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LVS搭建集群实现负载均衡

来源:互联网 收集:自由互联 发布时间:2022-09-02
1.1 集群概述 1.1.1 什么是集群? 一组各自相互独立且又相互依赖的,通过高速网络互联的计算机组成的一个计算机组, 以单一的系统模式加以管理, 为用户提供服务, 对用户来说, 用户只会

1.1 集群概述

1.1.1  什么是集群?

一组各自相互独立且又相互依赖的,通过高速网络互联的计算机组成的一个计算机组, 以单一的系统模式加以管理, 为用户提供服务, 对用户来说,
用户只会认为对方是一个服务. 这个里面, 一组计算机的一台计算机就是集群的一个节点

1.1.2  集群的特性:

可伸缩性, 可靠性, 可管理性

1.1.3  应用场景:

例:
一台服务器 如果能够响应10000个并发 返回的状态码全部是200
如果现在有20000个并发 返回的状态码[ 200 304 301 500 404 ]
由以上例子说明,web服务已经达到瓶颈
解决这个问题的办法:
加配置: 加CPU, 加内存, 加带宽, 加SSD 这种解决方法称为“向上扩展”, 能够解决一时, 却不能持久一世[单台服务器上做动作]
加服务器: 一台==>两台, 两台==>四台 四台==>8台 使用多台服务器同时为用户提供服务 ,而这一种解决方法则称为“横向扩展”或“向外扩展”
向外扩展: 就是集群

1.1.4  集群的种类:

**集群系统主要分为**
负载均衡(Load Balance)集群,简称LB
高可用(High Availability)集群,简称 HA 集群
高性能计算(High Perfermance Computing)集群,简称 HPC 集群

LVS搭建集群实现负载均衡_linux

1.1.5 LB实现手段

硬件的实现: – F5 负载均衡器
软件的实现: – LVS(4层,传输层) – Nginx(7层,应用层)

1.2 LVS集群

1.2.1 LVS(Linux Virtual Server)

LVS是Linux Virtual Server的简写,意即Linux虚拟服务器,是一个虚拟的服务器集群系统。本项目在1998年5月由章文嵩博士成立,是中国国内
最早出现的自由软件项目之一,是根据iptables的实现来开发的,所以使用时候会和iptables相当类似
官网:[http://www.linuxvirtualserver.org/](http://www.linuxvirtualserver.org/)
中文站点: [http://zh.linuxvirtualserver.org/](http://zh.linuxvirtualserver.org/)

1.2.2 LVS 集群工作结构图:

LVS搭建集群实现负载均衡_linux_02

负载调度器,:分发器(Load Balancer, Director): 整个集群对外的最前端机, 负责接收用户请求, 并且根据自己的调度算法, 将请求转发到后
端真实服务器上的动作,而客户认为服务是来自一个IP地址(我们可称之为VIP虚拟IP地址)上的。
服务器池: Server Pool 真正为用户提供服务的服务器, 每一台服务器就是一台RS[RealServer],执行的服务有WEB、MAIL、FTP和DNS等。
共享存储: Shared Storaged 为RS保持相同内容, 提供数据的一致性,也就是说,它为服务器池提供一个共享的存储区,这样很容易使得服务器池
拥有相同的内容,提供相同的服务。

1.3 LVS模式及工作原理

1.3.1 LVS(4层) 模式:

/VS/NAT
LVS-VS/DR
\VS/TUN

1.3.2 LVS负载均衡的三种包转发方式

LVS提供了三种包转发方式:NAT(网络地址映射)、IP Tunneling(IP隧道)、Direct Routing(直接路由)。不同的转发模式决定了不同的cluster
的网络结构

1.3.3 NAT(网络地址映射)

NAT: 网络地址转换
DNAT: 目标地址转换 改变的是目标地址
SNAT: 原地址转换 改变的是原地址
LVS-NAT 就是使用的SNAT和DNAT完成报的转发
NAT方式可支持任何的操作系统,以及私有网络,并且只需一个Internet IP地址,但是整个系统的性能受到限制。因为执行NAT每次需要重写包,有一定
的延迟;另外,大部分应用有80%的数据是从服务器流向客户机,也就是用户的请求非常短,而服务器的回应非常大,对负载均衡器形成很大压力,成为了新的瓶颈。

1.3.4 IP Tunneling(IP隧道)

director(分发器)分配请求到不同的real server。real server处理请求后直接回应给用户,这样director负载均衡器仅处理客户机与服务器
的一半连接。IP Tunneling技术极大地提高了director的调度处理能力,同时也极大地提高了系统能容纳的最大节点数,可以超过100个节点。
real server可以在任何LAN或WAN上运行,这意味着允许地理上的分布,这在灾难恢复中有重要意义。服务器必须拥有正式的IP地址用于与客户机
直接通信,并且所有服务器必须支持IP隧道协议。

1.3.5 Direct Routing(直接路由)

与IP Tunneling类似,负载均衡器仅处理一半的连接,避免了新的性能瓶颈,同样增加了系统的可伸缩性。Direct Routing与IP Tunneling相比
,没有IP封装的开销,但由于采用物理层(修改MAC地址)技术,所有服务器都必须在一个物理网段。

1.3.6 LVS-NAT 模式工作原理:

客户端访问调度器时,调度器通过网络地址转换,调度器重写请求报文的目标地址,根据预设的调度算法,将请求分派给后端的真实服务器;真实服务
器的响应报文通过调度器时,报文的源地址被重写,再返回给客户,完成整个负载调度过程。

如图:

步骤1:客户端访问VIP1的网站

LVS搭建集群实现负载均衡_服务器_03

图上各IP注解:
CIP 客户端的IP
VIP 是域名解析的IP, 是集群对外的公网IP
DIP 用来和后端服务器进行数据交互的IP, 请求报文转发给后端服务器从此口出去
RIP 真实服务器的IP
步骤2:客户端访问调度器时,调度器通过网络地址转换,调度器重写请求报文的目标地址,根据预设的调度算法,将请求分派给后端的真实服务器;

LVS搭建集群实现负载均衡_linux_04

步骤3:真实服务器的响应报文通过调度器时,报文的源地址被重写,再返回给客户,完成整个负载调度过程。

LVS搭建集群实现负载均衡_负载均衡_05

步骤总结及过程地址变化:
1: 客户端请求访问www.example.com[www.example.com ===> VIP]
源地址: CIP 目标地址: VIP
2: 请求报文到达负载均衡器
源地址: CIP 目标地址: RIP
3: RealServer收到报文处理, 响应
源地址: RIP 目标地址: CIP
4: 负载调度器收到报文, 根据自身之前的转发修改记录, 还原报文
源地址: VIP 目标地址: CIP

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