lvs 负载均衡原理及其配置之 nat 模式

z7369

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　　一、lvs 基本介绍
　　LVS是 Linux Virtual Server 的简称，也就是Linux虚拟服务器。这是一个由章文嵩博士发起的一个开源项目，它的官方网是 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 LVS 达到的负载均衡技术和 Linux 操作系统实现一个高性能高可用的 Linux 服务器集群，它具有良好的可靠性、可扩展性和可操作性。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的开源软件项目，LVS架构从逻辑上可分为调度层、Server集群层和共享存储。
二、LVS的基本工作原理

　　1. 当用户向负载均衡调度器（Director Server）发起请求，调度器将请求发往至内核空间
　　2. PREROUTING链首先会接收到用户请求，判断目标IP确定是本机IP，将数据包发往INPUT链
　　3. 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已定义好的集群服务进行比对，如果用户请求的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地址及端口，并将新的数据包发往POSTROUTING链
　　4. POSTROUTING链接收数据包后发现目标IP地址刚好是自己的后端服务器，那么此时通过选路，将数据包最终发送给后端的服务器
三、LVS的组成
　　LVS 由2部分程序组成，包括 ipvs 和 ipvsadm。
　　1.ipvs(ip virtual server)：一段代码工作在内核空间，叫ipvs，是真正生效实现调度的代码。
　　2. ipvsadm：另外一段是工作在用户空间，叫ipvsadm，负责为ipvs内核框架编写规则，定义谁是集群服务，而谁是后端真实的服务器(Real Server)
四、LVS相关术语
　　1. DS：Director Server。指的是前端负载均衡器节点。
　　2. RS：Real Server。后端真实的工作服务器。
　　3. VIP：向外部直接面向用户请求，作为用户请求的目标的IP地址。
　　4. DIP：Director Server IP，主要用于和内部主机通讯的IP地址。
　　5. RIP：Real Server IP，后端服务器的IP地址。
　　6. CIP：Client IP，访问客户端的IP地址。
五、LVS/NAT原理和特点
　　1. 重点理解NAT方式的实现原理和数据包的改变。
　　
　　
　　(a). 当用户请求到达Director Server，此时请求的数据报文会先到内核空间的PREROUTING链。 此时报文的源IP为CIP，目标IP为VIP
　　(b). PREROUTING检查发现数据包的目标IP是本机，将数据包送至INPUT链
　　(c). IPVS比对数据包请求的服务是否为集群服务，若是，修改数据包的目标IP地址为后端服务器IP，然后将数据包发至POSTROUTING链。 此时报文的源IP为CIP，目标IP为RIP
　　(d). POSTROUTING链通过选路，将数据包发送给Real Server
　　(e). Real Server比对发现目标为自己的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
　　(f). Director Server在响应客户端前，此时会将源IP地址修改为自己的VIP地址，然后响应给客户端。 此时报文的源IP为VIP，目标IP为CIP
　　2. LVS-NAT模型的特性

• 　　RS应该使用私有地址，RS的网关必须指向DIP
  
• 　　DIP和RIP必须在同一个网段内
  
• 　　请求和响应报文都需要经过Director Server，高负载场景中，Director Server易成为性能瓶颈
  
• 　　支持端口映射
  
• 　　RS可以使用任意操作系统
  
• 　　缺陷：对Director Server压力会比较大，请求和响应都需经过director server
  

LVS的NAT模式的演示
　　
　　实验环境：
　　hostname:localhost31.localdomain（director）
　　eth0：172.16.121.225(外网)
　　eth1:192.168.10.31(内网)
　　hostname:localhost32.localdomain（ real server1 ）
　　eth1:192.168.10.32(内网)
　　hostname:localhost34.localdomain（ real server 2）
　　eth1:192.168.10.34(内网)
　　配置 director server
　　yum install -y ipvsadm
　　# director服务器上开启路由转发功能:
　　echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward
　　# 关闭 icmp 的重定向
　　echo 0 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/send_redirects
　　echo 0 > /proc/sys/net/ipv4/conf/default/send_redirects
　　echo 0 > /proc/sys/net/ipv4/conf/eth0/send_redirects
　　echo 0 > /proc/sys/net/ipv4/conf/eth1/send_redirects
　　
　　关闭防火墙  (这里选择关闭防火墙)
　　service iptables stop
　　或者设置 nat 防火墙
　　iptables -t nat -F
　　iptables -t nat -X
　　iptables -t nat -A POSTROUTING -s 192.168.0.0/24 -j MASQUERADE
　　配置  ipvsadm
　　ipvsadm -A -t 172.16.121.225:80 -s rr
　　ipvsadm -a -t 172.16.121.225:80 -r 192.168.10.34:80 -m
　　ipvsadm -a -t 172.16.121.225:80 -r192.168.10.34:80 -m
　　查看 ipvsadm 规则
　　[root@localhost31 ~]# ipvsadm -ln
　　IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
　　Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
　　-> RemoteAddress:Port           Forward Weight ActiveConn InActConn
　　TCP  172.16.121.225:80 rr
　　-> 192.168.10.32:80             Masq    1      0          0         
　　-> 192.168.10.34:80             Masq    1      0          0
　　配置real server
　　配置real server1 192.168.10.32
　　yum install nginx -y
　　echo "rs1rs1" >/usr/share/nginx/html/index.html
　　配置real server2 192.168.10.34
　　yum install nginx -y
　　echo "rs1rs2" >/usr/share/nginx/html/index.html
　　测试
　　使用curl 命令
　　[root@localhost31 ~]# curl http://172.16.121.225/
　　rs2rs2
　　[root@localhost31 ~]# curl http://172.16.121.225/
　　rs1rs1
　　
　　使用web 浏览器测试
　　
　　http://172.16.121.225/
　　
　　

　　
　　备注：使用浏览器测试，查看每次请求不是均匀的分摊到服务器上，使用liunx curl 命令却可以。