集群
在互联网应用中,随着站点对硬件的性能、响应速度、服务稳定性、数据可靠性等要求越来越高,单台服务器越来越力不从心
集群的含义
- Cluster,集群也叫群集
- 由多台主机构成,但对外只表现为一个整体
集群分类
类型
- 负载均衡集群(高并发)
- 高可用集群(避免单点故障)
- 高性能运算集群
负载均衡集群(Load Balance Cluster)
- 提高应用系统的响应能力,因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的负载均衡依赖于主节点的分流算法
高可用集群(High Availability Cluster)
- 以提高系统的可靠性,尽可能地减少中断时间为目标,确保服务的连续性,达到高可用的容错效果
- HA的工作方式包括双工和主从两种模式
高性能运算集群(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
负载均衡集群架构
第一层,负载调度器(Load Balancer或Director)
- 当用户向服务器发送一个访问请求时,不让用户直接访问服务器,而是访问一个独立的调度器服务器,它的任务是接收用户的访问请求,把请求按照调度策略分配给后端的服务器
- 调度器不负责数据的解析,只是一个中转站,因此调度器的并发能力很强
第二层,服务器池(Server Pool)
- 调度器分配请求的目的地就是服务器池,负责向用户提供服务
- 在集群中,服务器池内的任意一个单台服务器,都可以单独运行业务产品,只是压力比负载均衡的环境更大而已
第三层,共享存储(Share Storage)
- 让服务器池中的每个Web服务器都挂载同一个存储池,假如网站内容更新,不需要在每个Web服务器上都更新一遍
结构
LVS集群的工作模式
本次只演示地址转换的示例步骤
- 负载均衡集群是目前企业用的最多的集群类型
- 集群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
NAT模式
- 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,作为外网的访问入口,内网的应答出口
- 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
- 外网的请求和内网的响应都需要经过调度器,所以内网服务器的网关地址应该是调度器
- 针对中小型的集群环境
源地址和目标地址转换的过程
- 当外网客户端访问业务而发送请求时,调度器根据策略选择一个可用的后端服务器来处理请求
- 然后调度器通过DNAT把目标地址转换为后端服务器的地址,并传递给该服务器
- 后端服务器收到请求后,生成响应,然后返回给调度器,此时响应的源地址是后端服务器的IP地址
- 调度器收到响应后,通过SNAT把源地址修改为自己与外网通信的公有IP地址
- 然后返回给客户端
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,但内网服务器并不是分散在各地,而是与调度器位于同一个物理网络
- 负载调度器与内网服务器通过本地网络连接,不需要建立专用的IP隧道
- 因为调度器只接收外网的请求,内网服务器的响应则是直接由网关路由出去,所以减轻了调度器的压力
- 针对大规模集群
源地址和目标地址转换的过程
- 当外网客户端需要访问业务而发送请求时
- 通过DNAT修改目标地址为调度器的地址,然后传递给内网调度器
- 调度器收到请求后,根据调度策略选择一个可用的后端服务器,再通过DNAT把目标地址转换为内网服务器的地址,然后把请求传递给内网服务器
- 内网服务器收到请求后,生成响应直接返回给网关,此时的源地址是内网服务器的IP地址
- 网关收到后端服务器的响应后,进行SNAT地址转换,把源地址转换为网关的公有IP地址,然后返回给客户端
TUN模式(IP隧道)
- IP Tunnel,简称TUN模式
- 采用开放式的网络结构,调度器和内网设备不在同一物理网络
- 负载调度器仅作为外网的访问入口,内网服务器通过各自的Internet连接直接回应外网请求,而不再经过调度器
- 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
- 由于调度器和服务器都部署在公网,所以它们之间的通信都通过ip-ip的加密算法来加密通信
源地址和目标地址转换的过程
- 外网请求首先到达调度器的外网接口
- 调度器收到这些请求后,根据预设的路由规则将请求打包封装进IP隧道中,然后发送到内网
- 数据在IP隧道中传输时,隧道设备会将原始数据包头部封装,这个头部包含的是隧道设备的公共IP地址和内网目标服务器的私有IP地址
- 当内网服务器收到请求后,生成响应,响应首先到达隧道设备。
- 隧道设备会解析响应,去除隧道头部,然后根据记录的信息将响应返回到发起请求的外网客户端
- 外网客户端最终接收到的响应来自调度器,因为调度器会将来自内网服务器的响应经过隧道的IP地址转换,使得外网客户端看到的是调度器的公共IP地址作为源地址。
调度算法
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轮询(Round Robin)
- 将受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),均等的对待每一台服务器,而不管服务器实际的连接数和系统负载
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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,分配的请求书越多
- 保证性能强的服务器承担更多的请求数量
LVS常用选项
选项 | 说明 |
-s | 指定调度算法 rr:轮询 wrr:加权轮询 lc:最小链接数 wlc:加权最小连接数 |
-A | 添加一个新的集群服务 |
-E | 修改一个己有的集群服务 |
-D | 删除指定的集群服务 |
-S | 保存ipvsadm设定的规则策略,默认保存在/etc/sysconfig/ipvsadm中 |
-R | 载入己保存的规则策略,默认加载/etc/sysconfig/ipvsadm |
-C | 清除所有集群服务 |
-Z | 清除所有记数器 |
-L | 显示当前己有集群服务,能通过相应的options查看不同状态信息 |
-a | 向指定的集群服务中添加RS及属性 |
-e | 修改RS属性 |
-t | 指定为tcp协议 |
-u | 指定为udp协议 |
-s | 调度方法,默认为wlc |
-w | 指定权重,默认为1 |
-g | Gateway, DR模型 |
-i | ipip, TUN模型 |
-m | masquerade, NAT模型 |
-r | 指定后端服务器的地址 |