LVS負載均衡之NAT模式部署
1、LVS的NAT模式介紹
參考自官網：http://www.linuxvirtualserver.org/zh/lvs3.html
由於IPv4中IP地址空間的日益緊張和安全方面的原因，很多網絡使用保留IP地址（10.0.0.0/255.0.0.0、 172.16.0.0/255.128.0.0和192.168.0.0/255.255.0.0）[64, 65, 66]。這些地址不在Internet上使用，而是專門為內部網絡預留的。當內部網絡中的主機要訪問Internet或被Internet訪問時，就需要 采用網絡地址轉換（Network Address Translation, 以下簡稱NAT），將內部地址轉化為Internets上可用的外部地址。NAT的工作原理是報文頭（目標地址、源地址和端口等）被正確改寫後，客戶相信 它們連接一個IP地址，而不同IP地址的服務器組也認為它們是與客戶直接相連的。由此，可以用NAT方法將不同IP地址的並行網絡服務變成在一個IP地址 上的一個虛擬服務。
VS/NAT的體系結構如圖所示。在一組服務器前有一個調度器，它們是通過Switch/HUB相連接的。這些服務器 提供相同的網絡服務、相同的內容，即不管請求被發送到哪一臺服務器，執行結果是一樣的。服務的內容可以復制到每臺服務器的本地硬盤上，可以通過網絡文件系 統（如NFS）共享，也可以通過一個分布式文件系統來提供。
客戶通過Virtual IP Address（虛擬服務的IP地址）訪問網絡服務時，請求報文到達調度器，調度器根據連接調度算法從一組真實服務器中選出一臺服務器，將報文的目標地址 Virtual IP Address改寫成選定服務器的地址，報文的目標端口改寫成選定服務器的相應端口，最後將修改後的報文發送給選出的服務器。同時，調度器在連接Hash 表中記錄這個連接，當這個連接的下一個報文到達時，從連接Hash表中可以得到原選定服務器的地址和端口，進行同樣的改寫操作，並將報文傳給原選定的服務 器。當來自真實服務器的響應報文經過調度器時，調度器將報文的源地址和源端口改為Virtual IP Address和相應的端口，再把報文發給用戶。我們在連接上引入一個狀態機，不同的報文會使得連接處於不同的狀態，不同的狀態有不同的超時值。在TCP 連接中，根據標準的TCP有限狀態機進行狀態遷移，這裏我們不一一敘述，請參見W. Richard Stevens的《TCP/IP Illustrated Volume I》；在UDP中，我們只設置一個UDP狀態。不同狀態的超時值是可以設置的，在缺省情況下，SYN狀態的超時為1分鐘，ESTABLISHED狀態的超 時為15分鐘，FIN狀態的超時為1分鐘；UDP狀態的超時為5分鐘。當連接終止或超時，調度器將這個連接從連接Hash表中刪除。
這樣，客戶所看到的只是在Virtual IP Address上提供的服務，而服務器集群的結構對用戶是透明的。對改寫後的報文，應用增量調整Checksum的算法調整TCP Checksum的值，避免了掃描整個報文來計算Checksum的開銷。
在一些網絡服務中，它們將IP地址或者端口號在報文的數據中傳送，若我們只對報文頭的IP地址和端口號作轉換，這樣就會出現不一致性，服務會中斷。所以，針 對這些服務，需要編寫相應的應用模塊來轉換報文數據中的IP地址或者端口號。我們所知道有這個問題的網絡服務有FTP、IRC、H.323、 CUSeeMe、Real Audio、Real Video、Vxtreme / Vosiac、VDOLive、VIVOActive、True Speech、RSTP、PPTP、StreamWorks、NTT AudioLink、NTT SoftwareVision、Yamaha MIDPlug、iChat Pager、Quake和Diablo。
簡單來說，這種模式借助iptables的nat表來實現
用戶的請求到分發器後，通過預設的iptables規則，把請求的數據包轉發到後端的rs上去
rs需要設定網關為分發器的內網ip
用戶請求的數據包和返回給用戶的數據包全部經過分發器，所以分發器成為瓶頸
在nat模式中，只需要分發器有公網ip即可，所以比較節省公網ip資源
缺點：擴展性有限。高負載模式下，director可能成為瓶頸
優點：支持任意操作系統，節點服務器使用私有IP地址，與負載調度器位於同一個物理網絡，安全性比DR模式和TUN模式要高。
部署過程
環境：
lvs eth0：10.0.0.3 gateway：10.0.0.254 eth1：192.168.1.3
web01 eth0：192.168.1.7 gateway：192.168.1.3
web02 eth0：192.168.1.8 gateway：192.168.1.3
1、配置lvs服務器為路由器
web01和web02只有內網卡，配置lvs為路由器使其上網
[root@lvs ~]# vim /etc/sysctl.conf
[root@lvs ~]# sysctl -p
net.ipv4.ip_forward = 1
[root@lvs ~]# iptables -F
[root@lvs ~]# iptables -t nat -A POSTROUTING -s 192.168.1.0/24 -o eth0 -j MASQUERADE
2、web服務器準備
在web服務器上安裝httpd服務來進行模擬，每臺服務器的web首頁不同，在負載均衡測試的時候以便區分
web01
[root@web01 ~]# yum install -y httpd
[root@web01 ~]# systemctl start httpd.service
[root@web01 ~]# systemctl enable httpd.service
[root@web01 ~]# echo ‘web01‘> /var/www/html/index.html
[root@web01 ~]# curl 127.0.0.1
web01
web02
[root@web02 ~]# yum install -y httpd
[root@web02 ~]# systemctl start httpd.service
[root@web02 ~]# systemctl enable httpd.service
[root@web02 ~]# echo ‘web02‘> /var/www/html/index.html
[root@web02 ~]# curl 127.0.0.1
web02
3、lvs服務器配置
[root@lvs ~]# yum install -y ipvsadm #安裝lvs核心管理軟件包
[root@lvs ~]# ipvsadm -C
[root@lvs ~]# ipvsadm -A -t 10.0.0.3:80 -s rr
[root@lvs ~]# ipvsadm -a -t 10.0.0.3:80 -r 192.168.1.7 -m
[root@lvs ~]# ipvsadm -a -t 10.0.0.3:80 -r 192.168.1.8 -m
參數說明：
-C --clear清除內核虛擬服務器表中的所有記錄
-A --add-service在內核的虛擬服務器表中添加一條新的虛擬服務器記錄
-t --tcp-service service-address說明虛擬服務器提供的是tcp 的服務
-s --scheduler scheduler使用的調度算法，調度算法可以指定以下8種：rr（輪詢），wrr（權重），lc（最後連接），wlc（權重），lblc（本地最後連接），lblcr（帶復制的本地最後連接），dh（目的地址哈希），sh（源地址哈希），sed（最小期望延遲），nq（永不排隊）
-a --add-server在內核虛擬服務器表的一條記錄裏添加一條新的真實服務器記錄。也就是在一個虛擬服務器中增加一臺新的真實服務器
-r --real-server server-address指定真實的服務器[Real-Server:port]
-m --masquerading指定LVS 的工作模式為NAT 模式
調度測試
[root@lvs ~]# curl 10.0.0.3
web01
[root@lvs ~]# curl 10.0.0.3
web02
[root@lvs ~]# ipvsadm -L -n
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
-> RemoteAddress:Port Forward Weight ActiveConn InActConn
TCP 10.0.0.3:80 rr
-> 192.168.1.7:80 Masq 1 0 0
-> 192.168.1.8:80 Masq 1 0 1
-L --list 顯示內核虛擬服務器表
-n 不解析端口使用的協議
4、keepalived結合lvs_NAT模式
配置keepalived增加虛擬ip，從而管理到lvs，可以進一步配置為lvs服務器的高可用
[root@lvs ~]# yum install keepalived -y
[root@lvs ~]# vim /etc/keepalived/keepalived.conf
! Configuration File for keepalived
global_defs {
router_id LVS_DEVEL #表示keepalived服務器的一個標識
}
vrrp_instance VI_1 { #定義一個vrrp組，組名唯一
state MASTER #定義改主機為keepalived的master主機
interface eth0 #監控eth0號端口
virtual_router_id 51 #虛擬路由id號為51，id號唯一，這個id決定了多播的MAC地址
priority 100 #節點優先級
advert_int 1 #檢查間隔，默認為1秒
authentication {
auth_type PASS #認證方式，密碼認證
auth_pass 1111 #認證密碼
}
virtual_ipaddress {
10.0.0.4 #虛擬ip地址
}
}
virtual_server 10.0.0.4 80 { #虛擬主機設置
delay_loop 6 #每隔6秒查詢realserver狀態
lb_algo rr #lvs的調度算法
lb_kind NAT #lvs的集群模式
persistence_timeout 50 #同一IP的連接50秒內被分配到同一臺realserver
protocol TCP #用TCP協議檢查realserver狀態
real_server 192.168.1.7 80 { #後端真實主機ip
weight 1 #每臺機器的權重，0表示不給該機器轉發請求，直到它恢復正常
TCP_CHECK { #以下為健康檢查項目
connect_timeout 3 #連接超時時間，單位為秒
nb_get_retry 3 #檢測失敗後的重試次數，如果達到重試次數仍然失敗，將後端從服務器池中移除
delay_before_retry 3 #失敗重試的間隔時間，單位為秒
connect_port 80 #檢查的連接端口
}
}
real_server 192.168.1.8 80 {
weight 1
TCP_CHECK {
connect_timeout 3
nb_get_retry 3
delay_before_retry 3
connect_port 80
}
}
}
[root@lvs ~]# systemctl start keepalived.service
[root@lvs ~]# ipvsadm -L -n
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
-> RemoteAddress:Port Forward Weight ActiveConn InActConn
TCP 10.0.0.3:80 rr
-> 192.168.1.7:80 Masq 1 0 0
-> 192.168.1.8:80 Masq 1 0 0
TCP 10.0.0.4:80 rr
-> 192.168.1.7:80 Masq 1 0 0
-> 192.168.1.8:80 Masq 1 0 0
這裏keepalived服務啟動後，配置的vip也成功實現了lvs負載均衡，還需要做的就是在web服務器上增加輔助ip10.0.0.33即可
LVS負載均衡之NAT模式部署