云计算运维day7----高可用与负载均衡（1）
目录
2.4.6配置两个后端服务器（server5,server6）
2.5.3调试器添加网卡，设置测试机的网卡，开启调试器的路由机制
2.5.6配置两个后端服务器（server5,server6）
引言:简单介绍
1.高可用与负载均衡的简单概念
高可用：目标是让服务“尽量不挂”，即使部分组件故障，系统整体仍能正常运行。
负载均衡：目标是让服务“跑得更顺”，将请求合理分发到多个服务器，避免单点过载。
两者结合使用：
高可用：负责在负载均衡器节点发生故障时自动切换。
负载均衡：负责将海量请求分摊到多个后端服务器
2.请求服务的工作流程：
工作流程:客户端 -> 域名解析 -> 分布式网络服务 -> 虚拟网络IP -> 真实的后台服务端
1.用户通过域名解析（DNS）访问业务，请求首先到达分布式网络服务层，这一层由高可用集群管理，通过虚拟网络IP（VIP）提供一个固定的服务入口。当某个负载均衡器节点发生故障时，VIP会自动漂移到备用节点，确保服务永不掉线（高可用）。
2.请求经由虚拟IP进入负载均衡层，根据预设的调度算法（如轮询、最少连接数），将流量分摊到后端的多个真实服务器（Real Server）上，避免单机过载，提升整体处理能力（负载均衡）。
3，后端服务器处理请求并返回响应，整个流程协同工作，共同构成一个高可用、高性能、易扩展的系统架构。
注意：后端服务器可精准到数据库。
一.网络应用架构模式
1.1基本概念
1. 网络应用架构：指的是客户端和服务器之间如何组织、通信和协作的宏观设计模式。
2.两类架构：C/S 架构 和 B/S 架构
C/S架构：客户端/服务器架构
将应用程序分成两个部分：客户端和服务器。
通信方式：客户端负责界面交互，服务器负责数据存储和核心业务逻辑处理。
客户端与服务器之间通过自定义协议（如 TCP/IP 上的私有协议）进行通信。
B/S架构：浏览器/服务器架构
通信方式：用户只需在浏览器中输入网址，即可访问应用。
核心：客户端统一使用浏览器，服务器承担所有核心功能。
他们之间基于标准 HTTP/HTTPS 协议，浏览器通过 URL 访问服务器资源，服务器返回 HTML 页面或数据。
3.网络应用架构与高可用和负载均衡之间的联系：
网络应用架构是系统的“骨架”，定义了客户端和服务端如何协作；
高可用和负载均衡是系统的“增强层”，分别保障可靠性和性能。
二.负载均衡模式
2.1基本概念
1.作用：将大量的并发请求或网络流量，按照某种策略（算法）分摊到多个后端服务器（Real Server）上进行处理的技术。
2.三种工作模式：NAT、TUN、DR
NAT：网络地址转换模式，客户端请求到达VS的对外IP，VS作为双向流量调度器，通过NAT将目标地址转换为后端服务器的对内IP，将请求转发给后端处理；后端处理完成后，响应先返回给VS，VS再次通过NAT将源地址转换为对外IP，返回给客户端。进出流量均经过VS。
TUN：隧道模式，客户端请求到达VS，VS作为单向请求调度器，将请求封装在IPIP隧道中，转发给后端服务器；后端服务器解封装后直接处理请求，并将响应绕过VS，直接返回给客户端。响应流量不经过VS。
DR（常用）：直接路由模式，客户端请求到达VS（VIP），VS作为轻量级请求转发器，仅修改数据帧的目标MAC地址，将请求通过二层网络转发给后端服务器；后端服务器（配置了VIP且禁止ARP响应）收到请求后直接处理，并将响应绕过VS，直接返回给客户端。VS仅处理请求入向流量，性能最高。
三种模式中，负载均衡器始终承担“请求分发”的核心职责，但NAT模式双向流量均经VS（负担最重），TUN和DR模式仅处理请求入向（响应绕过VS），其中DR因性能最高、配置适中，成为生产环境的绝对主流。
2.2VS调度器（ipvsadm）
2.2.1基本概念
1.作用：LVS（Linux虚拟服务器） 集群中的核心前端组件。它负责接收所有用户请求，然后根据预设的调度算法，将这些请求智能地分发给后端的真实服务器集群。
2.核心命令工具：ipvsadm
3.两个IP：VIP（虚拟IP）和RIP（后端真实服务器IP）
4.工作机制：当用户请求到达VS调度器的VIP时，调度器会基于IPVS（IP VirtualServer） 这个内核模块，执行调度算法，将请求转发给选中的真实服务器。
5.核心机制：
1.负载调度器 (Director/VS调度器)：这是整个集群的入口，也就是我们讨论的VS调度器本身。它拥有一个对外的虚拟IP地址 (VIP)，用户访问的实际上是这个VIP。
2.真实服务器池 (Real Server)：一组真正处理用户请求的服务器，它们提供实际的Web、邮件等服务。
3.共享存储 (Shared Storage)：为真实服务器提供共享数据，确保它们提供一致的服务内容。
2.2.2安装服务并启用开机自启
yum install -y ipvsadm
systemctl enable ipvsadm
2.2.3基本用法
1.查看服务器
ipvsadm -Ln #查看所有虚拟服务和后端真实服务器（详细信息）
ipvsadm -Ln --stats #查看更详细的统计信息（连接数、包数等）
ipvsad m -Ln --rate #查看每个真实服务器的当前连接状态
2.添加虚拟服务：需要先在本机创建一个VIP（虚拟IP），接着添加服务，
注意，使用ip a 命令创建的VIP是临时的，永久需要修改文件，或者使用nmlic命令
ip a addr 你要添加的虚拟IP/24 dev 设备名 #虚拟IP应在本机的网段内，设备名为当前本机的网卡名
ipvsadm -A -t 你创建的虚拟IP:80 -s 你的算法 #80表示httpd服务的端口号，-s后接调度算法 参数：
-A：添加虚拟服务
-t：指定 TCP 协议的虚拟服务（格式：VIP:端口）
其他协议：-u（UDP）、
-f（防火墙标记，用于复合协议）
-s：指定负载均衡调度算法，常用算法：
rr：轮询（Round Robin）
wrr：加权轮询（Weighted RR）
lc：最少连接（Least Connections）
wlc：加权最少连接（Weighted LC）
sh：源地址哈希（Source Hash，会话保持）
dh：目标地址哈希（Destination Hash）
添加一个192.168.7.100的VIP，并添加虚拟服务
3.向虚拟服务VS添加真实服务RS
ipvsadm -a -t 你的VIP:80 -r RIP -g（或m,i） #RIP真实后端服务器IP，后面的-g,m,i必须要有一个
参数解释：
-a：添加真实服务器
-t：指定关联的虚拟服务（需与添加虚拟服务时的 -t 一致）
-r：指定真实服务器地址（格式：RIP:端口）转发模式（必选其一）：
-g：DR 模式（Direct Routing，直接路由，性能最优）
-m：NAT 模式（Network Address Translation，网络地址转换）
-i：TUN 模式（IP Tunneling，IP 隧道，跨网段场景）
-w：指定权重（值越大，分配的请求越多，仅用于加权算法）
将后端服务器的IP添加到虚拟服务（VIP）当中，转发模式为DR
4.修改配置
ipvsad m -E -t VIP:80 -[参数] #更换虚拟服务的参数内容
ipvsad m -e -t 192.168.36.100:80 -r 192.168.1.10:80 -[参数] #修改真实服务器的参数内容-E：修改虚拟服务
-e：修改真实服务器
5.删除配置
ipvsad m -d -t VIP:80 -r RIP:80 #从虚拟服务中删除某个真实服务
ipvsad m -D -t VIP:80 #删除虚拟服务，以及它下面的所有真实服务
ipvsad m -C #清空ipvsadm的所有服务
-d：删除真实服务器
-D：删除虚拟服务
-C：清空所有规则
6.保存与回退配置文件：所有修改必须保存在文件中，否则重启后会失效，开启开机自启
ipvsadm-save > /etc/sysconfig/ipvsadm #保存修改配置
ipvsadm-restore > /etc/sysconfig/ipvsadm #恢复文件配置
2.3ARP管理工具（ARP）
2.3.1基本概念
1.作用：Linux 系统中用于管理 ARP（地址解析协议）规则 的命令行工具，专门针对 ARP 报文进行过滤和修改。主要用于控制网络中 ARP包的接收、发送和转发，防止 ARP 欺骗、限制 ARP广播等场景
2.基本知识：
1.ARP 协议：用于将 IP 地址映射到 MAC 地址，是局域网通信的基础。
2.arptables 作用：通过规则链过滤 ARP 报文，可实现允许 / 拒绝特定 ARP 包、修改 ARP 包内容等操作。
3.规则链：与 iptables 类似，arptables 包含 3 条默认链：
INPUT：处理目标为本机的 ARP 报文。
OUTPUT：处理本机发出的 ARP 报文。
FORWARD：处理经过本机转发的 ARP 报文（仅路由器场景有效）。
2.3.2安装服务并启动服务
yum install -y arptables
systemctl enable --now arptables #启动并开机自启动2.3.3基本用法
arptables -[参数] 参数：
-A：向链尾插入一条规则
-I：向链头插入一条规则
-D：从链中删除一条规则
-R：替换链中的规则
-L：列出链表中的所有规则
-F：清空链中的所有规则
-P：设置链的默认策略
目标动作：
ACCEPT:允许arp包通过
DROP:丢弃arp包
RETURN:终止当前链处理，返回上一条链
MASQUERADE：修改ARP源包的MAC地址为出口网卡的MAC地址
1.查看规则
arptables -L -n #查看所有规则链
arptables -L INPUT --line-numbers # 查看 INPUT 链的规则，并显示序号（方便删除）
2.添加规则
2.1.丢弃所有匹配192.168.7.100的arp包
arptables -A INPUT -d 192.168.7.100 -j DROP -A INPUT：向 INPUT 链添加一条规则
-d 192.168.7.100：匹配目的 IP 为 192.168.7.100 的arp 包
-j DROP：对匹配的报文执行丢弃操作
2.2.禁止以源地址为192.168.7.100的arp包从地址为192.168.7.141出去
arptables -A OUTPUT -s 192.168.7.100 --j managle --managle-ip-s 192.168.7.141
3.保护规则
arptables-save > /etc/sysconfig/arptables #保存文件配置
2.4实现DR模式下的LVS负载均衡
2.4.1工作原理
1.工作机制：
1.客户端向 VIP发送请求，数据包到达 VS；
2.VS 仅修改数据帧的目标 MAC 地址（将目标 MAC 改为选中的后端服务器的 MAC，IP 地址完全不变），通过二层网络（arg协议）将请求转发给后端服务器。
3.后端服务器收到数据帧后，发现目标IP与自己的 VIP 一致，直接接收并处理请求
4.后端服务器将响应绕过 VS，直接返回给客户端。（DR核心）
注意：VS与RS必须处于同一网段
2.缺点：DR模式无法自定义数据流向的服务器，NAT模式能完成定向
2.4.2准备工作
1.准备四台虚拟机，可以通过虚拟机快照完成,并设置静态IP。
2.完成四台虚拟机的定义（以下为我自己的虚拟机，根据情况自己定义）：
server4：充当调度器，ip分别为192.168.7.140
server5，server6：充当后端真实服务器，ip分别为192.168.7.141，192.168.7.142
server7：充当测试机，检验任务结果，ip为192.168.7.143
server4,server5,server6都应有vip，我的vip为192.168.7.100,要有一个公用的vip
2.4.3完成四台虚拟机的环境配置
1.设置静态IP，编辑四台虚拟机的网络文件，设置静态IP：
vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens32
#修改以下内容
2.四台虚拟机打开网络，并重启网络服务
nmcli c up ens32 #打开网卡
systemctl restart network #重启网络
3.分别设置四台虚拟机的域名：设置主机名，编辑 /etc/hosts 文件，添加四台虚拟机的虚名解析内容，重启虚拟机，即可看见新的域名
hometemctl set-hostname 主机名 #设置你的主机名
hostname #查看你的主机名
vim /etc/hosts #修改成功后，编辑文件，添加四台虚拟机的域名解析
reboot #重启虚拟机
4.server4,serv5,server6，调度器和两个后端服务器上要有共同的VIP：
ip addr add 192.168.7.100/24 dev ens32
2.4.4安装软件服务
四台虚拟机都安装ipvsadm、httpd、arptables软件，并启动服务
yum install -y ipvsadm httpd arptables #安装软件
systemctl enable --now ipvsadm #启动服务并设置开机自启
systemctl enable --now htppd
systemctl enable --now arptables
2.4.5配置VS调度器（server4）
1.serve4调度器上添加vip和虚拟服务，使用轮询策略，接着添加两个后端服务器
ipvsadm -A -t 192.168.7.100:80 -s rr #以轮询模式添加虚拟服务
ipvsadm -a -t 192.168.7.100:80 -r 192.168.7.141:80 -g #以DR模式添加两个后端真实服务器
ipvsadm -a -t 192.168.7.100:80 -r 192.168.7.142:80 -g
ipvsadm -Ln #查看服务
2.server4上，保存ipvsadm的配置信息
ipvsadm-save > /etc/sysconfig/ipvsadm #保存文件信息
2.4.6配置两个后端服务器（server5,server6）
1.serve4和server5上，确保含有VIP
ip a #查看系统IP
ip a a 192.168.7.100/24 dev ens32 #如果没有，加上
2.server5和server6上，禁止广播，否则客户端数据会直接进入到后端服务器中，不经过VS。
server5:
arptables -A INPUT -d 192.168.7.100 -j DROP #丢弃所有询问VIP的ARP请求。
arptables -A OUTPUT -s 192.168.7.100 -j mangle --mangle-ip-s 192.168.7.141 #将RS发出的、源IP为VIP的ARP包，修改为源IP为RS真实IP（RIP）。
arptables-save > /etc/sysconfig/arptables #保存文件信息
systemctl restart arptables #重启服务
server6：将上面的RIP改成server6的RIP
arptables -A INPUT -d 192.168.7.100 -j DROP #丢弃所有询问VIP的ARP请求。
arptables -A OUTPUT -s 192.168.36.100 -j mangle --mangle-ip-s 192.168.7.142 #将RS发出的、源IP为VIP的ARP包，修改为源IP为RS真实IP（RIP）。
arptables-save > /etc/sysconfig/arptables #保存文件信息
systemctl restart arptables #重启服务3.server5和server6上，在/var/www/html目录下创建一个index.html文件，并输入不同内容，用于后续测试
server5:
touch /var/www/index.html #新建文件
echo server5 > /var/www/html/index.html
systemctl restart httpdserver6: 输入不同的文件内容，用于区分
touch /var/www/index.html #新建文件
echo server6 > /var/www/html/index.html
systemctl restart httpd2.4.7测试（server7）
在测试机server7上，使用curl命令访问虚拟VIP192.168.7.100即可看到轮流看到server5和server6的输出信息
curl 192.168.7.100
2.4.8解决任务中的问题
1.问题一：出现curl不通的情况，问题如下：
产生原因：你的后端服务器上没有添加调试器的VIP，它看到目标 IP 为 VIP 的数据包时，会认为这不是发给自己的（因为本机没有这个 IP），于是直接丢弃数据包。
解决办法：向你的两个后端服务器上添加调试器的VIP
ip a #查看系统IP
ip a a 192.168.7.100/24 dev ens32 #如果没有，加上
2.问题二：curl只能到达一台RS上，
产生原因：客户端没有增加arp规则，客户端绕过了VS，直接访问到了RS里
解决办法：禁用后端服务器上的广播，让客户端无法直接访问到RS中
arptables -A INPUT -d 192.168.7.100 -j DROP #丢弃所有询问VIP的ARP请求。
arptables -A OUTPUT -s 192.168.36.100 -j mangle --mangle-ip-s 192.168.7.141 #将RS发出的、源IP为VIP的ARP包，修改为源IP为RS真实IP（RIP）。
arptables-save > /etc/sysconfig/arptables #保存文件信息
systemctl restart arptables #重启服务
2.5实现NAT模式下的LVS负载均衡
2.5.1工作原理
1.工作机制：客户端向 VS 的对外IP发送请求；VS 接收后，将目标IP地址从对外IP转换为后端服务器的对内IP，并将请求转发给后端处理。后端处理完成后，将响应返回给 VS；VS 收到响应后，将源IP地址从转换为对外IP ，再返回给客户端。
注意：VS调度器与RS后端服务器可处于不同的网段当中
2.作用：可实现经调度器后，输送到定向的服务器的功能
3.优点：服务器可以运行任何支持 TCP/IP 的操作系统，它只需要一个 IP 地址配置在调度器上，服务器组可以用私有的 IP 地址。
4.缺点：伸缩能力有限，当服务器结点数目升到 20 时，调度器本身有可能成为系统的新瓶颈，因为在 VS/NAT 中请求和响应报文都需要通过负载调度器。
2.5.2准备工作
1.选择四台虚拟机，通过快照快速创建
2.这是四台虚拟机的定义（以下为我自己的虚拟机，根据情况自己定义）：
server4：充当调度器，ip分别为192.168.7.140，我的新IP：192.168.92.128
server5，server6：充当后端真实服务器，ip分别为192.168.7.141，192.168.7.142
server7：充当测试机，检验任务结果，ip为192.168.7.143，完成配置后的新IP为192.168.92.129
2.5.3调试器添加网卡，设置测试机的网卡，开启调试器的路由机制
1.向调度器server4中添加一块网卡，模式为仅主机模式：
2.将测试机的网卡更改为仅主机模式，与服务器处于不同网段，与VS调度器的新建网卡处于同一网段
2.1.设置成仅主机模式
2.2测试机设置网络成自动连接
2.3开启网络，并重启网卡
3.开启调试机的路由机制：
vim /etc/sysctl.conf #编辑文件
#添加以下内容：
net.ipv4 .ip_forward=1 #开启路由
sysctl ---system #命令生效
sysctl -p #查看路由状态
2.5.6配置VS调试器（server4）
向调试器（server4）的对外IP上添加虚拟服务，并将两个真实后端服务器IP（RIP）添加到虚拟服务当中
ipvsadm -A -t 192.168.92.128:80 -s rr #以轮询模式添加虚拟服务
ipvsadm -a -t 192.168.92.128:80 -r 192.168.7.141:80 -m #以NAT模式添加两个后端真实服务器
ipvsadm -a -t 192.168.92.128:80 -r 192.168.7.142:80 -m
ipvsadm -Ln #查看服务
2.5.6配置两个后端服务器（server5,server6）
1.在server5和server6上，删除两个后端服务器上原先的网关，调整网关为VS调度器的对内IP
server5:
ip r a default via 192.168.7.2 #删除你原先的网关
ip r a default via 192.168.7.140 #这里的IP为调试器的对内IP
ip r #查看网关
server6:
ip r a default via 192.168.7.2 #删除你原先的网关
ip r a default via 192.168.7.140 #这里的IP为调试器的对内IP
ip r #查看网关
注意：在 NAT 模式下，后端真实服务器（RS）的网关必须指向 LVS 调度器（Director）。如果网关设成 .2 或其他地址，数据包回程时就找不到正确的路径了。
2.接着在/var/www/html目录下创建一个index.html文件，并输入不同内容，用于后续测试
server5:
touch /var/www/html/index.html
echo server5 > /var/www/html/index.html
systemctl restart httpd
server6:
touch /var/www/html/index.html
echo server6 > /var/www/html/index.html
systemctl restart httpd
2.5.7测试（server7）
在测试机server7上，使用curl命令访问虚拟VIP192.168.7.100即可看到轮流看到server5和server6的输出信息
curl 192.168.92.128 #客户端输入调试器的对外IP
三.高可用模式（keepalived）
3.1基本概念
3.1.1.作用
为服务器集群提供“虚拟 IP（VIP）漂移” 能力，实现主备节点故障自动切换，确保业务 IP 不中断。
3.2.2.核心工具
keepalived
3.3.3.工作原理
Keepalived 基于 VRRP 协议，通过心跳检测和优先级选举机制，在多台服务器之间自动管理 VIP 的归属，实现入口的高可用。主机故障时，备用机在 1-3 秒内自动接管 VIP，确保服务不中断。
3.1.4.核心原理：VRRP协议与VIP漂移
Keepalived 的高可用能力依赖 VRRP 协议，本质是让多台节点（主、备）共享一个 “虚拟 IP（VIP）”，对外呈现为一个统一的服务入口，核心逻辑如下：
1. 角色划分：集群包含 1 个 主节点（Master）和 1 个 / 多个 备节点（Backup）。
2. 心跳检测：主节点定期向备节点发送 VRRP 通告报文（默认每 1 秒），证明自己 “存活”。
3. VIP 持有：正常情况下，主节点绑定 VIP 并对外提供服务，备节点仅监听心跳，不持有 VIP。
4. 故障切换：若备节点超过指定时间（默认 3 秒）未收到主节点心跳，判定主节点故障，备节点立即升级为新主节点，绑定 VIP 并接管服务，整个过程无需人工干预。
3.1.5.核心组件
1.vrrp_instance：VRRP 实例，是 Keepalived 配置的核心单元，一个实例对应一个 VIP 及一组主备节点。
2.Global_defs：全局配置，定义集群标识、邮件通知等基础参数。
3.Track_script：健康检查脚本，用于检测主节点上“核心业务服务”是否存活。若服务挂了，即使主节点本身存活，也会主动释放 VIP，触发切换。
3.1.6配置文件
1.Keepalived 主配置文件默认路径为 /etc/keepalived/keepalived.conf。
2.主、备节点配置差异主要在 state（角色）和 priority。
如下图：优先级，数值越高越优先成为主节点
3.2实现高可用和负载均衡
3.2.1准备工作
1.核心任务：修改主调试机与备用调试机的配置文件
2.虚拟机：准备四台虚拟机可使用快照快速准备
3.定义两台调试机，两台服务机和一台测试机
这里我使用的是上述任务中的server4与server7作为调试机，server5，server6作为我的后端服务机
server4（主）：IP：192.168.7.140
server7（备）：IP：192.168.7.143
server5（后端服务器）：IP：192.168.7.141
server6（后端服务器）：IP：192.168.7.142
server3：是我的测试机，测试负载均衡功能（DR模式）
3.2.2清除之前任务的残留资源
ip a d 192.168.7.100/32（24具体看你的ip） dev ens32 #删除server4上的VIP
ipvsadm -C #清空VS调度器上的所有规则
3.2.3安装软件
server4和server7：在两台调试机上安装keepalived软件
yum install -y keepalived
3.2.4配置主调试机的文件（server4）
1.server4：打开配置文件，修改文件信息，只保留我图中的信息删除其他信息如下图：
vim /etc/keepalived/keepalived.conf
2.server4：保存文件退出后，重启服务，观察IP是否加入
systemctl enable --now keepalived #启动服务并设置开机自启
ip a #检查IP是否加上
3.测试是否成功：
keepalived 对后端 RS 的健康检测，故障的 RS 会自动从调度列表中被摘除
3.1.server5和server6：后端服务器同时开启httpd服务
server5和server6:
systemctl start httpd #停止服务
server4:查看链表内容，两台服务器是否正常工作
ipvsadm -Ln #查看链表
3.2server5（192.168.7.141）上：停止httpd服务，观察server4上的服务是否停止
server5：
systemctl stop httpd #停止服务
server4:
ipvsadm -ln #列表
3.2.5配置备用调式机的文件（server7）
1.将server4上的配置文件远程复制过来：
server4:
scp /etc/keepalived/keepalived.conf server7:/etc/keepalived/
2.修改配置文件内容，修改虚拟机的优先级，低于主调试机与下图相同：
server7：
vim /etc/keepalived/keepalived.conf
systemctl enable --now keepalived
3.2.6测试高可用和负载均衡功能
1.在两台后端服务器上，加入虚拟IP加入到回环Io中：
server5和server6:
ip addr add 192.168.7.100/32 dev lo
2.在测试机上面，首先测试负载均衡功能，看到交替出现的内容，即成功运行
curl 192.168.7.100 #你的VIP
3.测试高可用功能，断掉server4上的keepalived服务，观察是否在server7上找到服务：
server4:
systemctl stop keepalivedserver7：
ipvsadm -Ln #能看到服务说明，高分用成功
更多推荐
3
0- 0
已为社区贡献24条内容
所有评论(0)