LVS集群

一.LVS简介

二.LVS调度算法

1.静态方法

2.动态方法

一.LVS简介

Linux Virtual Server，负载调度器，内核集成，章文嵩（花名正明）, 阿里的四层SLB(Server Load Balance)是基于LVS+keepalived实现

LVS的核心组件包括：

IPVS（IP Virtual Server）：这是LVS的核心模块，运行在Linux内核空间，用于实现负载均衡功能。它通过虚拟IP地址接收客户端请求，然后根据预定义的调度算法将请求分发给后端的真实服务器。
LVS-DR（Direct Routing）：一种负载均衡方式，数据包直接从客户端发送到负载均衡器，然后直接路由到后端服务器，响应则直接返回客户端，避免了负载均衡器成为瓶颈。
LVS-NAT（Network Address Translation）：另一种负载均衡方式，所有流量都通过负载均衡器进行NAT转换，这样可以支持不在同一网段的服务器，但会增加负载均衡器的负担。
LVS-TUN（IP Tunneling）：通过IP隧道将请求发送到后端服务器，适用于地理上分布的服务器集群。

LVS通常与其他高可用性和监控工具（如Keepalived、HAProxy等）结合使用，以实现更复杂和健壮的集群管理方案。

主要特点：

高性能：通过内核级别的数据包处理，实现高效的负载均衡。
高可用性：支持多种调度算法和健康检查机制，确保服务的稳定运行。
扩展性：支持添加和移除服务器节点，以应对业务需求的变化。
灵活性：支持多种网络拓扑和部署模式，适应不同的应用场景。

二.LVS调度算法

ipvs scheduler：根据其调度时是否考虑各RS当前的负载状态

分为两种：

静态方法：不管后端真实服务器的状态，根据自身算法进行调度

动态方法：会根据后端服务器的状态来进行调度

1.静态方法

1、RR：roundrobin，轮询,较常用

2、WRR：Weighted RR，加权轮询,较常用先算总权重再用自己的权重去除以总权重

3、SH：Source Hashing，实现session sticky，源IP地址hash；将来自于同一个IP地址的请求始终发往第一次挑中的RS，从而实现会话绑定

4、DH：Destination Hashing；目标地址哈希，第一次轮询调度至RS，后续将发往同一个目标地址的请求始终转发至第一次挑中的RS，典型使用场景是正向代理缓存场景中的负载均衡,如: Web缓存缓存

2.动态方法

个参考值来确定服务器是否忙这个值越小代表服务器闲就会优先调度给闲的服务器

主要根据每RS当前的负载状态及调度算法进行调度Overhead=value 较小的RS将被调度

1、LC：least connections 适用于长连接应用最小连接数不考虑权重

Overhead=activeconns*256+inactiveconns

2、WLC：Weighted LC，默认调度方法,较常用默认调度加权最小连接数第一轮不合理都是一样的优先级

Overhead=(activeconns*256+inactiveconns)/weight

3、SED：Shortest Expection Delay，初始连接高权重优先,只检查活动连接,而不考虑非活动连接权重小的空闲的

Overhead=(activeconns+1)*256/weight

4、NQ：Never Queue，第一轮均匀分配，后续SED

5、LBLC：Locality-Based LC，动态的DH算法，使用场景：根据负载状态实现正向代理,实现Web Cache等检查后端服务器忙不忙

6、LBLCR：LBLC with Replication，带复制功能的LBLC，解决LBLC负载不均衡问题，从负载重的复制到负载轻的RS,,实现Web Cache等

三.ipvsadm工具选项

-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: 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
一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
-l: 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"-l“选项组合使用。ipvsadm -ln

四.LVS的三种工作模式

1.搭建LVS的NAT模式架构

（1）配置LVS调度服务器

新增一个网卡ens36，并修改为仅主机模式

复制网卡ens33配置文件到ens36，并修改网卡ens36，IP地址和网关为12.0.0.1

并重启网卡

开启路由转发

下载安装epel源和ipvsadm服务


yum install epel-release.noarch  -y
yum install ipvsadm  -y

保存配置文件，启动 ipvsadm服务指定服务器地址


[root@localhost network-scripts]# ipvsadm-save > /etc/sysconfig/ipvsadm
#保存配置文件
[root@localhost network-scripts]# systemctl start  ipvsadm.service 
#开启服务
[root@localhost network-scripts]# ipvsadm -A -t 12.0.0.1:80 -s rr
#指定IP地址 外网的入口  -s rr  轮询
[root@localhost network-scripts]# ipvsadm -a -t 12.0.0.1:80 -r 192.168.240.12:80 -m
##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
[root@localhost network-scripts]# ipvsadm -a -t 12.0.0.1:80 -r 192.168.240.13:80 -m
[root@localhost network-scripts]# ipvsadm  -Ln
#查看规则
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
  -> RemoteAddress:Port           Forward Weight ActiveConn InActConn
TCP  12.0.0.1:80 rr
  -> 192.168.240.12:80            Masq    1      0          0         
  -> 192.168.240.13:80            Masq    1      0          0

（2）配置真实服务器192.168.240.12

下载http服务，开启http服务，并制作网页


[root@localhost network-scripts]# systemctl  stop nginx
[root@localhost network-scripts]# systemctl start httpd
[root@localhost network-scripts]# 
[root@localhost network-scripts]# echo zxy12 > /var/www/html/index.html

（3）配置真实服务器192.168.240.13

重启网卡systemctl restart network


[root@localhost network-scripts]# yum install httpd  -y
[root@localhost network-scripts]# systemctl start httpd
[root@localhost network-scripts]# systemctl restart network
[root@localhost network-scripts]# echo zxy13 > /var/www/html/index.html

（4）修改客户机192.168.240.10

修改IP地址为12.0.0.100，网关为12.0.0.1，网卡类型为仅主机


[root@localhost ~]# vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens33 
 
NAME=ens33
DEVICE=ens33
ONBOOT=yes
IPADDR=12.0.0.100
METMASK=255.255.255.0
GATEWAY=12.0.0.1
DNS1=8.8.8.8
[root@localhost ~]# systemctl restart network

（5）登录客户机使用curl命令访问12.0.0.1 进行测试

2.LVS中DR模式

（1）配置调度服务器

关闭防火墙


systemctl stop firewalld.service
setenforce 0

yum 安装 ipvsadm.x86_64

[root@localhost ~]#yum install ipvsadm.x86_64 -y

配置虚拟网卡


[root@localhost ~]# cd  /etc/sysconfig/network-scripts
[root@localhost network-scripts]# cp ifcfg-ens33  ifcfg-ens33:0
[root@localhost network-scripts]# vim  ifcfg-ens33:0
NAME=ens33:0
DEVICE=ens33:0
ONBOOT=yes
IPADDR=192.168.240.188
NETMASK=255.255.255.255
[root@localhost network-scripts]#systemctl restart network
[root@localhost network-scripts]#ifup ifcfg-ens33:0
#启动网卡
[root@localhost network-scripts]#ifconfig ifcfg-ens33:0

调整/proc响应参数


[root@localhost network-scripts]# vim /etc/sysctl.conf
net.ipv4.ip_forward = 0
net.ipv4.conf.all.send_redirects = 0
net.ipv4.conf.default.send_redirects = 0
net.ipv4.conf.ens33.send_redirects = 0
 
[root@localhost network-scripts]#sysctl -p
#刷新配置
#调整/proc响应参数  对于 DR 群集模式来说，由于 LVS 负载调度器和各节点需要共用 VIP 地址，应该关闭 Linux 内核的重定向参数响应服务器不是一台路由器，那么它不会发送重定向，所以可以关闭该功能

加载模块，配置负载分配策略


[root@localhost network-scripts]# ipvsadm-save > /etc/sysconfig/ipvsadm
##保存设置
[root@localhost network-scripts]# systemctl start ipvsadm.service 
[root@localhost network-scripts]# ipvsadm -C  #清空策略
[root@localhost network-scripts]# ipvsadm  -A -t  192.168.240.188:80  -s  rr
[root@localhost network-scripts]# ipvsadm -a -t 192.168.240.188:80 -r 192.168.240.12:80  -g
[root@localhost network-scripts]# ipvsadm -a -t 192.168.240.188:80 -r 192.168.240.13:80  -g
[root@localhost network-scripts]# ipvsadm  -Ln
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
  -> RemoteAddress:Port           Forward Weight ActiveConn InActConn
TCP  192.168.240.188:80 rr
  -> 192.168.240.12:80            Route   1      0          0         
  -> 192.168.240.13:80            Route   1      0          0 
#添加真实服务器-a  指定VIP地址及TCP端口-t   指定RIP地址及TCP端口 -r 指定DR模式-g

（2）配置节点服务器（真实服务器192.168.240.12）

关闭防火墙，下载启动http服务


[root@localhost ~]#systemctl stop firewalld.service
[root@localhost ~]#setenforce 0
[root@localhost ~]#yum install httpd -y
[root@localhost ~]#systemctl start httpd

制作网页


[root@localhost ~]# cd /var/www/html 
[root@localhost html]# ls
[root@localhost html]# echo zxy12 > /var/www/html/index.html

修改回环网卡名，IP地址，子网掩码，配置路由


[root@localhost ~]# cd /etc/sysconfig/network-scripts/
[root@localhost network-scripts]# cp ifcfg-lo  ifcfg-lo:0
[root@localhost network-scripts]# vim ifcfg-lo:0   
#修改回环网卡名，IP地址，子网掩码
DEVICE=lo:0
IPADDR=192.168.240.188
NETMASK=255.255.255.255
NETWORK=127.0.0.0
ONBOOT=yes
[root@localhost network-scripts]# systemctl  restart network
[root@localhost network-scripts]# route add -host 192.168.240.188 dev lo:0
#设置路由
[root@localhost network-scripts]# route  -n
Kernel IP routing table
Destination     Gateway         Genmask         Flags Metric Ref    Use Iface
0.0.0.0         192.168.240.2   0.0.0.0         UG    100    0        0 ens33
192.168.122.0   0.0.0.0         255.255.255.0   U     0      0        0 virbr0
192.168.240.0   0.0.0.0         255.255.255.0   U     100    0        0 ens33
192.168.240.188 0.0.0.0         255.255.255.255 UH    0      0        0 lo

开机执行命令，或者写入 /etc/profile 文件


[root@localhost network-scripts]#vim /etc/rc.d/rc.local 
/usr/sbin/route add -host 192.168.240.188 dev lo:0
[root@localhost network-scripts]#chmod +x /etc/rc.d/rc.local
[root@localhost network-scripts]#ll /etc/rc.d/rc.local

调整/proc响应参数


[root@localhost network-scripts]#vim /etc/sysctl.conf 
#添加系统只响应目的IP为本地IP的ARP请求
#系统不使用原地址来设置ARP请求的源地址，而是物理mac地址上的IP
net.ipv4.conf.all.arp_ignore = 1
net.ipv4.conf.all.arp_announce = 2
net.ipv4.conf.default.arp_ignore = 1
net.ipv4.conf.default.arp_announce = 2
net.ipv4.conf.lo.arp_ignore = 1
net.ipv4.conf.lo.arp_announce = 2
[root@localhost network-scripts]#sysctl -p   #刷新配置

（3）配置节点服务器（真实服务器192.168.240.13）

关闭防火墙，下载启动http服务


[root@localhost ~]#systemctl stop firewalld.service
[root@localhost ~]#setenforce 0
[root@localhost ~]#yum install httpd -y
[root@localhost ~]#systemctl start httpd

制作网页


[root@localhost ~]# cd /var/www/html 
[root@localhost html]# ls
[root@localhost html]# echo zxy13 > /var/www/html/index.html

修改回环网卡名，IP地址，子网掩码，配置路由


[root@localhost ~]# cd /etc/sysconfig/network-scripts/
[root@localhost network-scripts]# cp ifcfg-lo  ifcfg-lo:0
[root@localhost network-scripts]# vim ifcfg-lo:0   
#修改回环网卡名，IP地址，子网掩码
DEVICE=lo:0
IPADDR=192.168.240.188
NETMASK=255.255.255.255
NETWORK=127.0.0.0
ONBOOT=yes
[root@localhost network-scripts]# systemctl  restart network
[root@localhost network-scripts]# route add -host 192.168.240.188 dev lo:0
#设置路由
[root@localhost network-scripts]# route  -n
Kernel IP routing table
Destination     Gateway         Genmask         Flags Metric Ref    Use Iface
0.0.0.0         192.168.240.2   0.0.0.0         UG    100    0        0 ens33
192.168.122.0   0.0.0.0         255.255.255.0   U     0      0        0 virbr0
192.168.240.0   0.0.0.0         255.255.255.0   U     100    0        0 ens33
192.168.240.188 0.0.0.0         255.255.255.255 UH    0      0        0 lo

开机执行命令，或者写入 /etc/profile 文件


[root@localhost network-scripts]#vim /etc/rc.d/rc.local 
/usr/sbin/route add -host 192.168.240.188 dev lo:0
[root@localhost network-scripts]#chmod +x /etc/rc.d/rc.local
[root@localhost network-scripts]#ll /etc/rc.d/rc.local

调整/proc响应参数


[root@localhost network-scripts]#vim /etc/sysctl.conf 
#添加系统只响应目的IP为本地IP的ARP请求
#系统不使用原地址来设置ARP请求的源地址，而是物理mac地址上的IP
net.ipv4.conf.all.arp_ignore = 1
net.ipv4.conf.all.arp_announce = 2
net.ipv4.conf.default.arp_ignore = 1
net.ipv4.conf.default.arp_announce = 2
net.ipv4.conf.lo.arp_ignore = 1
net.ipv4.conf.lo.arp_announce = 2
[root@localhost network-scripts]#sysctl -p   #刷新配置

（4）测试结果

五.总结

LVS工作模式总结和比较

	NAT	TUN	DR
优点	端口转换	WAN	性能最好
缺点	性能瓶颈	服务器支持隧道模式	不支持跨网段
真实服务器要求	any	Tunneling	Non-arp device
支持网络	private（私网）	LAN/WAN（私网/公网）	LAN（私网）
真实服务器数量	low (10~20)	High (100)	High (100)
真实服务器网关	lvs内网地址	Own router（网工定义）	Own router（网工定义）

1. NAT 模式（Network Address Translation）

工作原理：

LVS 负载均衡器接收客户端请求，并将请求转发到后端服务器。
后端服务器处理请求并将响应数据发送回 LVS 负载均衡器，由其再转发给客户端。

特点：

LVS 负载均衡器需要处理进出流量，性能瓶颈在 LVS 本身。
后端服务器可以位于不同的子网。
实现简单，配置方便。

优缺点：

优点：配置简单，对后端服务器无特殊要求。
缺点：LVS 负载均衡器成为单点瓶颈，适用于小规模系统。

2. DR 模式（Direct Routing）

工作原理：

LVS 负载均衡器只负责将请求转发给后端服务器，但响应数据由后端服务器直接发送给客户端，不经过 LVS 负载均衡器。

特点：

流量只有一半经过 LVS 负载均衡器，减少了负载。
后端服务器必须与 LVS 负载均衡器处于同一物理网络中，因为它们需要共享相同的 MAC 地址。
需要修改后端服务器的网络配置。

优缺点：

优点：减轻了 LVS 负载均衡器的负担，适合大流量的应用。
缺点：配置复杂，要求后端服务器在同一物理网络中。

3. TUN 模式（IP Tunneling）

工作原理：

LVS 负载均衡器通过 IP 隧道将请求转发给后端服务器，后端服务器直接将响应数据发送给客户端。
后端服务器需要支持 IP 隧道（IPIP）。

特点：

类似于 DR 模式，但后端服务器可以位于不同的地理位置或不同的网络中。
LVS 负载均衡器处理的流量较少，仅限于请求包。

优缺点：

优点：后端服务器不需要与 LVS 负载均衡器在同一物理网络，扩展性好。
缺点：后端服务器需要支持 IP 隧道，配置较为复杂。

总结

NAT 模式：适合小规模应用，配置简单，但 LVS 负载较大。
DR 模式：适合大流量应用，LVS 负载较轻，但配置要求高。
TUN 模式：适合地理分布广泛的后端服务器，扩展性强，但需要 IP 隧道支持。

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原文地址：https://blog.csdn.net/weixin_56770318/article/details/139742013