LVS-NAT模式搭建

朴灿烈づ我的快乐病毒、 2022-12-04 07:58 170阅读 0赞

# 一 负载均衡集群介绍 #

*  主流开源软件LVS、keepalived、haproxy、nginx等
 *  其中LVS属于4层（网络OSI 7层模型），nginx属于7层，haproxy既可以认为是4层，也可以当做7层使用
 *  keepalived的负载均衡功能其实就是lvs  
    lvs是keepalived内置的功能
 *  lvs这种4层的负载均衡是可以分发除80外的其他端口通信的，比如MySQL的，而nginx仅仅支持http，https，mail，haproxy也支持MySQL这种TCP的负载均衡  
    nginx可以根据网站目录来区分后端真正提供服务的服务器；而4层的只是提供数据包的分发、转发，不会关心包里面的数据
 *  相比较来说，LVS这种4层的更稳定，能承受更多的请求，而nginx这种7层的更加灵活，能实现更多的个性化需求

# 二 LVS介绍 #

*  LVS是由国人章文嵩开发
 *  流行度不亚于apache的httpd，基于TCP/IP做的路由和转发，稳定性和效率很高
 *  LVS最新版本基于Linux内核2.6，有好多年不更新了
 *  LVS有三种常见的模式：NAT、DR、IP Tunnel
 *  LVS架构中有一个核心角色叫做分发器（Load balance），它用来分发用户的请求，还有诸多处理用户请求的服务器（Real Server，简称rs）

## LVS NAT模式 ##

![LVS NAT模式工作原理][LVS NAT]

*  这种模式借助iptables的nat表来实现
 *  用户的请求到分发器后，通过预设的iptables规则，把请求的数据包转发到后端的rs上去
 *  rs需要设定网关为分发器的内网ip
 *  用户请求的数据包和返回给用户的数据包全部经过分发器，所以分发器成为瓶颈
 *  在nat模式中，只需要分发器有公网ip即可，所以比较节省公网ip资源

## LVS IP Tunnel模式 ##

![输入图片说明][format_png]

*  这种模式，需要有一个公共的IP配置在分发器和所有rs上，我们把它叫做vip
 *  客户端请求的目标IP为vip，分发器接收到请求数据包后，会对数据包做一个加工，会把目标IP改为rs的IP，这样数据包就到了rs上
 *  rs接收数据包后，会还原原始数据包，这样目标IP为vip，因为所有rs上配置了这个vip，所以它会认为是它自己

## LVS DR模式 ##

![输入图片说明][format_png 1]

*  这种模式，也需要有一个公共的IP配置在分发器和所有rs上，也就是vip
 *  和IP Tunnel不同的是，它会把数据包的MAC地址修改为rs的MAC地址
 *  rs接收数据包后，会还原原始数据包，这样目标IP为vip，因为所有rs上配置了这个vip，所以它会认为是它自己

# 三 LVS调度算法 #

1.  轮询 Round-Robin rr
2.  加权轮询 Weight Round-Robin wrr
3.  最小连接 Least-Connection lc
4.  加权最小连接 Weight Least-Connection wlc
5.  基于局部性的最小连接 Locality-Based Least Connections lblc
6.  带复制的基于局部性最小连接 Locality-Based Least Connections with Replication lblcr
7.  目标地址散列调度 Destination Hashing dh
8.  源地址散列调度 Source Hashing sh

# 四 LVS NAT模式搭建 #

### 1）准备工作 ###

三台机器

1.  分发器，也叫调度器（简写为dir）  
    内网：75.136，外网：95.144（vmware仅主机模式） 这里需要两个网卡，我使用的是ens33 和ens37,内网使用ens33网卡，外网使用ens37网卡，并设置为仅主机模式，设置界面如下： ![输入图片说明][format_png 2] 设置完毕后，我们可以查看到这个新的网卡所在的子网为95.0 ![输入图片说明][format_png 3] 下面我们来将ens37的IP设置为95.144，修改的地方是IPADDR，并删除UUID,不需要设置网关

[root@lijie-01 ~]# vi /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens37
    HWADDR=00:0C:29:21:5E:CA
    TYPE=Ethernet
    PROXY_METHOD=none
    BROWSER_ONLY=no
    BOOTPROTO=none
    IPADDR=192.168.95.144
    PREFIX=24
    DEFROUTE=yes
    IPV4_FAILURE_FATAL=no
    IPV4_DNS_PRIORITY=100
    IPV6INIT=yes
    IPV6_AUTOCONF=no
    IPV6_DEFROUTE=yes
    IPV6_FAILURE_FATAL=no
    IPV6_ADDR_GEN_MODE=stable-privacy
    IPV6_DNS_PRIORITY=100
    NAME=ens37
    DEVICE=ens37
    ONBOOT=no
    ZONE=block
    [root@lijie-01 ~]# ifup ens37
    连接已成功激活（D-Bus 活动路径：/org/freedesktop/NetworkManager/ActiveConnection/2）
    [root@lijie-01 ~]#

随后我们从windows中ping一下新建的这个网卡

C:\Users\mixuyulv>ping 192.168.75.136       
    正在 Ping 192.168.75.136 具有 32 字节的数据:     
    来自 192.168.75.136 的回复: 字节=32 时间<1ms TTL=64    
    来自 192.168.75.136 的回复: 字节=32 时间<1ms TTL=64  
    来自 192.168.75.136 的回复: 字节=32 时间<1ms TTL=64   
    来自 192.168.75.136 的回复: 字节=32 时间<1ms TTL=64   
    192.168.75.136 的 Ping 统计信息:  
    
        数据包: 已发送 = 4，已接收 = 4，丢失 = 0 (0% 丢失)，  
    往返行程的估计时间(以毫秒为单位):    
    
        最短 = 0ms，最长 = 0ms，平均 = 0ms   
    C:\Users\mixuyulv>

1.  rs1  
    内网：75.134，设置网关为75.136

[root@lijie-02 ~]# vi /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens33

TYPE=Ethernet
    iPROXY_METHOD=none
    BROWSER_ONLY=no
    BOOTPROTO=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
    DEVICE=ens33
    ONBOOT=yes
    IPADDR=192.168.75.134
    NETMASK=255.255.255.0
    GATEWAY=192.168.75.136
    DNS1=119.29.29.29

我们还需要重启网络服务，重启后这台机器就不能上网了，

[root@lijie-02 ~]# systemctl restart network.service
    [root@lijie-02 ~]# ping www.qq.com
    ping: www.qq.com: 未知的名称或服务
    [root@lijie-02 ~]#

我们现在再来查看网关就变成了75.136

[root@lijie-02 ~]# route -n
    Kernel IP routing table
    Destination     Gateway         Genmask         Flags Metric Ref    Use Iface
    0.0.0.0         192.168.75.136  0.0.0.0         UG    100    0        0 ens33
    192.168.75.0    0.0.0.0         255.255.255.0   U     100    0        0 ens33
    192.168.122.0   0.0.0.0         255.255.255.0   U     0      0        0 virbr0
    [root@lijie-02 ~]#

1.  rs2  
    内网：75.130，设置网关为75.136

[root@lijie-03 ~]# vi /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens33

TYPE=Ethernet
    PROXY_METHOD=none
    BROWSER_ONLY=no
    BOOTPROTO=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=087b59ca-7e9f-4b76-a456-ada0fa5a7af4
    DEVICE=ens33
    ONBOOT=yes
    IPADDR=192.168.75.130
    NETMASK=255.255.255.0
    GATEWAY=192.168.75.136
    DNS1=119.29.29.29

我们还需要重启网络服务，重启后这台机器就不能上网了，

[root@lijie-03 ~]# systemctl restart network.service
    [root@lijie-03 ~]# ping www.qq.com
    ping: www.qq.com: 未知的名称或服务
    [root@lijie-02 ~]#

我们现在再来查看网关就变成了75.136

[root@lijie-03 ~]# route -n
    Kernel IP routing table
    Destination     Gateway         Genmask         Flags Metric Ref    Use Iface
    0.0.0.0         192.168.75.136  0.0.0.0         UG    100    0        0 ens33
    192.168.75.0    0.0.0.0         255.255.255.0   U     100    0        0 ens33
    [root@lijie-03 ~]#

1.  三台机器上都执行执行

[root@lijie-01 ~]# systemctl stop firewalld     
    [root@lijie-01 ~]# systemctl disable firewalld   
    Removed symlink /etc/systemd/system/multi-user.target.wants/firewalld.service.   
    Removed symlink /etc/systemd/system/dbus-org.fedoraproject.FirewallD1.service.   
    [root@lijie-01 ~]# iptables -nvL    
    Chain INPUT (policy ACCEPT 0 packets, 0 bytes)   
     pkts bytes target     prot opt in     out     source               destination         
    Chain FORWARD (policy ACCEPT 0 packets, 0 bytes)    
     pkts bytes target     prot opt in     out     source               destination         
    Chain OUTPUT (policy ACCEPT 0 packets, 0 bytes)
     pkts bytes target     prot opt in     out     source               destination         
    [root@lijie-01 ~]#

这里建议使用centos6里面的iptables的方式，需要安装iptables-service

[root@lijie-01 ~]# yum install -y iptables-services

随后启动iptables-service服务

[root@lijie-01 ~]# systemctl start iptables-services
    Failed to start iptables-services.service: Unit not found.
    [root@lijie-01 ~]#

我们可以使用下面命令查看iptables-services 这个服务是否成功安装

[root@lijie-01 ~]# rpm -ql iptables-services
    /etc/sysconfig/ip6tables
    /etc/sysconfig/iptables
    /usr/lib/systemd/system/ip6tables.service
    /usr/lib/systemd/system/iptables.service
    /usr/libexec/initscripts/legacy-actions/ip6tables
    /usr/libexec/initscripts/legacy-actions/ip6tables/panic
    /usr/libexec/initscripts/legacy-actions/ip6tables/save
    /usr/libexec/initscripts/legacy-actions/iptables
    /usr/libexec/initscripts/legacy-actions/iptables/panic
    /usr/libexec/initscripts/legacy-actions/iptables/save
    /usr/libexec/iptables
    /usr/libexec/iptables/ip6tables.init
    /usr/libexec/iptables/iptables.init
    [root@lijie-01 ~]#

从上图我们发现使用的命令有误，开启iptables服务应使用以下命令

[root@lijie-01 ~]# systemctl start iptables
    [root@lijie-01 ~]#

随后使iptables有效

[root@lijie-01 ~]# systemctl enable iptables
    Created symlink from /etc/systemd/system/basic.target.wants/iptables.service to /usr/lib/systemd/system/iptables.service.
    [root@lijie-01 ~]#

上面我们开启iptables的目的是为了清空规则，以便后面调用空规则

[root@lijie-01 ~]# iptables -F
    [root@lijie-01 ~]# service iptables save
    iptables: Saving firewall rules to /etc/sysconfig/iptables:[  确定  ]
    [root@lijie-01 ~]#

还需要关闭selinux

[root@lijie-01 ~]# setenforce 0
    [root@lijie-01 ~]#

保险起见，最好还是修改配置文件/etc/selinux/config中selinux值从enforcing变为disabled来关闭selinux

# This file controls the state of SELinux on the system.
    # SELINUX= can take one of these three values:
    #     enforcing - SELinux security policy is enforced.
    #     permissive - SELinux prints warnings instead of enforcing.
    #     disabled - No SELinux policy is loaded.
    SELINUX=disabled
    # SELINUXTYPE= can take one of three two values:
    #     targeted - Targeted processes are protected,
    #     minimum - Modification of targeted policy. Only selected processes are protected.
    #     mls - Multi Level Security protection.
    SELINUXTYPE=targeted

至此，准备工作完毕

### 2）搭建工作 ###

1.  在dir上安装ipvsadm

[root@lijie-01 ~]# yum install -y ipvsdam

1.  在dir上编写脚本，vim /usr/local/sbin/lvs\_nat.sh//内容如下

#! /bin/bash
    # director 服务器上开启路由转发功能
    echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward
    # 关闭icmp的重定向
    echo 0 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/send_redirects
    echo 0 > /proc/sys/net/ipv4/conf/default/send_redirects
    # 注意区分网卡名字，我的两个网卡分别为ens33和ens37
    echo 0 > /proc/sys/net/ipv4/conf/ens33/send_redirects
    echo 0 > /proc/sys/net/ipv4/conf/ens37/send_redirects
    # director 设置nat防火墙
    iptables -t nat -F
    iptables -t nat -X
    iptables -t nat -A POSTROUTING -s 192.168.75.0/24  -j MASQUERADE
    # director设置ipvsadm
    IPVSADM='/usr/sbin/ipvsadm'
    $IPVSADM -C
    #这里的wlc是算法，算法还有如rr、lc
    $IPVSADM -A -t 192.168.95.144:80 -s wlc -p 3
    $IPVSADM -a -t 192.168.95.144:80 -r 192.168.75.134:80 -m -w 1
    $IPVSADM -a -t 192.168.95.144:80 -r 192.168.75.130:80 -m -w 1

我们来执行下这个脚本，没有任何输出，说明脚本没有语法错误

[root@lijie-01 ~]# sh /usr/local/sbin/lvs_nat.sh
    [root@lijie-01 ~]#

### 3）NAT模式效果测试 ###

1.  两台rs上都安装nginx
2.  设置两台rs的主页，做一个区分，也就是说直接curl两台rs的ip时，得到不同的结果
3.  浏览器里访问192.168.95.144，多访问几次看结果差异

扩展：  
lvs 三种模式详解 [http://www.it165.net/admin/html/201401/2248.html][http_www.it165.net_admin_html_201401_2248.html]  
lvs几种算法 [http://www.aminglinux.com/bbs/thread-7407-1-1.html][http_www.aminglinux.com_bbs_thread-7407-1-1.html]  
关于arp\_ignore和 arp\_announce [http://www.cnblogs.com/lgfeng/archive/2012/10/16/2726308.html][http_www.cnblogs.com_lgfeng_archive_2012_10_16_2726308.html]  
lvs原理相关的 [http://blog.csdn.net/pi9nc/article/details/23380589][http_blog.csdn.net_pi9nc_article_details_23380589]

[LVS NAT]: /images/20221123/0932cec57a544467804bce3602d32423.png
[format_png]: /images/20221123/924db33c1e974c219def3b1142d3116a.png
[format_png 1]: /images/20221123/5f2cc0c2891d49b8a27371df9210c3ab.png
[format_png 2]: https://imgconvert.csdnimg.cn/aHR0cHM6Ly9zdGF0aWMub3NjaGluYS5uZXQvdXBsb2Fkcy9pbWcvMjAxODA0LzExMjMwNzAxX0JHUW8ucG5n?x-oss-process=image/format,png
[format_png 3]: /images/20221123/182b5e5c059b444ea4caf821e407b6ba.png
[http_www.it165.net_admin_html_201401_2248.html]: http://www.it165.net/admin/html/201401/2248.html
[http_www.aminglinux.com_bbs_thread-7407-1-1.html]: http://www.aminglinux.com/bbs/thread-7407-1-1.html
[http_www.cnblogs.com_lgfeng_archive_2012_10_16_2726308.html]: http://www.cnblogs.com/lgfeng/archive/2012/10/16/2726308.html
[http_blog.csdn.net_pi9nc_article_details_23380589]: http://blog.csdn.net/pi9nc/article/details/23380589