2TUN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
Internet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

所有请求入口走的是调度器，但是返回数据时走的出口为处理数据的服务器返回；占用大量的公网IP地址；传输速率会受IP隧道影响

2.3DR模式
直接路由
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

调度器与服务器在同一网段；接受请求时，经路由器到达调度器，调度器进行调度分配到各服务器，服务器处理请求数据；返回数据时，出口为路由器，经服务器直接发送给路由器，进行返回给客户，不经过调度器，在高并发时，也不会造成调度器负载过高

三.LVS虚拟服务器
3.1LVS概念
LVS(Linux Virtual Server)是针对Linux内核的负载均衡解决方案
modprobe ip_vs
cat /proc/net/ip_vs #查看内核LVS版本

 

3.2LVS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)
均等地对待每台服务器，而不管服务器实际的连接数和系统负载。
加权轮询（Weighted Round Robin）
根据调度器设置的权重值来分发请求
权重值高的节点优先获得任务并且分配的请求越多
这样可以保证性能高的节点承担更 多请求。
最少连接（Least Connections）
根据真实服务器已建立的连接数进行分配
将收到的访问请求优先分配给连接数最少的节点
如果所有的服务器节点性能相近，采用这种方式可以更好的均衡负载
加权最少连接（Weighted Least Connections）
在服务器节点的性能差异较大的 情况下，调度器可以根据节点服务器负载自动调整权重
权重较高的节点将承担更 大比例的活动连接负载。
3.3LVS群集创建与管理–ipvsadm
工具选项说明：

选项    
-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
-I    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"-"选项组合使用。ipvsadm -ln
四.NAT模式LVS群集部署
用NAT模式搭建LVS群集，实现负载均衡

 

4.1NFS服务器部署

192.168.48.8服务器部署NFS共享存储

1.#关闭防火墙 
systemctl stop firewalld
setenforce 0
2.#安装NFS安装包和管理服务
yum install -y rpcbind nfs-utils
3.创建共享目录
mkdir /opt/xy 
mkdir /opt/xiayan
修改权限

vim /etc/exports  //NFS的配置文件，默认文件内容为空（无任何共享）
/opt/xy 192.168.48.0/24(rw,sync)
/opt/xiayan 192.168.48.0/24(rw,sync)
4.启动服务
systemctl start rpcbind  #先启动rpcbind
systemctl start nfs 

创建共享目录

 

 

 启动服务

 查看NFS共享服务

 

4.2部署第一台web服务器

192.168.48.13部署安装httpd服务

关闭防火墙
systemctl stop firewalld
setenforce 0
1.安装httpd服务
yum install -y httpd
2.启动服务
systemctl start httpd
3.挂载NFS
showmount -e 192.168.48.8 #查看NFS服务器
临时挂载：
mount 192.168.48.8:/opt/xy /var/www/html/
永久挂载：
vim /etc/fstab
192.168.48.8:/opt/xy  /var/www/html/        nfs     defaults,_netdev 0 0 
mount -av #查看挂载情况
4.编辑网卡
vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens33
#DNS1=114.114.114.114   #注释DNS
GATEWAY=192.168.48.10   #网关指向调度服务器IP
重启网卡
systemctl restart network
5.创建访问页面
echo "this is www.xy.com" >/var/www/html/index.html

查看NFS服务器

 挂载NFS

 

 查看并刷新挂载

 

 编辑网卡

 重启网卡
systemctl restart network
编辑访问页面文件

 

4.3部署第二台web服务器

192.168.48.11部署安装httpd服务

关闭防火墙
systemctl stop firewalld
setenforce 0
1.安装httpd服务
yum install -y httpd
2.启动服务
systemctl start httpd
3.挂载NFS
showmount -e 192.168.48.8 #查看NFS服务器
临时挂载：
mount 192.168.48.8:/opt/xiayan /var/www/html/
永久挂载：
vim /etc/fstab
192.168.48.8:/opt/xiayan  /var/www/html/        nfs     defaults,_netdev 0 0 
mount -av #查看挂载情况
4.编辑网卡
vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens33
#DNS1=114.114.114.114   #注释DNS
GATEWAY=192.168.48.10   #网关指向调度服务器IP
重启网卡
systemctl restart network
5.创建访问页面
echo "this is www.xiayan.com" >/var/www/html/index.html

挂载NFS

 

 

 编辑网卡

重启网卡服务
systemctl restart network
创建访问页面

 

4.4负载调度器

内网卡：ens33 192.168.48.10
外网卡：ens36 12.0.0.1

 关闭防火墙
systemctl stop firewalld
setenforce 0
1.安装ipvsadm工具
yum install -y ipvsadm*
2.添加一块新网卡，ens36，配置网卡，重启网络
cd /etc/sysconfig/network-scripts/
cp ifcfg-ens33 ifcfg-ens36
vim ifcfg-ens36
3.打开路由转发
vim /etc/sysctl.conf
net.ipv4.ip_forward = 1 
sysctl -p   #查看路由转发是否开启

添加新网卡

 编辑新网卡

 重启网卡，并查看网卡信息

 开启路由转发

 查看是否成功

 配置防火墙
1.安装iptables
yum install -y iptables
2.清空防火墙策略、并添加策略
iptables -t nat -F #清空nat策略
iptables -t nat -A POSTROUTING -s 192.168.48.0/24 -o ens36 -j SNAT --to 12.0.0.1
iptables -nL -t nat #查看策略

 设置LVS

1.加载LVS内核模块
modprobe ip_vs  #加载LVS模块
cat /proc/net/ip_vs #查看LVS版本
2.开启ipvsadm服务
ipvsadm-save >/etc/sysconfig/ipvsadm
systemctl start ipvsadm.service
3.清空策略
ipvsadm -C
4.制定策略
#指定IP地址 外网的入口   轮询
ipvsadm -A -t 12.0.0.1:80 -s rr
#先指定虚拟服务器再添加真实服务器地址，-r:真实服务器地址 -m指定nat模式
ipvsadm -a -t 12.0.0.1:80 -r 192.168.48.13:80 -m
ipvsadm -a -t 12.0.0.1:80 -r 192.168.48.11:80 -m
5.开启服务
ipvsadm

加载LVS内核模块

 

 

4.5测试

使用虚拟window10访问测试
IP 12.0.0.2
设置本机IP和网关（网关指向调度服务器外网IP）

 打开网页输入12.0.0.1测试

 

 

总结

使用LVS达到服务器的高可用和负载均衡，在三种工作模式中，DR模式也就是路由直连在实际生产中使用率最多，其占用公网IP少，且可隐藏实际服务器IP地址，在数据返回中也不会造成调度服务器的高并发