群集的含义

Cluster ，集群，群集。

由多台主机构成，但对外只表现为一个整体，只提供一个访问入口，相当于一台大型计算机。

根据群集所针对的目标差异,可分为三种类型

负载均衡群集

高可用群集

高性能运算群集

负载均衡群集(Load Balance Cluster)

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(LB)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，例如：“DNS轮询” “方向代理” 等

高可用群集(High Availability Cluster)

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和主从两种模式，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。例如，“故障切换”“双机热备”等

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

高性能依赖于“分布式运算”、“并行计算”，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。例如，“云计算” “网格计算”等

负载均衡的结构

第一层，负载调度器(Load Balancer或Director)

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能够平滑替换至备用调度器，确保高可用性。

第二层，服务器池(Server Pool)

群集所提供的应用服务、由服务器池承担，其中每个节点具有独立的RIP地址(真实IP)，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，等待错误排除以后再重新纳入服务器池。

第三层，共享存储(Share Storage)

为服务器池中的所有节点提供稳定、一致的文件存取服务，确保整个群集的统一性。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。

负载均衡群集是目前企业用的最多的群集类型

群集的负载调度技术有三种工作模式

地址转换

IP隧道

直接路由

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NAT模式

地址转换
Network Address Translation，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.

TUN模式

IP隧道

lP 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

DR模式

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

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接下来就不得不提 国产之光 LVS

LVS（Linux Virtual Server）

LVS 实际上相当于基于P地址的虚拟化应用，为基于IP地址和内容请求分发的负载均衡提出了一种高效的解决方法

LVS现在已成为Linux内核的一部分，默认编译为ip_vs模块，必要时能够自动调用。在CentOS 7系统中，以下操作可以手动加载ip_vs模块，并查看当前系统中ip_vs模块的版本信息。

开启LVS命令

modprobe ip_vs

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LVS的负载调度算法

固定调度算法

轮询(Round Robin)

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

加权轮询(Weighted Round Robin)

根据调度器设置的权重值来分发请求，权重值高的节点优先获得任务，分配的请求数越多
保证性能强的服务器承担更多的访问流量

目的地址哈希调度(destination hashing)

以目的地址为关键字查找一个静态hash表来获得所需RS。

源地址哈希调度(source hashing）

以源地址为关键字查找一个静态hash表来获得需要的RS。

动态调度算法

最少连接(Least Connections)

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

加权最少连接(Weighted Least Connections)

在服务器节点的性能差异较大时，可以为真实服务器自动调整权重性能较高的节点将承担更大比例的活动连接负载

基于地址的最小连接数调度（locality-based least-connection）

将来自同一个目的地址的请求分配给同一台RS，此时这台服务器是尚未满负荷的。否则就将这个请求分配给连接数最小的RS，并以它作为下一次分配的首先考虑。

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ipvsadm 工具选项说明

-A: 添加虚拟服务器-D: 删除整个虚拟服务器-s: 指定负载调度算法-a: 表示添加真实服务器(节点服务器)-d: 删除某一个节点-t: 指定 VIP 地址和 TCP端口-r: 指定RIP地址和 TCP端口-m: 表示使用 NAT群集模式-g: 表示使用 DR模式-i: 表示使用 TUN模式 -w: 设置权重（权重为0 时表示暂停节点）-p 60: 表示保持长连接60秒 -l: 列表查看 LVS虚拟服务器（默认为查看所有）-n: 以数字形式显示地址，端口信息，常与“-l”选项组合使用 ipvsadm -ln

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LVS-NAT部署实战

案例环境

LVS调度器作为WEB服务器池的网关，LVS两块网卡，分别连接内外网，使用轮询调度算法

负载调度器:内网关ens33:192.168.10.10，外网关ens36:12.0.0.1

web节点服务器1:192.168.10.100
web节点服务器2:192.168.10.101

NFS服务器:192.168.10.13
客户端:12.0.0.12

NFS服务器

启动服务

[root@localhost ~]# systemctl enable --now {rpcbind,nfs}

准备共享目录

将共享目录分别挂载到两个web服务器上

切换到负载调度器

vim /etc/sysctl.confnet.ipv4.ip_forward=1

开启LVS，安装ipvsadm，启动服务

[root@localhost ~]# modprobe ip_vs
[root@localhost ~]# yum install -y ipvsadm
[root@localhost ~]# ipvsadm-save > /etc/sysconfig/ipvsadm
[root@localhost ~]# systemctl start ipvsadm.service

将配置保存

[root@localhost ~]# ipvsadm --save > /etc/sysconfig/ipvsadm

切换到客户机 开网页验证

切换到负载调度器

删除单个规则

[root@localhost ~]# ipvsadm -d -t 12.0.0.1:80 -r 192.168.10.100:80

如果说删掉整个组

[root@localhost ~]# ipvsadm -D -t 12.0.0.1:80

如果说不小心删除整个组，可以重定向输出文件恢复

总结：

ipvsiptables底层都是用的nat转换技术，都是属于内核态netfilter
ipvs转发性能更好一些。

相对iptables管理的策略更少，iptables读取策略是按照规则表从上往下依次读取，而ipvs是直接根据分发策略转发

LVS 3种模式 NAT DR IP-TUNNEL
NAT模式会把调度器当做客户端访问的入口，也把调度器当做服务器回应客户端的访问出口，调度器将会成为整个负载均衡群集的瓶颈DR IP-TUNNEL

会把调度器当做客户端访问的入口，调度器会把请求转发给节点服务器，节点服务器回应是直接发送给客户端而不经过调度器

LVS 的转发是属于4层转发。就是说是基于IP+端口的转发，而且负载均衡性能是最好的

LNS调度算法（策略): rr轮询 wrr 加权轮询﹑1c最少连接 wlc加权最少连接 sh源地址哈希 dh目的地址哈希 lblc

要支持LVS的使用得加载 ip_vs模块。modprobe ip_vs
ipvs所有模块在/usr/lib/modules/3.10.0693.el7.x86_64/kernel/net/netfilter/ipvs/ 目录中

调度器将会成为整个负载均衡群集的瓶颈DR IP-TUNNEL

会把调度器当做客户端访问的入口，调度器会把请求转发给节点服务器，节点服务器回应是直接发送给客户端而不经过调度器