LVS-NAT模型实现负载均衡

文章由LinuxBoy分享于2019-03-30 12:03:59热评（67）

LVS-NAT模型实现负载均衡

前言

前篇文章我们主要讲解了LVS的理论知识，包括LVS来源、宗旨、三种模型的架构以及LVS内核空间的十种算法，今天我们来进行实践的LVS中三种模型中的NAT模型的架构以及实现方式。(实验环境以Web集群作为实验对象)

环境

此处我们LVS-NAT模型环境架构为三台Linux服务器,都有以下配置。

环境架构图：

LVS-NAT

工作原理：

基于NAT机制实现。当用户请求到达director之后，director将请求报文的目标地址（即VIP）改成选定的realserver地址，同时将报文的目标端口也改成选定的realserver的相应端口，最后将报文请求发送到指定的realserver。在服务器端得到数据后，realserver将数据返给director，而director将报文的源地址和源端口改成VIP和相应端口，然后把数据发送给用户，完成整个负载调度过程。

特点：

所有的realserver和director要在同一个网段内
RIP是私有地址，仅用于集群节点之间进行通信
director同时处理请求和应答数据包
realserver的网关要指向DIP
可以实现端口映射
readlserver可以是任意操作系统
director很可能成为系统性能瓶颈

硬件环境：

使用软件VMware WorkStation 11，Director的DIP和RealServer的RS1、RS2的RIP为仅主机模式，让其在同一个局域网内，Direcotr桥接宿主机模式，方便我们后边的测试。

一台Director：
- 版本：Red Hat Enterprise Linux Server release 6.4
- 双网卡：
  - eth1: VIP:172.16.21.110/24(真实生产环境下一定将网关指向运营商的公网IP)
  - eth2: DIP:192.168.91.70/24(此IP必须和后台的RealSever在同一个网段内)
两台RealServer：
- 版本：Red Hat Enterprise Linux Server release 6.4
- 单网卡：
  - RealServer1：RIP1:192.168.91.80/24(网关必须指向Director的DIP)
  - RealServer2: RIP2:192.168.91.90/24(网关必须执行Director的DIP)

软件环境：

搭建LVS集群只需要在Director服务器上安装ipvsadmin工具，此处我们使用RedHat自带的rpm包进行安装

版本：ipvsadm-1.25-10.el6.x86_64.rpm

安装前准备

现在LVS已经是Linux标准内核的一部分，在Linux2.4内核以前，使用LVS时必须要重新编译内核以支持LVS功能模块，但是从Linux2.4内核以后，已经完全内置了LVS的各个功能模块，无需给内核打任何补丁，可以直接使用LVS提供的各种功能。

注意

LVS-NAT模型的实现方式和iptables的DNAT相似，所以你懂的，Director节点不能和iptables同时使用，那么会有冲突，这就是我们后面为什么要将iptables的规则清空的目的之一。

查看内核版本

[root@Director Packages]# uname -r  # 此处我们环境内核版本为2.6.32-358.el6.x86_64，所以不需要再打补丁，如果你的内核低于2.4那么则需要提前打补丁
2.6.32-358.el6.x86_64

查看内核是否支持ipvs

[root@Director ~]# modprobe -l | grep ipvs  # 以下有之前所解释的十个内核所支持的算法(如果能有以下搜索到那么你的内核就支持ipvs)
kernel/net/netfilter/ipvs/ip_vs.ko
kernel/net/netfilter/ipvs/ip_vs_rr.ko
kernel/net/netfilter/ipvs/ip_vs_wrr.ko
kernel/net/netfilter/ipvs/ip_vs_lc.ko
kernel/net/netfilter/ipvs/ip_vs_wlc.ko
kernel/net/netfilter/ipvs/ip_vs_lblc.ko
kernel/net/netfilter/ipvs/ip_vs_lblcr.ko
kernel/net/netfilter/ipvs/ip_vs_dh.ko
kernel/net/netfilter/ipvs/ip_vs_sh.ko
kernel/net/netfilter/ipvs/ip_vs_sed.ko
kernel/net/netfilter/ipvs/ip_vs_nq.ko
kernel/net/netfilter/ipvs/ip_vs_ftp.ko

配置本地YUM源

我们使用本地光盘来作为YUM源

挂载本地光盘

[root@Director ~]# mount /dev/sr0 /media  # 挂载本地光盘到本地目录
mount: block device /dev/sr0 is write-protected, mounting read-only

配置编辑YUM源的配置文件

三台服务器我们都需要配置，因为后面两台RealServer我们还需要安装web服务来作为集群服务。

[root@Director ~]# vim /etc/yum.repos.d/rhel-source.repo   
[localhost]   # 库名称(可随意)
name=localhost # 名称描述 (自定义)
baseurl=file:///media  # yum源目录，源地址
enabled=1   # 是否用该yum源，0为禁用，1为使用
gpgcheck=0 # 检查GPG-KEY，0为不检查，1为检查

到此我们安装前准备就做好了，来下面进行下一步

配置DirectorServer

安装ipvsadm工具

[root@Director Packages]# yum install -y ipvsadm-1.25-10.el6.x86_64.rpm

配置网卡，并设置IP

配置外网网卡VIP

[root@Director ~]# vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-eth1  # 此处我们不指定GATEWAY(真实生产一定要指向SP给的公网IP)
DEVICE=eth1
TYPE=Ethernet
ONBOOT=yes
NM_CONTROLLED=yes
BOOTPROTO=static
IPADDR=172.16.21.110
NETMASK=255.255.255.0

配置内网网卡DIP

[root@Director ~]# vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-eth2  # 此内网网卡可不指定GATEWAY,因为和后台RealServer在同一个局域网(但也要根据真实环境而定)
DEVICE=eth2
TYPE=Ethernet
ONBOOT=yes
NM_CONTROLLED=yes
BOOTPROTO=static
IPADDR=192.168.91.70
NETMASK=255.255.255.0

重启网卡服务

[root@Director ~]# service network restart
Shutting down interface eth1:                              [  OK  ]
Shutting down interface eth2:                              [  OK  ]
Shutting down loopback interface:                          [  OK  ]
Bringing up loopback interface:                            [  OK  ]
Bringing up interface eth1:                                [  OK  ]
Bringing up interface eth2:                                [  OK  ]

[root@Director ~]# ifconfig  # 查看配置是否生效
eth1      Link encap:Ethernet  HWaddr 00:0C:29:E5:9A:47  
          inet addr:172.16.21.110  Bcast:172.16.21.255  Mask:255.255.255.0
          inet6 addr: fe80::20c:29ff:fee5:9a47/64 Scope:Link
          UP BROADCAST RUNNING MULTICAST  MTU:1500  Metric:1
          RX packets:6126 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0
          TX packets:4370 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
          collisions:0 txqueuelen:1000 
          RX bytes:524154 (511.8 KiB)  TX bytes:753784 (736.1 KiB)

eth2      Link encap:Ethernet  HWaddr 00:0C:29:E5:9A:51  
          inet addr:192.168.91.70  Bcast:192.168.91.255  Mask:255.255.255.0
          inet6 addr: fe80::20c:29ff:fee5:9a51/64 Scope:Link
          UP BROADCAST RUNNING MULTICAST  MTU:1500  Metric:1
          RX packets:28 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0
          TX packets:36 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
          collisions:0 txqueuelen:1000 
          RX bytes:4146 (4.0 KiB)  TX bytes:2160 (2.1 KiB)

lo        Link encap:Local Loopback  
          inet addr:127.0.0.1  Mask:255.0.0.0
          inet6 addr: ::1/128 Scope:Host
          UP LOOPBACK RUNNING  MTU:16436  Metric:1
          RX packets:822 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0
          TX packets:822 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
          collisions:0 txqueuelen:0 
          RX bytes:93120 (90.9 KiB)  TX bytes:93120 (90.9 KiB)

打开本机的路由转发功能

[root@Director ~]# cat /proc/sys/net/ipv4/ip_forward   # 查看本地路由功能是否打开(1 开启 0 关闭)
0 
[root@Director ~]# vim /etc/sysctl.conf   # 开启本地路由转发
net.ipv4.ip_forward = 1    将0更改为1即可
[root@Director ~]# sysctl -p  # 重新加载配置文件
net.ipv4.ip_forward = 1
net.ipv4.conf.default.rp_filter = 1
net.ipv4.conf.default.accept_source_route = 0
kernel.sysrq = 0
kernel.core_uses_pid = 1
net.ipv4.tcp_syncookies = 1
kernel.msgmnb = 65536
kernel.msgmax = 65536
kernel.shmmax = 68719476736
kernel.shmall = 4294967296

配置RealServer服务器

配置RealServer1网卡，并设置IP

[root@RS1 ~]# vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-eth1
DEVICE=eth1
TYPE=Ethernet
ONBOOT=yes
BOOTPROTO=static
IPADDR=192.168.91.80
NETMASK=255.255.255.0
GATEWAY=192.168.91.70
NM_CONTROLLED=yes

重启网卡配置

[root@RS1 ~]# service network restart
Shutting down interface eth1:                              [  OK  ]
Shutting down loopback interface:                          [  OK  ]
Bringing up loopback interface:                            [  OK  ]
Bringing up interface eth1:                                [  OK  ]
[root@RS1 ~]# ifconfig  # 查看配置是否生效
eth1      Link encap:Ethernet  HWaddr 00:0C:29:41:4A:CC  
          inet addr:192.168.91.80  Bcast:192.168.91.255  Mask:255.255.255.0
          inet6 addr: fe80::20c:29ff:fe41:4acc/64 Scope:Link
          UP BROADCAST RUNNING MULTICAST  MTU:1500  Metric:1
          RX packets:5212 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0
          TX packets:3586 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
          collisions:0 txqueuelen:1000 
          RX bytes:435875 (425.6 KiB)  TX bytes:252327 (246.4 KiB)

lo        Link encap:Local Loopback  
          inet addr:127.0.0.1  Mask:255.0.0.0
          inet6 addr: ::1/128 Scope:Host
          UP LOOPBACK RUNNING  MTU:16436  Metric:1
          RX packets:129 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0
          TX packets:129 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
          collisions:0 txqueuelen:0 
          RX bytes:13806 (13.4 KiB)  TX bytes:13806 (13.4 KiB)

安装Web服务

[root@RS1 ~]# yum install -y httpd
[root@RS1 ~]# service httpd start   # 启动httpd服务
Starting httpd: httpd: apr_sockaddr_info_get() failed for RS1
httpd: Could not reliably determine the server's fully qualified domain name, using 127.0.0.1 for ServerName
                                                           [  OK  ]
[root@RS1 ~]# service httpd status   # 查看httpd是否启动
httpd (pid  14114) is running...
[root@RS1 ~]# netstat -an | grep :80  # 查看web服务80端口是否监听
tcp        0      0 :::80                       :::*                        LISTEN    
[root@RS1 ~]# echo "RS1.xuxingzhuang.com" > /var/www/html/index.html  # 给web服务提供网页界面  
[root@RS1 ~]# curl http://localhost # 访问本地web是否可以正常访问
RS1.xuxingzhuang.com

清空本地防火墙策略

[root@RS1 ~]# iptables -F

配置RealServer2网卡，并配置IP

[root@RS2 ~]# vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-eth1
DEVICE=eth1
TYPE=Ethernet
ONBOOT=yes
BOOTPROTO=static
IPADDR=192.168.91.90
NETMASK=255.255.255.0
GATEWAY=192.168.91.70
NM_CONTROLLED=yes

重启网卡配置

[root@RS2 ~]# service network restart
Shutting down interface eth1:                              [  OK  ]
Shutting down loopback interface:                          [  OK  ]
Bringing up loopback interface:                            [  OK  ]
Bringing up interface eth1:                                [  OK  ]
[root@RS2 ~]# ifconfig  # 查看配置是否生效
eth1      Link encap:Ethernet  HWaddr 00:0C:29:9A:31:FB  
          inet addr:192.168.91.90  Bcast:192.168.91.255  Mask:255.255.255.0
          inet6 addr: fe80::20c:29ff:fe9a:31fb/64 Scope:Link
          UP BROADCAST RUNNING MULTICAST  MTU:1500  Metric:1
          RX packets:5749 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0
          TX packets:4646 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
          collisions:0 txqueuelen:1000 
          RX bytes:457342 (446.6 KiB)  TX bytes:1052880 (1.0 MiB)

lo        Link encap:Local Loopback  
          inet addr:127.0.0.1  Mask:255.0.0.0
          inet6 addr: ::1/128 Scope:Host
          UP LOOPBACK RUNNING  MTU:16436  Metric:1
          RX packets:167 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0
          TX packets:167 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
          collisions:0 txqueuelen:0 
          RX bytes:17790 (17.3 KiB)  TX bytes:17790 (17.3 KiB)

安装Web服务

[root@RS2 ~]# yum install -y httpd
[root@RS2 ~]# service httpd start   # 启动httpd服务
Starting httpd: httpd: apr_sockaddr_info_get() failed for RS1
httpd: Could not reliably determine the server's fully qualified domain name, using 127.0.0.1 for ServerName
                                                           [  OK  ]
[root@RS2 ~]# service httpd status  # 查看httpd是否启动
httpd (pid  2069) is running...
[root@RS1 ~]# netstat -an | grep :80  # 查看web服务80端口是否监听
tcp        0      0 :::80                       :::*                        LISTEN    
[root@RS2 ~]# echo "RS2.xuxingzhuang.com" > /var/www/html/index.html  # 给web服务提供网页界面  
[root@RS2 ~]# curl http://localhost # 访问本地web是否可以正常访问
RS2.xuxingzhuang.com

清空本地防火墙策略

[root@RS2 ~]# iptables -F

配置Director，并将RealServer加入集群服务

ipvsadm命令的用法

管理集群服务

添加：
- -A -t|u|f service-address [-s scheduler]
- -t: TCP协议的集群
- -u: UDP协议的集群
  - service-address: IP:PORT
- -f: FWM: 防火墙标记
  - service-address: Mark Number
修改：
- -E
删除：
- -D -t|u|f service-address

管理集群服务中的RealServer

添加：
- -a -t|u|f service-address -r server-address [-g|i|m] [-w weight]
- -t|u|f service-address：事先定义好的某集群服务
- -r server-address: 某RS的地址，在NAT模型中，可使用IP：PORT实现端口映射；
- [-g|i|m]: LVS类型
- -g: DR
- -i: TUN
- -m: NAT
- [-w weight]: 定义服务器权重
修改：
- -e
删除：
- -d -t|u|f service-address -r server-address

集群服务后续管理

查看
- -L|l
- -n: 数字格式显示主机地址和端口
- –stats：统计数据
- –rate: 速率
- –timeout: 显示tcp、tcpfin和udp的会话超时时长
- -c: 显示当前的ipvs连接状况
  例：ipvsadm -L -n –stats
删除所有集群服务
- -C：清空ipvs规则
  例：ipvsadm -C
保存规则
- -S
  例： ipvsadm -S > /etc/sysconfig/ipvsadm
载入此前的规则：
- -R
  例：ipvsadm -R < /etc/sysconfig/ipvsadm

测试Director是否可以正常访问Realserver的服务

注意问题

访问后台的RealServer服务我们此时使用的为Driector的DIP进行访问的，当我们将RealServer加入集群服务后，我们clent要实现访问Driector的VIP来进行访问RealServer的服务，务必要明白此问题。

[root@Director ~]# curl http://192.168.91.80  #看来我们Driector访问后台web服务都正常
RS1.xuxingzhuang.com
[root@Director ~]# curl http://192.168.91.90
RS2.xuxingzhuang.com

将RealServer加入Web集群服务

我们本次使用LVS内核rr调度算法来作为实验方式，还不明白LVS的内核调度算法的小伙伴，请查看我们上一篇LVS集群服务详解

使用rr调度算法(轮叫)

[root@Director ~]# ipvsadm -A -t 172.16.21.110:80 -s rr
[root@Director ~]# ipvsadm -a -t 172.16.21.110:80 -r 192.168.91.80 -m -w 2   # 此处的-w指定权重是没有意义的，因为我们使用的为rr调度算法(轮叫),不过你也可以指定，后边我们改变算法时就不用重新定义了，省去了时间
[root@Director ~]# ipvsadm -a -t 172.16.21.110:80 -r 192.168.91.90 -m -w 1
[root@Director ~]# ipvsadm -L -n   # 查看集群服务
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
  -> RemoteAddress:Port           Forward Weight ActiveConn InActConn
TCP  172.16.21.110:80 rr
  -> 192.168.91.80:80             Masq    2      0          0         
  -> 192.168.91.90:80             Masq    1      0          0

测试web集群服务rr算法

使用本机进web测试，要和Director的VIP在同一个网段，那么真实环境你就只要将网关指向运营商给的公网地址就可以了。

LVS-NAT rr算法测试网页

测试结果为刷新一次，那么就会换成RS2，明白rr(轮叫)算法的小伙伴你懂的，这里就不多少了

更改为wrr调度算法(加权循环算法)

[root@Director ~]# ipvsadm -E -t 172.16.21.110:80 -s wrr  #那么此处我们使用-E选项来修改为调度算法为wrr，那么前边-w选项指定RealServer的权重就生效了，那么我们就不用再对RealServer重新指定了
[root@Director ~]# ipvsadm -L -n  
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
  -> RemoteAddress:Port           Forward Weight ActiveConn InActConn
TCP  172.16.21.110:80 wrr
  -> 192.168.91.80:80             Masq    2      0          0         
  -> 192.168.91.90:80             Masq    1      0          0

测试web集群服务wrr算法

此处访问那么算法就根据我们指定了RS1权重为2，RS2的权重为1，那么最后我们访问的结果为刷新两次访问RS1，一个访问RS2。

END

到这里我们就基于LVS-NAT模型搭建了一个web集群服务，这里我们就测试了两种LVS的内核调度算法，对于其他的八种算法配置基本一样，主要是看我们是否可以进行理解，配置都一样，后边我们将讲解LVS-DR模型的LVS集群服务的实现过程。

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