群集简介和LVS_nat模式配置

群集简介：

群集（或集群）和称呼来自于英文单词cluster，表示一群、一串的意思，用在服务器领域则表示大量服务器的集合体，以区分于单个服务器。

根据实际企业环境的不同，群集所提供的功能也各不相同，采用的技术细节也可能各有千秋，但无论哪种群集，都至少包括两台节点服务器。而对外表现为一个整体，只提供一个访问入口（域名或IP地址），相当于一台大型计算机。根据群集所针对的目标差异，可分为以下三种类型。

负载均衡群集（laod balance cluster）:以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、高负载的整体性能。LB的负载分配依赖于主节点的分流算法，将来自客户机的访问请求分担给多个服务器节点，从而缓解整个系统的负载压力。

高可用群集（high availability cluster）：以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、主从两种模式——双工即所有节点同时在线，主从则只有主节点在线，但当出现故障时从节点能自动切换为主节点。

高性能运算群集（high performance computer cluster）：以提高应用系统的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.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、负载均衡群集的分层结构：

在典型的负载均衡群集中，包括三个层次的组件。

第一层，负载调度器：这是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（virtual IP,虚拟IP）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平滑替换至备用调度器，确保高可用性。

第二层，服务器池：群集所提供的应用服务（如HTTP、FTP）由服务器池承担，其中的每个节点具有独立的RIP（real IP,真实IP）地址，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，等侍错误排除以后再重新纳入服务器池。

第三层，共享存储：为服务器池中的所有节点提供稳定、一致的文件存取服务，确保整个群集的纺一性，共享存储可以使用NAS设备或者提供NFS共享服务的专用服务器。

负载均衡的工作模式：

关于群集的负载调度技术，可以基于IP、端口、内容等进行分发，其中基于IP的负载调度是效果最高的。基于IP的负载均衡模式中，常见的有地址转换(NAT)、IP隧道(TUN)、直接路由（DR）这三种工作模式。

地址转换：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。

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。

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。

以上三种工作模式中，NAT方式只需要一个公网IP地址，从而成为最易用的一种负载均衡模式，安全性也比较好，许多硬件负载均衡设备就是采用这种方式，相比较而言，DR和TUN模式的负载能力更强大，适用范围更广，但节点的安全性要稍差一些。

LVS虚拟服务器：

LVS的负载调度算法：

轮询(rr)：将收到的访问请求按照顺序轮流分配给群集中的各个节点（真实服务器），均等地对侍每一台服务器，而不管服务器实际的连接数和系统负载。

加权轮询(wrr)：根据真实服务器的处理能力轮流分配收到的访问请求，调度器可以自动查询各节点的负载情况，并动态调整其权重。这样可以保证处理能力强的服务器承担更多的访问流量。

最少连接(lc)：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。如果所有服务器节点性能相近，采用这种方式可以更好地均衡负载。

加权最少连接(wlc)：在服务器节点的性能差异较大的情况下，可以为真实服务器自动调整权重，权重较高的节点将承担更大比例的活动连接负载。

ipvsadm是在负载调度器上使用的LVS群集管理工具，通过调用ip_vs模块来添加、删除服务器节点，以及查看群集的运行状态。需要手动安装ipvsadm-1.25-9软件包。

LVS群集的管理工作主要包括：创建虚拟服务器、添加服务器节点、查看群集节点状态、删除服务器节点、保存负载分配策略等。

案例1：地址转换模式（LVS-NAT）

在NAT模式的群集中，LVS负载调度器是所有节点访问internet的网关服务器，其外网地址172.16.16.172同时也作为整个群集的VIP地址。LVS调度器具有两块网卡，分别连接内外网。

对于LVS负载调度器来说，需使用iptables为出站响应配置SNAT转发规则，以便节点服务器能够访问internet。所有的节点服务器（节点1：192.168.7.21节点2：192.168.7.22）、共享存储（192.168.7.250）均位于私有网络内，其默认网关设为LVS负载调度器的内网地址（192.168.7.254）。

在负载调度器主机上配置负载调度器，具体操作如下：

1）配置SNAT转发策略：

修改sysctl.conf文件，开启路由转发功能并使修改生效

在nat表的postrouting规则链上创建SNAT策略

1）配置负载分配策略：

ipvsadm –l或ipvsadm -L 显示ipvadm的策略

ipvsadm –C 清除ipvsadm原有的策略或service ipvsadm stop也可以清除策略

创建虚拟服务器和添加服务器节点：

查看保存结果：

注：

第1条命令：清除原有策略；也可以使用service ipvsadm stop清除策略

第2条命令：创建虚拟服务器，群集的VIP地址为172.16.16.172，针对TCP的80端口提供负载分流服务，使用的调度算法为轮询。上述操作中，选项-A表示添加虚拟服务器，-t用来指定VIP地址及TCP端口，-s用来指定负载调度算法——轮询（rr）、加权轮询（wrr），最少连接(lc)、加权最少连接(wlc)。若希望使用保持连接，还应添加”-p 600”选项，其中600为保持时间（秒）。

第3、4条命令：添加服务器节点，为虚拟服务器172.16.16.172添加两个服务器节点，IP地址依次为192.168.7.21、192.168.7.22。上述操作中，选项-a表示添加真实服务器，-t用来指定VIP地址及TCP端口，-r用来指定RIP地址及TCP端口，-m表示使用NAT群集模式（-g： DR模式、-i：TUN模式），-w用来设置权重（权重为0时表示暂停节点）。