一、负载均衡LVS基本介绍
LB集群的架构和原理很简单，就是当用户的请求过来时，会直接分发到Director Server上，然后它把用户的请求根据设置好的调度算法，智能均衡地分发到后端真正服务器(real server)上。为了避免不同机器上用户请求得到的数据不一样，需要用到了共享存储，这样保证所有用户请求的数据是一样的。
LVS是 Linux Virtual Server 的简称，也就是Linux虚拟服务器。这是一个由章文嵩博士发起的一个开源项目，它的官方网是 http://www.linuxvirtualserver.org 现在 LVS 已经是 Linux 内核标准的一部分。使用 LVS 可以达到的技术目标是：通过 LVS 达到的负载均衡技术和 Linux 操作系统实现一个高性能高可用的 Linux 服务器集群，它具有良好的可靠性、可扩展性和可操作性。从而以低廉的成本实现最优的性能。LVS 是一个实现负载均衡集群的开源软件项目，LVS架构从逻辑上可分为调度层、Server集群层和共享存储。
二、LVS的基本工作原理
- 当用户向负载均衡调度器（Director Server）发起请求，调度器将请求发往至内核空间
- PREROUTING链首先会接收到用户请求，判断目标IP确定是本机IP，将数据包发往INPUT链
- IPVS是工作在INPUT链上的，当用户请求到达INPUT时，IPVS会将用户请求和自己已定义好的集群服务进行比对，如果用户请求的就是定义的集群服务，那么此时IPVS会强行修改数据包里的目标IP地址及端口，并将新的数据包发往POSTROUTING链
- POSTROUTING链接收数据包后发现目标IP地址刚好是自己的后端服务器，那么此时通过选路，将数据包最终发送给后端的服务器
三、LVS的组成
LVS 由2部分程序组成，包括 ipvs 和 ipvsadm。
1.ipvs(ip virtual server)：一段代码工作在内核空间，叫ipvs，是真正生效实现调度的代码。
2. ipvsadm：另外一段是工作在用户空间，叫ipvsadm，负责为ipvs内核框架编写规则，定义谁是集群服务，而谁是后端真实的服务器(Real Server)
四、LVS相关术语
- DS：Director Server。指的是前端负载均衡器节点。
- RS：Real Server。后端真实的工作服务器。
- VIP：向外部直接面向用户请求，作为用户请求的目标的IP地址。
- DIP：Director Server IP，主要用于和内部主机通讯的IP地址。
- RIP：Real Server IP，后端服务器的IP地址。
- CIP：Client IP，访问客户端的IP地址。
下边是三种工作模式的原理和特点总结。
五、LVS/NAT原理和特点
1、重点理解NAT方式的实现原理和数据包的改变
(1). 当用户请求到达Director Server，此时请求的数据报文会先到内核空间的PREROUTING链。 此时报文的源IP为CIP，目标IP为VIP
(2). PREROUTING检查发现数据包的目标IP是本机，将数据包送至INPUT链
(3). IPVS比对数据包请求的服务是否为集群服务，若是，修改数据包的目标IP地址为后端服务器IP，然后将数据包发至POSTROUTING链。 此时报文的源IP为CIP，目标IP为RIP
(4). POSTROUTING链通过选路，将数据包发送给Real Server
(5). Real Server比对发现目标为自己的IP，开始构建响应报文发回给Director Server。 此时报文的源IP为RIP，目标IP为CIP
(6). Director Server在响应客户端前，此时会将源IP地址修改为自己的VIP地址，然后响应给客户端。 此时报文的源IP为VIP，目标IP为CIP
2.LVS-NAT模型的特性
RS应该使用私有地址，RS的网关必须指向DIP
DIP和RIP必须在同一个网段内
请求和响应报文都需要经过Director Server，高负载场景中，Director Server易成为性能瓶颈
支持端口映射
RS可以使用任意操作系统
缺陷：对Director Server压力会比较大，请求和响应都需经过director server六、LVS/DR原理和特点
1.重将请求报文的目标MAC地址设定为挑选出的RS的MAC地址
(1) 当用户请求到达Director Server，此时请求的数据报文会先到内核空间的PREROUTING链。 此时报文的源IP为CIP，目标IP为VIP
(2) PREROUTING检查发现数据包的目标IP是本机，将数据包送至INPUT链
(3) IPVS比对数据包请求的服务是否为集群服务，若是，将请求报文中的源MAC地址修改为DIP的MAC地址，将目标MAC地址修改RIP的MAC地址，然后将数据包发至POSTROUTING链。 此时的源IP和目的IP均未修改，仅修改了源MAC地址为DIP的MAC地址，目标MAC地址为RIP的MAC地址
(4) 由于DS和RS在同一个网络中，所以是通过二层来传输。POSTROUTING链检查目标MAC地址为RIP的MAC地址，那么此时数据包将会发至Real Server。
(5) RS发现请求报文的MAC地址是自己的MAC地址，就接收此报文。处理完成之后，将响应报文通过lo接口传送给eth0网卡然后向外发出。 此时的源IP地址为VIP，目标IP为CIP
(6) 响应报文最终送达至客户端
2.LVS-DR模型的特性
特点1：保证前端路由将目标地址为VIP报文统统发给Director Server，而不是RS
RS可以使用私有地址；也可以是公网地址，如果使用公网地址，此时可以通过互联网对RIP进行直接访问
RS跟Director Server必须在同一个物理网络中
所有的请求报文经由Director Server，但响应报文必须不能进过Director Server
不支持地址转换，也不支持端口映射
RS可以是大多数常见的操作系统
RS的网关绝不允许指向DIP(因为我们不允许他经过director)
RS上的lo接口配置VIP的IP地址
缺陷：RS和DS必须在同一机房中- 特点1的解决方案：
在前端路由器做静态地址路由绑定，将对于VIP的地址仅路由到Director Server
存在问题：用户未必有路由操作权限，因为有可能是运营商提供的，所以这个方法未必实用
arptables：在arp的层次上实现在ARP解析时做防火墙规则，过滤RS响应ARP请求。这是由iptables提供的
修改RS上内核参数（arp_ignore和arp_announce）将RS上的VIP配置在lo接口的别名上，并限制其不能响应对VIP地址解析请求。
七、LVS/Tun原理和特点
在原有的IP报文外再次封装多一层IP首部，内部IP首部(源地址为CIP，目标IIP为VIP)，外层IP首部(源地址为DIP，目标IP为RIP)
(1) 当用户请求到达Director Server，此时请求的数据报文会先到内核空间的PREROUTING链。 此时报文的源IP为CIP，目标IP为VIP 。
(2) PREROUTING检查发现数据包的目标IP是本机，将数据包送至INPUT链
(3) IPVS比对数据包请求的服务是否为集群服务，若是，在请求报文的首部再次封装一层IP报文，封装源IP为为DIP，目标IP为RIP。然后发至POSTROUTING链。 此时源IP为DIP，目标IP为RIP
(4) POSTROUTING链根据最新封装的IP报文，将数据包发至RS（因为在外层封装多了一层IP首部，所以可以理解为此时通过隧道传输）。 此时源IP为DIP，目标IP为RIP
(5) RS接收到报文后发现是自己的IP地址，就将报文接收下来，拆除掉最外层的IP后，会发现里面还有一层IP首部，而且目标是自己的lo接口VIP，那么此时RS开始处理此请求，处理完成之后，通过lo接口送给eth0网卡，然后向外传递。 此时的源IP地址为VIP，目标IP为CIP
(6) 响应报文最终送达至客户端
LVS-Tun模型特性
RIP、VIP、DIP全是公网地址
RS的网关不会也不可能指向DIP
所有的请求报文经由Director Server，但响应报文必须不能进过Director Server
不支持端口映射
RS的系统必须支持隧道
其实企业中最常用的是 DR 实现方式，而 NAT 配置上比较简单和方便，后边实践中会总结 DR 和 NAT 具体使用配置过程。八、LVS的八种调度算法
1.轮叫调度 rr
这种算法是最简单的，就是按依次循环的方式将请求调度到不同的服务器上，该算法最大的特点就是简单。轮询算法假设所有的服务器处理请求的能力都是一样的，调度器会将所有的请求平均分配给每个真实服务器，不管后端 RS 配置和处理能力，非常均衡地分发下去。
- 加权轮叫 wrr
这种算法比 rr 的算法多了一个权重的概念，可以给 RS 设置权重，权重越高，那么分发的请求数越多，权重的取值范围 0 – 100。主要是对rr算法的一种优化和补充， LVS 会考虑每台服务器的性能，并给每台服务器添加要给权值，如果服务器A的权值为1，服务器B的权值为2，则调度到服务器B的请求会是服务器A的2倍。权值越高的服务器，处理的请求越多。
- 最少链接 lc
这个算法会根据后端 RS 的连接数来决定把请求分发给谁，比如 RS1 连接数比 RS2 连接数少，那么请求就优先发给 RS1
- 加权最少链接 wlc
这个算法比 lc 多了一个权重的概念。
- 基于局部性的最少连接调度算法 lblc
这个算法是请求数据包的目标 IP 地址的一种调度算法，该算法先根据请求的目标 IP 地址寻找最近的该目标 IP 地址所有使用的服务器，如果这台服务器依然可用，并且有能力处理该请求，调度器会尽量选择相同的服务器，否则会继续选择其它可行的服务器
- 复杂的基于局部性最少的连接算法 lblcr
记录的不是要给目标 IP 与一台服务器之间的连接记录，它会维护一个目标 IP 到一组服务器之间的映射关系，防止单点服务器负载过高。
- 目标地址散列调度算法 dh
该算法是根据目标 IP 地址通过散列函数将目标 IP 与服务器建立映射关系，出现服务器不可用或负载过高的情况下，发往该目标 IP 的请求会固定发给该服务器。
- 源地址散列调度算法 sh
与目标地址散列调度算法类似，但它是根据源地址散列算法进行静态分配固定的服务器资源。
九、实践LVS的NAT模式
实现结果如下：
1.使用NAT模式的群集技术，LVS负载调度器是所有节点访问Internet的网关服务器，其200.0.0.1也作为整个群集的VIP地址。
2.使用轮询（rr）的调度算法。
3.web1和web2先搭建web服务，分别准备不同的网页文件，供客户端访问，以此来确定client访问LVS服务器的200.0.0.1，可以访问到两台wbe服务器。
4.待client测试成功后，web1和web2便可以挂载NFS服务器提供的共享目录，以此来为client提供相同的网页文件。
一、准备：
四台服务器，一台lvs、web1、web2、client
lvs有两块网卡，外网ip分别为200.0.0.1，内网ip192.168.1.1
######注意两台web服务器的网关要指定内网ip
web1,ip为192.168.1.10
web2,ip为192.168.1.20
client,ip为200.0.10
######注意防火墙，这里为了方便所有服务器直接关闭了
二、配置lvs服务器
开启路由转发功能：
[root@localhost /]# vim /etc/sysctl.conf
................... // 省略部分
net.ipv4.ip_forward = 1
[root@localhost /]# sysctl -p
net.ipv4.ip_forward = 1配置负载分配策略：
[root@localhost /]# modprobe ip_vs # 加载 ip_vs 模块
[root@localhost /]# cat /proc/net/ip_vs # 查看版本信息，弹出如下所示，说明该模块已启动
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
-> RemoteAddress:Port Forward Weight ActiveConn InActConnipvsadm 是在负载调度器上使用的 LVS 群集管理工具，通过调用 ip_vs 模块来添加、删除服务器节点，以及查看群集的运行状态（需要手动安装）。
[root@localhost /]# yum -y install ipvsadm # 安装 ipvsadm
[root@localhost /]# ipvsadm -v # 查看版本信息
ipvsadm v1.27 2008/5/15 (compiled with popt and IPVS v1.2.1)[root@localhost /]# ipvsadm -C # 清除原有策略
[root@localhost /]# ipvsadm -A -t 200.0.0.1:80 -s rr
[root@localhost /]# ipvsadm -a -t 200.0.0.1:80 -r 192.168.1.10:80 -m -w 1
[root@localhost /]# ipvsadm -a -t 200.0.0.1:80 -r 192.168.1.20:80 -m -w 1
[root@localhost /]# ipvsadm-save # 保存策略
-A -t localhost.localdomain:http -s rr
-a -t localhost.localdomain:http -r 192.168.1.10:http -m -w 1
-a -t localhost.localdomain:http -r 192.168.1.20:http -m -w 1
[root@localhost /]# systemctl enable ipvsadm.service # 设置为开机自启配置节点服务器：
web1 配置：
[root@localhost /]# yum -y install httpd # 安装 http 服务
[root@localhost /]# echo aaaaaaaaaaa > /var/www/html/index.html # 准备测试网页
[root@localhost /]# systemctl start httpd # 开启服务
[root@localhost /]# systemctl enable httpd # 开机自启web2 配置：
[root@localhost /]# yum -y install httpd # 安装 http 服务
[root@localhost /]# echo bbbbbbbbbbb > /var/www/html/index.html # 准备测试网页
[root@localhost /]# systemctl start httpd
[root@localhost /]# systemctl enable httpd当然，在实际生产环境时，网页内容都是一样的，这里为了区分验证从实验的成功与否，我写了两个内容不同的测试文件。
在client测试一下 LVS 是否在工作：
刷新网页：
十、实践LVS的DR模式
一、准备：
四台服务器，一台lvs、web1、web2、client
lvs有两块网卡，ip分别为200.0.0.1、200.0.0.254
web1,ip为200.0.0.2 还需配置虚拟IP 200.0.0.254
web2,ip为200.0.0.3 还需配置虚拟IP 200.0.0.254
client,ip为200.0.10
######注意防火墙，这里为了方便所有服务器直接关闭了
1、配置虚拟IP地址（VIP）
[root@LVS network-scripts]# cp ifcfg-ens33 ifcfg-ens33:0 #在虚接口配置VIP
[root@LVS network-scripts]# vim ifcfg-ens33:0 #改动以下配置项
.............
IPADDR=200.0.0.254
NETMASK=255.255.255.0 #必须写子网掩码信息
NAME=ens33:0 #注意改网卡名称
DEVICE=ens33:0
ONBOOT=yes
[root@LVS network-scripts]# systemctl restart network #重启网卡使更改生效
[root@LVS network-scripts]# ifconfig #查询相关IP是否配置正确
ens33: flags=4163<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST> mtu 1500
inet 200.0.0.1 netmask 255.255.255.0 broadcast 200.0.0.255
inet6 fe80::2e1e:d068:9c41:c688 prefixlen 64 scopeid 0x20<link>
...........................
ens33:0: flags=4163<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST> mtu 1500
inet 200.0.0.254 netmask 255.255.255.0 broadcast 200.0.0.255
ether 00:0c:29:77:2c:03 txqueuelen 1000 (Ethernet)2、调整/proc相应参数：
[root@LVS ~]# vim /etc/sysctl.conf #写入下面三行
................
net.ipv4.conf.all.send_redirects = 0
net.ipv4.conf.default.send_redirects = 0
net.ipv4.conf.ens33.send_redirects = 0
[root@LVS ~]# sysctl -p #刷新一下配置
net.ipv4.conf.all.send_redirects = 0
net.ipv4.conf.default.send_redirects = 0
net.ipv4.conf.ens33.send_redirects = 03、配置负载分配策略：
[root@LVS ~]# modprobe ip_vs #加载ip_vs模块
[root@LVS ~]# yum -y install ipvsadm #安装ipvsadm工具
[root@LVS ~]# ipvsadm -C #清除原有策略
[root@LVS ~]# ipvsadm -A -t 200.0.0.254:80 -s rr #配置群集VIP及添加相关节点
[root@LVS ~]# ipvsadm -a -t 200.0.0.254:80 -r 200.0.0.2:80 -g -w 1
[root@LVS ~]# ipvsadm -a -t 200.0.0.254:80 -r 200.0.0.3:80 -g -w 1
[root@LVS ~]# ipvsadm-save #保存策略
[root@LVS ~]# ipvsadm-save > /etc/sysconfig/ipvsadm #导出策略备份
[root@LVS ~]# ipvsadm -ln #确认群集当前策略
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
-> RemoteAddress:Port Forward Weight ActiveConn InActConn
TCP 200.0.0.254:80 rr
-> 200.0.0.2:80 Route 1 0 0
-> 200.0.0.3:80 Route 1 0 0二、配置web节点服务器：
web节点服务器的VIP地址仅用来发送web响应数据包的源地址，并不需要监听客户机的访问请求（由调度器监听并分发）。因此使用虚接口lo:0来承载VIP地址，并添加一条路由记录，将访问VIP的数据包限制在本地。
1、配置虚拟IP地址（VIP）：
[root@web1 ~]# cd /etc/sysconfig/network-scripts/
[root@web1 network-scripts]# cp ifcfg-lo ifcfg-lo:0
[root@web1 network-scripts]# vim ifcfg-lo:0 #编辑该文件，只保留以下四行，并配置VIP
DEVICE=lo:0
IPADDR=200.0.0.254
NETMASK=255.255.255.255 #注意：子网掩码必须是全为1。也就是4个255。
ONBOOT=yes
[root@LVS network-scripts]# systemctl restart network #重启网卡使更改生效
[root@LVS network-scripts]# ifconfig #查询VIP是否配置正确
............................
lo:0: flags=73<UP,LOOPBACK,RUNNING> mtu 65536
inet 200.0.0.254 netmask 255.255.255.255
loop txqueuelen 1000 (Local Loopback)
[root@web1 ~]# route add -host 200.0.0.254 dev lo:0 #添加VIP本地访问路由记录
[root@web1 ~]# vim /etc/rc.local #设置开机自动添加这条路由记录
................................
/sbin/route add -host 200.0.0.254 dev lo:02、调整/proc响应参数：
[root@web1 ~]# vim /etc/sysctl.conf #调整/proc响应参数，写入下面六行
...................
net.ipv4.conf.all.arp_ignore = 1
net.ipv4.conf.all.arp_announce = 2
net.ipv4.conf.default.arp_ignore = 1
net.ipv4.conf.default.arp_announce = 2
net.ipv4.conf.lo.arp_ignore = 1
net.ipv4.conf.lo.arp_announce = 2
[root@web1 ~]# sysctl -p #刷新一下
net.ipv4.conf.all.arp_ignore = 1
net.ipv4.conf.all.arp_announce = 2
net.ipv4.conf.default.arp_ignore = 1
net.ipv4.conf.default.arp_announce = 2
net.ipv4.conf.lo.arp_ignore = 1
net.ipv4.conf.lo.arp_announce = 23、安装并启动httpd服务（可根据需求选择搭建Nginx还是apache）：
[root@web1 ~]# yum -y install httpd #安装http服务
[root@web1 ~]# echo 1111111111111 > /var/www/html/index.html
#准备测试网页，等看到负载均衡的效果后，再挂载共享存储设备。
[root@web1 ~]# systemctl start httpd #启动http服务
[root@web1 ~]# systemctl enable httpd #设置为开机自启动重复以上三个步骤，配置其他web节点服务器（我这里将另一个web节点的首页文件改为了：2222222222）。
三、client访问VIP，以便测试LVS群集：
