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LVS负载均衡群集——NAT地址转换模式实战（可跟做！）-创新互联

负载均衡群集(Load 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(LB)的整体性能LB的负载分配依赖于主节点的分流算法

创新互联公司是一家专业提供云和企业网站建设,专注与成都网站制作、成都网站设计、外贸营销网站建设、HTML5、小程序制作等业务。10年已为云和众多企业、政府机构等服务。创新互联专业网站建设公司优惠进行中。

群集的负载调度技术有三种工作模式

地址转换（本文只介绍NAT模式）
IP隧道
直接路由

NAT模式

地址转换 (Network AddressTranslation)

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一一个物理网络，安全性要优于其他两种方式

负载均衡群集架构

负载均衡的结构

第一层，负载调度器(Load Balancer或Director)
第二层，服务器池(Server Pool)
第三层，共享存储(Share Storage)

LVS负载均衡群集——NAT地址转换模式实战（可跟做！）

LVS的负载调度算法

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
保证处理能力强的服务器承担更多的访问流量

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

实验操作

实验环境

调度服务器（centos7）：  
      外（ens36）：12.0.0.1
      内（ens33）：192.168.200.1
web服务器1（centos7）：192.168.200.110
web服务器2（centos7）：192.168.200.120
存储服务器（centos7）：192.168.200.130
client客户端（win10）：12.0.0.12

1、验证存储服务器是否安装相关服务

[root@localhost ~]# rpm -q nfs-utils
nfs-utils-1.3.0-0.48.el7.x86_64   #已安装
[root@localhost ~]# rpm -q rpcbind
rpcbind-0.2.0-42.el7.x86_64   #已安装
[root@localhost ~]#

2、分别验证两台web服务器是否安装httpd服务，若没有，则安装

第一台：
[root@localhost ~]# rpm -q httpd
未安装软件包 httpd 
[root@localhost ~]# yum install httpd -y
.................//省略安装过程
[root@localhost ~]#

第二台：
[root@localhost ~]# rpm -q httpd
未安装软件包 httpd 
[root@localhost ~]# yum install httpd -y
.................//省略安装过程
[root@localhost ~]#

3、验证调度服务器是否有管理工具，若没有，则安装

[root@localhost ~]# rpm -q ipvsadm
未安装软件包 ipvsadm 
[root@localhost ~]# yum install ipvsadm -y
.................//省略安装过程
[root@localhost ~]#

一、配置调度服务器

1、将配置服务器的网络模式改为仅主机

LVS负载均衡群集——NAT地址转换模式实战（可跟做！）

2、配置存储服务器，固定IP地址

[root@localhost ~]# vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens33 
TYPE=Ethernet
PROXY_METHOD=none
BROWSER_ONLY=no
BOOTPROTO=static   #dhcp改为static
DEFROUTE=yes
IPV4_FAILURE_FATAL=no
IPV6INIT=yes
IPV6_AUTOCONF=yes
IPV6_DEFROUTE=yes
IPV6_FAILURE_FATAL=no
IPV6_ADDR_GEN_MODE=stable-privacy
NAME=ens33
UUID=09073596-a7cf-404c-a098-28c3ff58c44b
DEVICE=ens33
ONBOOT=yes
IPADDR=192.168.200.130   #IP地址
NETMASK=255.255.255.0   #子网掩码
GATEWAY=192.168.200.1   #网关
[root@localhost ~]# systemctl restart network   #重启网络服务
[root@localhost ~]# ifconfig    #查看网卡信息，ip设置成功
ens33: flags=4163  mtu 1500
        inet 192.168.200.130  netmask 255.255.255.0  broadcast 192.168.200.255
        inet6 fe80::5134:22f5:842b:5201  prefixlen 64  scopeid 0x20
        ether 00:0c:29:0d:f1:75  txqueuelen 1000  (Ethernet)
        RX packets 818  bytes 69866 (68.2 KiB)
        RX errors 0  dropped 0  overruns 0  frame 0
        TX packets 319  bytes 44103 (43.0 KiB)
        TX errors 0  dropped 0 overruns 0  carrier 0  collisions 0

3、关闭防火墙，开启存储共享服务

[root@localhost ~]# systemctl stop firewalld.service    #关闭防火墙
[root@localhost ~]# setenforce 0   #关闭增强性安全功能
[root@localhost ~]# 
[root@localhost ~]# systemctl start nfs.service   #开启nfs服务
[root@localhost ~]# systemctl start rpcbind   #开启rpcbind服务
[root@localhost ~]#

4、修改配置文件/etc/exports

[root@localhost ~]# vim /etc/exports
/usr/share *(ro,sync)   #共享目录给所有用户，权限制度
/opt/abc/ 192.168.200.0/24(rw,sync)   #共享目录到固定网段用户，权限读写
/opt/xyz/ 192.168.200.0/24(rw,sync)   #共享目录到固定网段用户，权限读写

5、创建共享目录，并授予权限

[root@localhost ~]# cd /opt/
[root@localhost opt]# ls
rh
[root@localhost opt]# mkdir abc xyz   #创建目录
[root@localhost opt]# ll
总用量 0
drwxr-xr-x. 2 root root 6 11月 26 17:33 abc
drwxr-xr-x. 2 root root 6 3月  26 2015 rh
drwxr-xr-x. 2 root root 6 11月 26 17:33 xyz
[root@localhost opt]# chmod 777 abc xyz   #授权
[root@localhost opt]# ll
总用量 0
drwxrwxrwx. 2 root root 6 11月 26 17:33 abc
drwxr-xr-x. 2 root root 6 3月  26 2015 rh
drwxrwxrwx. 2 root root 6 11月 26 17:33 xyz
[root@localhost opt]#

6、重新加载配置

[root@localhost opt]# exportfs -rv
exporting 192.168.200.0/24:/opt/xyz
exporting 192.168.200.0/24:/opt/abc
exporting *:/usr/share
[root@localhost opt]#

二、web服务器1的配置

1、修改web服务器1的网络模式为仅主机

LVS负载均衡群集——NAT地址转换模式实战（可跟做！）

2、配置固定IP地址

[root@localhost ~]# vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens33
TYPE=Ethernet
PROXY_METHOD=none
BROWSER_ONLY=no
BOOTPROTO=static   #dhcp改为static
DEFROUTE=yes
IPV4_FAILURE_FATAL=no
IPV6INIT=yes
IPV6_AUTOCONF=yes
IPV6_DEFROUTE=yes
IPV6_FAILURE_FATAL=no
IPV6_ADDR_GEN_MODE=stable-privacy
NAME=ens33
UUID=3ceed540-b04c-48d6-a4f7-79951f09ea1d
DEVICE=ens33
ONBOOT=yes
IPADDR=192.168.200.110   #IP地址
NETMASK=255.255.255.0   #子网掩码
GATEWAY=192.168.200.1   #网关
[root@localhost ~]# systemctl restart network   #重启网络服务
[root@localhost ~]# ifconfig    #查看网卡信息，ip设置成功
ens33: flags=4163  mtu 1500
        inet 192.168.200.110  netmask 255.255.255.0  broadcast 192.168.200.255
        inet6 fe80::3e1d:31ba:f66a:6f80  prefixlen 64  scopeid 0x20
        ether 00:0c:29:27:1c:3f  txqueuelen 1000  (Ethernet)
        RX packets 12581  bytes 15759224 (15.0 MiB)
        RX errors 0  dropped 0  overruns 0  frame 0
        TX packets 6118  bytes 501343 (489.5 KiB)
        TX errors 0  dropped 0 overruns 0  carrier 0  collisions 0

3、关闭防火墙，并开启http服务

[root@localhost ~]# systemctl stop firewalld.service    #关闭防火墙
[root@localhost ~]# setenforce 0   #关闭增强性安全功能 
[root@localhost ~]# systemctl start httpd.service    #开启http服务
[root@localhost ~]# netstat -ntap | grep 80   #查看端口
tcp6       0      0 :::80                   :::*                    LISTEN      50076/httpd         
[root@localhost ~]#

4、查看NFS服务共享信息

[root@localhost ~]# showmount -e 192.168.200.130
Export list for 192.168.200.130:
/usr/share *
/opt/xyz   192.168.200.0/24
/opt/abc   192.168.200.0/24
[root@localhost ~]#

5、挂载NFS的共享目录，并查看是否挂载成功

[root@localhost ~]# mount.nfs 192.168.200.130:/opt/abc /var/www/html/   #挂载
[root@localhost ~]# df -h   #查看挂载信息
文件系统                  容量  已用  可用 已用% 挂载点
/dev/sda2                  20G  3.4G   17G   17% /
devtmpfs                  898M     0  898M    0% /dev
tmpfs                     912M     0  912M    0% /dev/shm
tmpfs                     912M   18M  895M    2% /run
tmpfs                     912M     0  912M    0% /sys/fs/cgroup
/dev/sda5                  10G   37M   10G    1% /home
/dev/sda1                 6.0G  174M  5.9G    3% /boot
tmpfs                     183M  4.0K  183M    1% /run/user/42
tmpfs                     183M   40K  183M    1% /run/user/0
192.168.200.130:/opt/abc   20G  3.3G   17G   17% /var/www/html   #挂载成功
[root@localhost ~]#

6、在挂载目录创建首页文件，并在存储服务器，查看是否创建文件成功

web服务器1：
[root@localhost ~]# echo "this is abc web" > /var/www/html/index.html   #创建首页文件
[root@localhost ~]# 

存储服务器：
[root@localhost opt]# cd abc/
[root@localhost abc]# ls
index.html    #创建成功
[root@localhost abc]#

三、web服务器2的配置

1、修改web服务器2的网络模式为仅主机

LVS负载均衡群集——NAT地址转换模式实战（可跟做！）

2、配置固定IP地址

[root@localhost ~]# vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens33 
TYPE=Ethernet
PROXY_METHOD=none
BROWSER_ONLY=no
BOOTPROTO=static   #将dhcp改为static
DEFROUTE=yes
IPV4_FAILURE_FATAL=no
IPV6INIT=yes
IPV6_AUTOCONF=yes
IPV6_DEFROUTE=yes
IPV6_FAILURE_FATAL=no
IPV6_ADDR_GEN_MODE=stable-privacy
NAME=ens33
UUID=8ecd53ce-afdb-46f8-b7ff-b2f428a3bc8f
DEVICE=ens33
ONBOOT=yes
IPADDR=192.168.200.120   #IP地址
NETMASK=255.255.255.0   #子网掩码
GATEWAY=192.168.200.1   #网关
[root@localhost ~]# systemctl restart network   #重启网络服务
[root@localhost ~]# ifconfig    #查看网卡信息，ip设置成功
ens33: flags=4163  mtu 1500
        inet 192.168.200.120  netmask 255.255.255.0  broadcast 192.168.200.255
        inet6 fe80::c776:9d00:618:88f2  prefixlen 64  scopeid 0x20
        ether 00:0c:29:eb:34:07  txqueuelen 1000  (Ethernet)
        RX packets 13713  bytes 15997026 (15.2 MiB)
        RX errors 0  dropped 0  overruns 0  frame 0
        TX packets 5590  bytes 452930 (442.3 KiB)
        TX errors 0  dropped 0 overruns 0  carrier 0  collisions 0

3、关闭防火墙，并开启http服务

[root@localhost ~]# systemctl stop firewalld.service    #关闭防火墙
[root@localhost ~]# setenforce 0   #关闭增强性安全功能 
[root@localhost ~]# systemctl start httpd.service    #开启http服务
[root@localhost ~]# netstat -ntap | grep 80   #查看端口
tcp6       0      0 :::80                   :::*                    LISTEN      50572/httpd      
[root@localhost ~]#

4、查看NFS服务共享信息

[root@localhost ~]# showmount -e 192.168.200.130
Export list for 192.168.200.130:
/usr/share *
/opt/xyz   192.168.200.0/24
/opt/abc   192.168.200.0/24
[root@localhost ~]#

5、挂载NFS的共享目录，并查看是否挂载成功

[root@localhost ~]# mount.nfs 192.168.200.130:/opt/xyz /var/www/html/   #挂载
[root@localhost ~]# df -h   #查看挂载信息
文件系统                  容量  已用  可用 已用% 挂载点
/dev/sda2                  20G  3.4G   17G   17% /
devtmpfs                  898M     0  898M    0% /dev
tmpfs                     912M     0  912M    0% /dev/shm
tmpfs                     912M   18M  895M    2% /run
tmpfs                     912M     0  912M    0% /sys/fs/cgroup
/dev/sda5                  10G   37M   10G    1% /home
/dev/sda1                 6.0G  174M  5.9G    3% /boot
tmpfs                     183M  4.0K  183M    1% /run/user/42
tmpfs                     183M   40K  183M    1% /run/user/0
192.168.200.130:/opt/xyz   20G  3.3G   17G   17% /var/www/html   #挂载成功
[root@localhost ~]#

6、在挂载目录创建首页文件，并在存储服务器，查看是否创建文件成功

web服务器2：
[root@localhost ~]# echo "this is xyz web" > /var/www/html/index.html   #创建首页文件
[root@localhost ~]# 

存储服务器：
[root@localhost abc]# cd ../xyz/
[root@localhost xyz]# ls
index.html    #创建成功
[root@localhost xyz]#

四、调度服务器的配置

1、给调度服务器添加一块网卡，把两个网卡的网络模式都改为仅主机

LVS负载均衡群集——NAT地址转换模式实战（可跟做！）

2、修改ens33网卡配置文件，设置固定IP

[root@localhost ~]# vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens33
TYPE=Ethernet
PROXY_METHOD=none
BROWSER_ONLY=no
BOOTPROTO=static   #将dhcp改为static
DEFROUTE=yes
IPV4_FAILURE_FATAL=no
IPV6INIT=yes
IPV6_AUTOCONF=yes
IPV6_DEFROUTE=yes
IPV6_FAILURE_FATAL=no
IPV6_ADDR_GEN_MODE=stable-privacy
NAME=ens33
UUID=c96bc909-188e-ec64-3a96-6a90982b08ad
DEVICE=ens33
ONBOOT=yes
IPADDR=192.168.200.1   #IP地址
NETMASK=255.255.255.0   #子网掩码

3、修改ens36网卡配置文件，设置固定IP

[root@localhost ~]# cd /etc/sysconfig/network-scripts/
[root@localhost network-scripts]# cp ifcfg-ens33 ifcfg-ens36   #复制一份ens33的配置文件作为ens36配置文件
[root@localhost network-scripts]# vim ifcfg-ens36
TYPE=Ethernet
PROXY_METHOD=none
BROWSER_ONLY=no
BOOTPROTO=static   #将dhcp改为static
DEFROUTE=yes
IPV4_FAILURE_FATAL=no
IPV6INIT=yes
IPV6_AUTOCONF=yes
IPV6_DEFROUTE=yes
IPV6_FAILURE_FATAL=no
IPV6_ADDR_GEN_MODE=stable-privacy
NAME=ens36   #ens33改为ens36，并删除UUID
DEVICE=ens36   #ens33改为ens36
ONBOOT=yes
IPADDR=12.0.0.1   #IP地址
NETMASK=255.255.255.0   #子网掩码

4、重启网络服务，检查IP配置是否成功

[root@localhost network-scripts]# systemctl restart network   #重启网络服务
[root@localhost network-scripts]# ifconfig    #查看网卡信息
ens33: flags=4163  mtu 1500
        inet 192.168.200.1  netmask 255.255.255.0  broadcast 192.168.200.255
        inet6 fe80::28ad:c7f1:25e8:8708  prefixlen 64  scopeid 0x20
        ether 00:0c:29:95:9b:1b  txqueuelen 1000  (Ethernet)
        RX packets 11757  bytes 12899133 (12.3 MiB)
        RX errors 0  dropped 0  overruns 0  frame 0
        TX packets 4731  bytes 325771 (318.1 KiB)
        TX errors 0  dropped 0 overruns 0  carrier 0  collisions 0

ens36: flags=4163  mtu 1500
        inet 12.0.0.1  netmask 255.255.255.0  broadcast 12.0.0.255
        inet6 fe80::10ce:358b:94ed:c4e9  prefixlen 64  scopeid 0x20
        ether 00:0c:29:95:9b:25  txqueuelen 1000  (Ethernet)
        RX packets 130  bytes 10117 (9.8 KiB)
        RX errors 0  dropped 0  overruns 0  frame 0
        TX packets 178  bytes 30232 (29.5 KiB)
        TX errors 0  dropped 0 overruns 0  carrier 0  collisions 0

5、修改配置文件/etc/sysctl.conf

[root@localhost ~]# vim /etc/sysctl.conf 
net.ipv4.ip_forward=1   #开启路由功能
[root@localhost ~]# sysctl -p   #重新加载/etc/sysctl.conf中配置
net.ipv4.ip_forward = 1
[root@localhost ~]#

6、配置NAT转换

[root@localhost ~]# iptables -t nat -F   #清除nat缓存
[root@localhost ~]# iptables -F   #清除规则
[root@localhost ~]# iptables -t nat -A POSTROUTING -o ens36 -s 192.168.200.0/24 -j SNAT --to-source 12.0.0.1
#配置NAT转换
[root@localhost ~]#

7、开启ipvsadm服务

[root@localhost ~]# modprobe ip_vs   #启动模块
[root@localhost ~]# cat /proc/net/ip_vs   #查看服务信息
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
  -> RemoteAddress:Port Forward Weight ActiveConn InActConn
[root@localhost ~]# ipvsadm --save > /etc/sysconfig/ipvsadm   #保存服务配置
[root@localhost ~]# systemctl start ipvsadm.service    #开启服务
[root@localhost ~]#

8、添加ipvsadm服务脚本，并执行

[root@localhost ~]# cd /opt/   #切换目录
[root@localhost opt]# vim nat.sh   #编辑脚本
#!/bin/bash
ipvsadm -C   #清除内核虚拟服务器表中的所有记录
ipvsadm -A -t 12.0.0.1:80 -s rr   #增加一台新的虚拟服务器
ipvsadm -a -t 12.0.0.1:80 -r 192.168.200.110:80 -m   #在虚拟服务器中增加一台新的真实服务器。
ipvsadm -a -t 12.0.0.1:80 -r 192.168.200.120:80 -m   #在虚拟服务器中增加一台新的真实服务器。
ipvsadm   #开启服务
[root@localhost opt]# source nat.sh    #执行脚本
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
  -> RemoteAddress:Port           Forward Weight ActiveConn InActConn
TCP  localhost.localdomain:http rr
  -> 192.168.200.110:http         Masq    1      0          0         
  -> 192.168.200.120:http         Masq    1      0          0         
[root@localhost opt]# 

ipvsadm相关可选项含义：
-A:在内核的虚拟服务器列表中添加一条新的虚拟服务器记录。也就是增加一台新的虚拟服务器。虚拟服务器地址由三元组唯一定义：IP地址，端口号和协议。虚拟服务器也可以由防火墙标记定义。
-C:清除内核虚拟服务器表中的所有记录。
-a:在内核虚拟服务器表的一条记录里添加一条新的真实服务器记录。也就是在一个虚拟服务器中增加一台新的真实服务器。
-t:说明虚拟服务器提供的是tcp 的服务。
-s:将TCP连接和UDP数据报分配给真实服务器的算法。
-m:使用伪装（网络访问转换或NAT）。
rr:轮询，调度器通过”轮询”调度算法将外部请求按顺序轮流分配到集群中的真实服务器上，它均等地对待每一台服务器，而不管服务器上实际的连接数和系统负载。
wrr:加权轮询，调度器通过”加权轮询”调度算法根据真实服务器的不同处理能力来调度访问请求。这样可以保证处理能力强的服务器处理更多的访问流量。调度器可以自动问询真实服务器的负载情况，并动态地调整其权值。
lc:最少连接,当有新的作业到达时，调度器选择一个当前作业量较少的真实服务器，并把新到达的作业分配给它。如果集群系统的真实服务器具有相近的系统性能，采用”最小连接”调度算法可以较好地均衡负载。
wlc:加权最小连接,将更多的作业分配给作业较少且相对于权重较高（Ci / Wi）的服务器。这是默认值。

五、测试负载均衡群集NAT模式

1、修改win10主机网络模式为仅主机

LVS负载均衡群集——NAT地址转换模式实战（可跟做！）

2、修改win10主机IP地址

LVS负载均衡群集——NAT地址转换模式实战（可跟做！）

3、关闭win10主机防火墙

LVS负载均衡群集——NAT地址转换模式实战（可跟做！）

4、用win10主机访问IP地址：12.0.0.1

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5、再次刷新浏览器，由于采用轮询算法，页面转到另一个主页

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LVS负载均衡群集——NAT地址转换模式实战（可跟做！）-创新互联

负载均衡群集(Load Balance Cluster)

群集的负载调度技术有三种工作模式

NAT模式

地址转换 (Network AddressTranslation)

负载均衡群集架构

负载均衡的结构

LVS的负载调度算法

轮询(Round Robin)

加权轮询(Weighted Round Robin)

最少连接(Least Connections)

加权最少连接(Weighted Least Connections)

实验操作

实验环境

1、验证存储服务器是否安装相关服务

2、分别验证两台web服务器是否安装httpd服务，若没有，则安装

3、验证调度服务器是否有管理工具，若没有，则安装

一、配置调度服务器

1、将配置服务器的网络模式改为仅主机

2、配置存储服务器，固定IP地址

3、关闭防火墙，开启存储共享服务

4、修改配置文件/etc/exports

5、创建共享目录，并授予权限

6、重新加载配置

二、web服务器1的配置

1、修改web服务器1的网络模式为仅主机

2、配置固定IP地址

3、关闭防火墙，并开启http服务

4、查看NFS服务共享信息

5、挂载NFS的共享目录，并查看是否挂载成功

6、在挂载目录创建首页文件，并在存储服务器，查看是否创建文件成功

三、web服务器2的配置

1、修改web服务器2的网络模式为仅主机

2、配置固定IP地址

3、关闭防火墙，并开启http服务

4、查看NFS服务共享信息

5、挂载NFS的共享目录，并查看是否挂载成功

6、在挂载目录创建首页文件，并在存储服务器，查看是否创建文件成功

四、调度服务器的配置

1、给调度服务器添加一块网卡，把两个网卡的网络模式都改为仅主机

2、修改ens33网卡配置文件，设置固定IP

3、修改ens36网卡配置文件，设置固定IP

4、重启网络服务，检查IP配置是否成功

5、修改配置文件/etc/sysctl.conf

6、配置NAT转换

7、开启ipvsadm服务

8、添加ipvsadm服务脚本，并执行

五、测试负载均衡群集NAT模式

1、修改win10主机网络模式为仅主机

2、修改win10主机IP地址

3、关闭win10主机防火墙

4、用win10主机访问IP地址：12.0.0.1

5、再次刷新浏览器，由于采用轮询算法，页面转到另一个主页

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