1.什么是集群

集群（Cluster）：将多台独立服务器组合成一个整体对外提供服务，对外表现为单一服务节点。通过多机协作，实现提升并发、扩容能力、故障容错三大目标。

核心思想：分散压力，冗余容灾。

2.集群分类

Cluster常见的三种类型：

LB：LoadBalancing（负载均衡）由多个主机组成，每个主机只承担一部分访问。

HA：High Availiablity（高可用）SPOF（single Point Of failure） MTBF:Mean Time Between Failure 平均无故障时间，正常时间 MTTR:Mean Time To Restoration（ repair）平均恢复前时间，故障时间 A=MTBF/（MTBF+MTTR） (0,1)：99%, 99.5%, 99.9%, 99.99%, 99.999% SLA：Service level agreement（服务等级协议）是在一定开销下为保障服务的性能和可用性，服 务提供商与用户间定义的一种双方认可的协定。通常这个开销是驱动提供服务质量的主要因素。在 常规的领域中，总是设定所谓的三个9，四个9来进行表示，当没有达到这种水平的时候，就会有一 些列的惩罚措施，而运维，最主要的目标就是达成这种服务水平。 停机时间又分为两种，一种是计划内停机时间，一种是计划外停机时间，而运维则主要关注计划外 停机时间。

HPC：High-performance computing 将复杂任务拆分并行运算，多用于科学计算、大数据。

3.lvs的作用

工作在传输层（TCP/UDP），基于 IP + 端口转发数据包

将客户端请求调度分发到后端多台真实服务器（RS）

支撑高并发，转发性能极高（内核态，远高于用户态 Nginx）

配合 Keepalived 实现调度器自身高可用，消除负载均衡单点故障

4.lvs的4种模式及原理

lvs-nat： 修改请求报文的目标IP,多目标IP的DNAT

原理:本质是多目标IP的DNAT，通过将请求报文中的目标地址和目标端口修改为某挑出的RS的RIP和 PORT实现转发

RIP和DIP应在同一个IP网络，且应使用私网地址;RS的网关要指向DIP

请求报文和响应报文都必须经由Director转发，Director易于成为系统瓶颈

支持端口映射，可修改请求报文的目标PORT VS必须是Linux系统，RS可以是任意OS系统

1.客户端发送访问请求，请求数据包中含有请求来源（cip），访问目标地址（VIP）访问目标端口 （9000port）

2.VS服务器接收到访问请求做DNAT把请求数据包中的目的地由VIP换成RS的RIP和相应端口 3.RS1相应请求，发送响应数据包，包中的相应保温为数据来源（RIP1）响应目标（CIP）相应端口 （9000port）

4.VS服务器接收到响应数据包，改变包中的数据来源（RIP1-->VIP）,响应目标端口（9000-->80） 5.VS服务器把修改过报文的响应数据包回传给客户端

6.lvs的NAT模式接收和返回客户端数据包时都要经过lvs的调度机，所以lvs的调度机容易阻塞

客户请求到达vip后进入PREROUTING,在没有ipvs的时候因该进入本机INPUT,当IPVS存在后访问请求在通 过PREROUTING后被ipvs结果并作nat转发

因为ipvs的作用点是在PREROUTING和INPUT链之间，所以如果在prerouting中设定规则会干扰ipvs的工 作。所以在做lvs时要把iptables的火墙策略全清理掉。

lvs-dr： 操纵封装新的MAC地址

DR：Direct Routing，直接路由，LVS默认模式,应用最广泛,通过为请求报文重新封装一个MAC首部进行 转发，源MAC是DIP所在的接口的MAC，目标MAC是某挑选出的RS的RIP所在接口的MAC地址；源 IP/PORT，以及目标IP/PORT均保持不变

在DR模式中，RS接收到访问请求后不需要回传给VS调度器，直接把回传数据发送给client，所以RS和vs 上都要有vip

1.客户端发送数据帧给vs调度主机帧中内容为客户端IP+客户端的MAC+VIP+VIP的MAC

2.VS调度主机接收到数据帧后把帧中的VIP的MAC该为RS1的MAC，此时帧中的数据为客户端IP+客户端 的MAC+VIP+RS1的MAC

3.RS1得到2中的数据包做出响应回传数据包，数据包中的内容为VIP+RS1的MAC+客户端IP+客户端IP的 MAC

lvs-tun：在原请求IP报文之外新加一个IP首部

转发方式：不修改请求报文的IP首部（源IP为CIP，目标IP为VIP），而在原IP报文之外再封装一个IP首部 （源IP是DIP，目标IP是RIP），将报文发往挑选出的目标RS；RS直接响应给客户端（源IP是VIP，目标IP 是CIP）

1.客户端发送请求数据包，包内有源IP+vip+dport

2.到达vs调度器后对客户端发送过来的数据包重新封装添加IP报文头，新添加的IP报文头中包含 TUNSRCIP(DIP)+TUNDESTIP(RSIP1)并发送到RS1

3.RS收到VS调度器发送过来的数据包做出响应，生成的响应报文中包含SRCIP(VIP)+DSTIP（CIP） +port，响应数据包通过网络直接回传给client

lvs-fullnat： 修改请求报文的源和目标IP

通过同时修改请求报文的源IP地址和目标IP地址进行转发 CIP --> DIP VIP --> RIP

1.VIP是公网地址，RIP和DIP是私网地址，且通常不在同一IP网络；因此，RIP的网关一般不会指向DIP

2.RS收到的请求报文源地址是DIP，因此，只需响应给DIP；但Director还要将其发往Client

3.请求和响应报文都经由Director

4.支持端口映射

5：lvs的13种算法

lvs静态调度算法：仅根据算法本身进行调度，不考虑RS的负载情况

1、RR：roundrobin 轮询 RS分别被调度，当RS配置有差别时不推荐

2、WRR：Weighted RR，加权轮询根据RS的配置进行加权调度，性能差的RS被调度的次数少 3、SH：Source Hashing，实现session sticky，源IP地址hash；将来自于同一个IP地址的请求始终发往 第一次挑中的RS，从而实现会话绑定

4、DH：Destination Hashing；目标地址哈希，第一次轮询调度至RS，后续将发往同一个目标地址的请 求始终转发至第一次挑中的RS，典型使用场景是正向代理缓存场景中的负载均衡，如：宽带运营商

lvs动态调度算法：主要根据每RS当前的负载状态及调度算法进行调度Overhead=value较小的RS将被调度

主要根据RS当前的负载状态及调度算法进行调度Overhead=value较小的RS会被调度

1、LC：least connections（最少链接发） 适用于长连接应用Overhead（负载值）=activeconns（活动链接数） x 256+inactiveconns（非活 动链接数）

2、WLC：Weighted LC（权重最少链接） 默认调度方法Overhead=(activeconns x 256+inactiveconns)/weight

3、SED：Shortest Expection Delay, 初始连接高权重优先Overhead=(activeconns+1+inactiveconns) x 256/weight 但是，当node1的权重为1，node2的权重为10，经过运算前几次的调度都会被node2承接

4、NQ：Never Queue，第一轮均匀分配，后续SED

5、LBLC：Locality-Based LC，动态的DH算法，使用场景：根据负载状态实现正向代理

6、LBLCR：LBLC with Replication，带复制功能的LBLC，解决LBLC负载不均衡问题，从负载重的复制 到负载轻的RS

新增调度算法：

1.FO(Weighted Fai Over)调度算法：常用作灰度发布 在此FO算法中，遍历虚拟服务所关联的真实服务器链表，找到还未过载(未设置IP_VS_DEST_F OVERLOAD标志)的且权重最高的真实服务器，进行调度 当服务器承接大量链接，我们可以对此服务器进行过载标记（IP_VS_DEST_F OVERLOAD），那么vs调度 器就不会把链接调度到有过载标记的主机中。

2.OVF(Overflow-connection)调度算法基于真实服务器的活动连接数量和权重值实现。将新连接调度到权重值最高的真实服务器，直到其活动 连接数量超过权重值，之后调度到下一个权重值最高的真实服务器,在此OVF算法中，遍历虚拟服务相关 联的真实服务器链表，找到权重值最高的可用真实服务器。一个可用的真实服务器需要同时满足以下条 件: 未过载(未设置IP_VS_DEST_F OVERLOAD标志) 真实服务器当前的活动连接数量小于其权重值 其权重值不为零

6.lvs的多端口轮询问题解决方案

在RS1和RS2中开启https

[root@RS1+RS2 ~]# dnf install mod_ssl -y
[root@RS1+RS2 ~]# systemctl restart httpd
[root@RS1+RS2 ~]# systemctl restart httpd

添加轮询策略

root@vsnode boot]# ipvsadm-A -t 192.168.0.200:80 -s rr
[root@vsnode boot]# ipvsadm -a -t 192.168.0.200:80 -r 192.168.0.20 -g
[root@vsnode boot]# ipvsadm -a -t 192.168.0.200:80 -r 192.168.0.10 -g
[root@vsnode boot]# ipvsadm -A -t 192.168.0.200:443 -s rr
[root@vsnode boot]# ipvsadm -a -t 192.168.0.200:443 -r 192.168.0.10:443 -g
[root@vsnode boot]# ipvsadm -a -t 192.168.0.200:443 -r 192.168.0.20:443 -g

使用火墙标记访问vip的80和443的所有数据包，设定标记为6666，然后对此标记进行负载

[root@vsnode boot]# iptables -t mangle -A PREROUTING -d 192.168.0.200 -p tcp -m multiport --dports 80,443 -j MARK --set-mark 6666

[root@vsnode boot]# ipvsadm -A -f 6666 -s rr
[root@vsnode boot]# ipvsadm -a -f 6666 -r 192.168.0.10 -g
[root@vsnode boot]# ipvsadm -a -f 6666 -r 192.168.0.20 -g

测试

[root@client ~]# curl 192.168.0.200;curl -k https://192.168.0.200
RS2 - 192.168.0.20
RS1 - 192.168.0.10

7.lvs的会话粘滞解决方案

默认 LVS 调度器（rr 轮询等算法）收到客户端新请求时，会按照算法轮流分发到不同后端 RealServer。 会话粘滞（持久连接加 -p参数）：同一个客户端 IP，在设定的超时时间内，所有请求固定调度到同一台后端服务器。俗称：绑定客户端，不切换后端，保证会话不丢失。