快速了解LVS负载均衡群集原理（群集分类与工作模式分析与区别）

「爱情、让人受尽委屈。」 2023-06-30 02:27 24阅读 0赞

### 文章目录 ###

*  前言
 *  一：负载均衡群集原理
 *   *   *  1.1：企业群集应用概述
         *  1.2：企业群集分类
         *   *   *  1.2.1：负载均衡群集（Load Balance Cluster）
                 *  1.2.2：高可用群集（High Availability Cluster）
                 *  1.2.3：高性能运算群集（High Performance Computer Cluster）
         *  1.3：负载均衡群集工作模式分析
         *   *   *  1.3.1：NAT模式
                 *  1.3.2：TUN模式
                 *  1.3.3：DR模式
                 *  1.3.4：三种工作模式的区别
 *  二：群集架构与虚拟服务器
 *   *   *  2.1：负载均衡群集的架构
         *  2.2：LVS虚拟服务器概述
         *  2.3：LVS群集创建与管理工具

# 前言 #

# 一：负载均衡群集原理 #

### 1.1：企业群集应用概述 ###

*  群集的含义
    
     *  Cluster，群集，集群
     *  由多台主机构成，但对外只表现为一个整体
 *  在互联网应用中，随着站点对硬件性能、响应速度、服务稳定性、数据可靠性等要求越来越高，单台服务器力不从心
 *  解决方法
    
     *  使用价格昂贵的小型机、大型机
     *  使用普通服务器构建服务群集
 *  阿里云中的SLB是典型的负载均衡调度器，ECS是云主机（虚拟机）
    
    SLB调度ECS，多个ECS组成资源池，构成云计算的基础

### 1.2：企业群集分类 ###

*  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

##### 1.2.1：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，分流算法即调度

##### 1.2.2：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和主从两种模式
    
     *  双工，两个平级状态的协同工作，随时顶替对方
     *  带有主从模式的，一台主，多台从，称为中心化群集
     *  去中心化机制：没有真正的主，如果有，也是象征意义的，所有节点都干活（Redis的群集就是典型去中心化机制）

##### 1.2.3：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
 *  高性能运算群集的髙性能依赖于“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

### 1.3：负载均衡群集工作模式分析 ###

*  负载均衡群集是目前企业用得最多的群集类型
 *  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（DR）

##### 1.3.1：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
 *  ![mark][]

##### 1.3.2：TUN模式 #####

*  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
 *  ![mark][mark 1]

##### 1.3.3：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
 *  ![mark][mark 2]

##### 1.3.4：三种工作模式的区别 #####

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th align="center">工作模式区别</th> 
   <th align="center">NAT模式</th> 
   <th align="center">TUN模式</th> 
   <th align="center">DR模式</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td align="center">Real server（节点服务器）</td> 
   <td align="center"></td> 
   <td align="center"></td> 
   <td align="center"></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="center">Server number（节点数量）</td> 
   <td align="center">Low 10-20</td> 
   <td align="center">High 100</td> 
   <td align="center">High 100</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="center">真实网关</td> 
   <td align="center">负载调度器</td> 
   <td align="center">自有路由器</td> 
   <td align="center">自由路由器</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="center">IP地址</td> 
   <td align="center">公网+私网</td> 
   <td align="center">公网</td> 
   <td align="center">私网</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="center">优点</td> 
   <td align="center">安全性高</td> 
   <td align="center">Wan环境加密数据</td> 
   <td align="center">性能最高</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="center">缺点</td> 
   <td align="center">效率低，压力大</td> 
   <td align="center">需要隧道支持</td> 
   <td align="center">不能跨越LAN</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

# 二：群集架构与虚拟服务器 #

### 2.1：负载均衡群集的架构 ###

*  负载均衡的架构
    
     *  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）
     *  ![mark][mark 3]

### 2.2：LVS虚拟服务器概述 ###

*  Linux Virtual Server
    
     *  针对 Linux内核的负载均衡解决方案
     *  1998年5月，由我国的章文嵩博士创建
     *      [root@localhost~]# modprobe ip_vs   '//确认内核对LVS的支持'
            [root@localhost~]# cat /proc/net/ip_vs
 *  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

### 2.3：LVS群集创建与管理工具 ###

*  使用ipvsadm工具
    
     *  创建虚拟服务器
     *  添加，删除服务器节点
     *  查看群集及节点情况
     *  报错负载分配策略

[mark]: https://imgconvert.csdnimg.cn/aHR0cDovL3Rhbmd6aGVuZy1waWNnby5vc3MtY24taGFuZ3pob3UuYWxpeXVuY3MuY29tL2ltZy8yMDIwMDExNC8xMDMyMzg2MDcucG5n?x-oss-process=image/format,png
[mark 1]: https://imgconvert.csdnimg.cn/aHR0cDovL3Rhbmd6aGVuZy1waWNnby5vc3MtY24taGFuZ3pob3UuYWxpeXVuY3MuY29tL2ltZy8yMDIwMDExNC8xMDM0MjM5MzAucG5n?x-oss-process=image/format,png
[mark 2]: https://imgconvert.csdnimg.cn/aHR0cDovL3Rhbmd6aGVuZy1waWNnby5vc3MtY24taGFuZ3pob3UuYWxpeXVuY3MuY29tL2ltZy8yMDIwMDExNC8xMDM2MTA3MDgucG5n?x-oss-process=image/format,png
[mark 3]: https://imgconvert.csdnimg.cn/aHR0cDovL3Rhbmd6aGVuZy1waWNnby5vc3MtY24taGFuZ3pob3UuYWxpeXVuY3MuY29tL2ltZy8yMDIwMDExNC8xMTE5MzE0NzUucG5n?x-oss-process=image/format,png