LVS负载分担（NAT模式）基础搭建

1、NAT模式拓扑及工作原理

在一组服务器前有一个调度器，它们是通过Switch/HUB相连接的。这些服务器提供相同的网络服务、相同的内容，即不管请求被发送到哪一台服务器，执行结果是一样的。服务的内容可以复制到每台服务器的本地硬盘上，可以通过网络文件系统（如NFS）共享，也 可以通过一个分布式文件系统来提供。

客户通过Virtual IP Address（虚拟服务的IP地址）访问网络服务时，请求报文到达调度器，调度器根据连接调度算法从一组真实服务器中选出一台服务器，将报文的目标地址 Virtual IP Address改写成选定服务器的地址，报文的目标端口改写成选定服务器的相应端口，最后将修改后的报文发送给选出的服务器。同时，调度器在连接Hash 表中记录这个连接，当这个连接的下一个报文到达时，从连接Hash表中可以得到原选定服务器的地址和端口，进行同样的改写操作，并将报文传给原选定的服务器。当来自真实服务器的响应报文经过调度器时，调度器将报文的源地址和源端口改为Virtual IP Address和相应的端口，再把报文发给用户。我们在连接上引入一个状态机，不同的报文会使得连接处于不同的状态，不同的状态有不同的超时值。在TCP 连接中，根据标准的TCP有限状态机进行状态迁移；在UDP中，我们只设置一个UDP状态。不同状态的超时值是可以设置的，在缺省情况下，SYN状态的超 时为1分钟，ESTABLISHED状态的超时为15分钟，FIN状态的超时为1分钟；UDP状态的超时为5分钟。当连接终止或超时，调度器将这个连接从 连接Hash表中删除。

这样，客户所看到的只是在Virtual IP Address上提供的服务，而服务器集群的结构对用户是透明的。对改写后的报文，应用增量调整Checksum的算法调整TCP Checksum的值，避免了扫描整个报文来计算Checksum的开销。

2、调度算法种类

轮叫（Round Robin）
加权轮叫（Weighted Round Robin）
最少链接（Least Connections）
加权最少链接（Weighted Least Connections）
基于局部性的最少链接（Locality-Based Least Connections）
带复制的基于局部性最少链接（Locality-Based Least Connections with Replication）
目标地址散列（Destination Hashing ）
源地址散列（Source Hashing）
最短期望延迟(Shortest Expected Delay)
无须队列等待（Never Queue）

3、案例实施

实验目的：

所有客户端访问IP地址为202.103.106.5端口为80的流量都被负载均衡地调度的真实服务器 172.16.0.2:80和172.16.0.3:80上

轮叫（Round Robin），轮询算法，第一个给2，第二个给3，第三个给2，第四个给3

本次试验机器：Centos Linux 8.1.1911

1、地址配置（先安装软件）

172.16.0.0/24 所在网卡为仅主机；

202.103.106.0/24 所在网卡为NAT；

调度器需要双网卡。

注意：real server NAT模式下，网关需指向调度器内部地址，也就是图中的172.16.0.1。

2、关闭防火墙及selinux

各虚拟机都执行，真实环境需要真实对待，做实验的话就都关闭。

vim /etc/selinux/config

修改SELINUX=permissive

setenforce 0

关闭防火墙

systemctl stop firewalld

systemctl disable firewalld

3、时钟同步

所有real server 同步调度器的时间。

配置参考

Chronyd同步时间（Server/Client）配置

4、软件安装

查看内核模块

modprobe ip_vs

lsmod | grep ip_vs

安装管理工具

yum install ipvsadm

real server 安装httpd服务

real server 1

[root@node1 ~]# echo "this is real server node1" >> /var/www/html/index.html
 [root@node1 ~]# systemctl start httpd
 [root@node1 ~]# systemctl enable httpd
 Created symlink /etc/systemd/system/multi-user.target.wants/httpd.service → /usr/lib/systemd/system/httpd.service.
 [root@node1 ~]#

real server 2

[root@node2 ~]# echo "this is real server node2" >> /etc/httpd/index.html
 [root@node2 ~]# systemctl start httpd
 [root@node2 ~]# systemctl enable httpd
 Created symlink /etc/systemd/system/multi-user.target.wants/httpd.service → /usr/lib/systemd/system/httpd.service.
 [root@node2 ~]#

4、配置调度器

查看帮助

man ipvsadm

SYNOPSIS
       ipvsadm -A|E virtual-service [-s scheduler]
               [-p [timeout]] [-M netmask] [-b sched-flags]
       ipvsadm -D virtual-service
       ipvsadm -C
       ipvsadm -R
       ipvsadm -S [-n]
       ipvsadm -a|e virtual-service -r server-address
               [-g|i|m] [-w weight] [-x upper] [-y lower]
       ipvsadm -d virtual-service -r server-address
       ipvsadm -L|l [virtual-service] [options]
       ipvsadm -Z [virtual-service]
       ipvsadm --set tcp tcpfin udp
       ipvsadm --start-daemon state [daemon-options]
               [--syncid syncid]
       ipvsadm --stop-daemon state
       ipvsadm -h

这个在添加和修改时少一个参数 ，老版本有噢。

-t|u|f

-t: TCP协议

-u: UDP协议

添加一个集群服务

ipvsadm -A -t 202.103.106.5:80 -s rr

添加real server

ipvsadm -a -t 202.103.106.5:80 -r 172.16.0.2:80 -m
ipvsadm -a -t 202.103.106.5:80 -r 172.16.0.3:80 -m

查看

[root@filesystem ~]# ipvsadm -l -n
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
  -> RemoteAddress:Port           Forward Weight ActiveConn InActConn
TCP  202.103.106.5:80 rr
  -> 172.16.0.2:80                Masq    1      0          0
  -> 172.16.0.3:80                Masq    1      0          0
[root@filesystem ~]#

规则保存

[root@filesystem ~]# ipvsadm-save > /root/ipvsadm.bak
[root@filesystem ~]# cat ipvsadm.bak
-A -t filesystem.server.com:http -s rr
-a -t filesystem.server.com:http -r 172.16.0.2:http -m -w 1
-a -t filesystem.server.com:http -r 172.16.0.3:http -m -w 1
[root@filesystem ~]#

规则导入

[root@filesystem ~]# ipvsadm -C
# -C 是清空规则的意思
[root@filesystem ~]# ipvsadm -R < ipvsadm.bak
[root@filesystem ~]# ipvsadm
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
  -> RemoteAddress:Port           Forward Weight ActiveConn InActConn
TCP  filesystem:http rr
  -> 172.16.0.2:http              Masq    1      0          0
  -> 172.16.0.3:http              Masq    1      0          0
[root@filesystem ~]#

5、测试

从图中我们可以看到，访问我们的调度器（也就是对外提供服务的地址，在内部真实服务器上来回切换。实现负载分担）

这样，客户认为是从202.103.106.5:80服务得到正确的响应，而不会知道该请求是服务器172.16.0.2还是服务器172.16.0.3处理的。

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