目录

一，什么是集群（Cluster）

二、集群分类

三、LVS 的作用

四，LVS 四种工作模式及原理

1. NAT 模式（VS-NAT）

2. DR 模式（Direct Routing，直接路由，生产最常用）

4. FULLNAT 模式（完整 NAT，阿里扩展模式）

五、LVS 的 13 种调度算法

六、LVS 多端口轮询问题 & 解决方案

1，问题现象

2，解决方案

七、会话粘滞（Session Stickiness）解决方案

1，问题描述

2，解决方案：

方案 1：持久连接（Persistent）

方案 2：源地址散列算法（SH）

方案 3：在应用层维持会话（如 cookie）

方案 4：结合 Keepalived 的持久性

3，完整实践步骤（以 DR 模式部署 HTTP 负载均衡为例）

4，拓扑图解（DR 模式）

八、总结

一，什么是集群（Cluster）

集群是指将多台独立的计算机（节点）通过网络连接，协同完成特定任务，对外表现为一个统一的服务实体。其核心目标是：

• 高可用性（HA）：单点故障不影响整体服务。

• 高性能（Performance）：聚合多机算力，提升吞吐量。

• 可伸缩性（Scalability）：按需动态增减节点。

二、集群分类

LVS 属于负载均衡集群，常与 HA 结合（如 Keepalived）实现高可用负载均衡。

三、LVS 的作用

LVS（Linux Virtual Server）是 Linux 内核内置的四层（传输层）负载均衡器。它实现：

• 请求分发：根据调度算法将客户端请求转发给后端真实服务器（Real Server，RS）。

• 服务屏蔽：后端 RS 对客户端透明，客户端只与 LVS 的虚拟 IP（VIP）通信。

• 可扩展性：支持海量并发连接（工作于内核态，性能极高）。

• 健康检查：通常配合 keepalived 自动剔除故障 RS。

四，LVS 四种工作模式及原理

1. NAT 模式（VS-NAT）

原理：调度器收到请求，修改数据包目标 IP / 端口为 RS 的 RIP + 端口；RS 响应数据包原路返回调度器，调度器修改源 IP 后发回客户端。

• 数据流：客户端 → DS（DNAT）→ RS → DS（SNAT）→ 客户端
• 特点：支持端口映射；请求、响应全部经过调度器；RS 网关必须指向 DIP；性能最差。简易配置步骤

  # 1.开启内核转发 echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward # 2.创建虚拟服务 ipvsadm -A -t 192.168.1.100:80 -s rr # 3.添加后端RS（NAT模式 -m） ipvsadm -a -t 192.168.1.100:80 -r 10.0.0.10:80 -m ipvsadm -a -t 192.168.1.100:80 -r 10.0.0.11:80 -m

  2. DR 模式（Direct Routing，直接路由，生产最常用）

  原理：调度器仅修改二层 MAC 地址，目标 MAC 改为 RS 网卡 MAC；IP 头不变。RS 收到数据包处理后，直接返回客户端，响应报文不再经过调度器。

• 数据流：客户端 → DS (改 MAC) → RS → 客户端
• 要求：DS 与 RS 在同一广播域；RS 本地 lo 网卡绑定 VIP（32 位掩码），抑制 ARP 响应；性能最优。简易配置步骤

# DS配置 ipvsadm -A -t 192.168.1.100:80 -s wrr ipvsadm -a -t 192.168.1.100:80 -r 192.168.1.20:80 -g # RS配置（lo绑定VIP，抑制arp） ifconfig lo:0 192.168.1.100 netmask 255.255.255.255 echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_ignore echo 2 > /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_announce

3. TUN 模式（VS-TUN，IP 隧道模式）

原理：调度器不修改原始数据包，在外层新增一层 IP 隧道头部，封装数据包转发给 RS；RS 解封装处理，直接响应客户端。

数据流：客户端 → DS (IP 封装) → RS (解包) → 客户端 特点：DS 和 RS 可以跨网段；RS 需要支持 IPIP 隧道协议；多用于跨机房场景。

4. FULLNAT 模式（完整 NAT，阿里扩展模式）

原理：同时修改源 IP、目标 IP。客户端 CIP→DIP，VIP→RIP；响应报文 RS→DIP，DIP→CIP。

• 请求、响应均经过调度器；支持跨网段部署；区别于标准 NAT，源地址也会转换；需要内核补丁 / 新版 ipvs 支持。

五、LVS 的 13 种调度算法

（实际内核支持 10 种，此处按常见分类详列）

内核中 IPVS 支持10 种，但许多资料扩展列举至 13 种（含历史版本或组合变体）。下面一并列出，并注明内核标准支持。

说明：当前 Linux 内核（4.x+）仅支持前 10 种。若作业要求“13种”，可按上述列表划分，并注明其中 3 种为历史或变体，核心仍是 10 种标准算法。

六、LVS 多端口轮询问题 & 解决方案

1，问题现象

默认情况下，LVS 把VIP:80、VIP:443当成两个独立虚拟服务，各自独立调度。 用户访问http(80)调度到 RS1，跳转https(443)被调度到 RS2，会话丢失。

2，解决方案

防火墙标记 fwmark（推荐方案）

原理：利用 iptables 将 VIP 多个端口数据包打上相同 mark 标记，ipvs 基于标记统一调度，不再区分端口。

# 1. iptables给80、443流量统一打上标记666 iptables -t mangle -A PREROUTING -d 192.168.1.100 -p tcp --dport 80 -j MARK --set-mark 666 iptables -t mangle -A PREROUTING -d 192.168.1.100 -p tcp --dport 443 -j MARK --set-mark 666 # 2. ipvs基于标记创建虚拟服务（不再指定端口） ipvsadm -A -f 666 -s wrr ipvsadm -a -f 666 -r 192.168.1.20 -g ipvsadm -a -f 666 -r 192.168.1.21 -g

✅ 效果：同一客户端访问 80/443，统一纳入同一调度规则，保证分配到同一 RS。

七、会话粘滞（Session Stickiness）解决方案

1，问题描述

无状态调度算法（如 RR）会将同一用户的不同请求分到不同 RS，若 RS 维护了用户会话（Session）数据，则会导致会话丢失。

2，解决方案：

方案 1：持久连接（Persistent）

与多端口方案相同，使用-p选项，同一源 IP 的所有请求在超时内固定到同一 RS。

ipvsadm -A -t 192.168.1.100:80 -p 3600 -s rr

方案 2：源地址散列算法（SH）

根据源 IP 的哈希值直接选择固定 RS，无需超时，但算法固定，无法按权重调整。

ipvsadm -A -t 192.168.1.100:80 -s sh

方案 3：在应用层维持会话（如 cookie）

后端 RS 通过 cookie 或 URL 重写传递会话标识，但 LVS 不干预，需 RS 共享会话存储（如 Redis）或保持节点间同步。

方案 4：结合 Keepalived 的持久性

Keepalived 配置中可设置persistence_timeout，与ipvsadm -p等效。

推荐：

• 短时粘滞（如购物车）使用持久连接，超时设 3600 秒。

• 若需长期固定，则使用 SH 算法，但注意权重配置受限。

3，完整实践步骤（以 DR 模式部署 HTTP 负载均衡为例）

# 环境规划 # LVS: 192.168.1.100 (VIP: 192.168.1.200) # RS1: 192.168.1.10 (绑定VIP: lo:0) # RS2: 192.168.1.11 (绑定VIP: lo:0) # ---------- 步骤1: 在 LVS 上配置 VIP ---------- ifconfig eth0:0 192.168.1.200 netmask 255.255.255.255 up route add -host 192.168.1.200 dev eth0:0 # ---------- 步骤2: 在 LVS 上开启转发 ---------- echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward # ---------- 步骤3: 在 RS 上绑定 VIP 并抑制 ARP ---------- # 编辑 /etc/sysctl.conf 添加： net.ipv4.conf.lo.arp_ignore = 1 net.ipv4.conf.lo.arp_announce = 2 net.ipv4.conf.all.arp_ignore = 1 net.ipv4.conf.all.arp_announce = 2 # 应用： sysctl -p # 绑定 VIP 到 lo:0 ifconfig lo:0 192.168.1.200 netmask 255.255.255.255 up # ---------- 步骤4: 在 LVS 上添加虚拟服务和 RS ---------- # 使用 WLC 算法（默认），并启用持久连接（粘滞） ipvsadm -A -t 192.168.1.200:80 -p 600 -s wlc ipvsadm -a -t 192.168.1.200:80 -r 192.168.1.10:80 -g -w 1 ipvsadm -a -t 192.168.1.200:80 -r 192.168.1.11:80 -g -w 2 # 查看状态 ipvsadm -Ln # ---------- 步骤5: 测试 ---------- # 客户端访问 http://192.168.1.200 ，多次刷新，观察会话保持和负载分布

4，拓扑图解（DR 模式）

+-----------------+
| 客户端 |
| (CIP) |
+--------+--------+
|
| 请求: VIP=192.168.1.200
|
+--------v--------+ +--------------------+
| LVS (Director) | | VIP: 192.168.1.200|
| eth0: 192.168.1.100 | | 仅响应ARP请求 |
| eth0:0 VIP | +--------------------+
+--------+--------+ / \
| (MAC改写, 发送至RS) / \
| +------v-----+ +------v-----+
+------------->| RS1 | | RS2 |
| 192.168.1.10| |192.168.1.11 |
| lo:0 VIP | | lo:0 VIP |
+------------+ +------------+
| |
+----直接响应--------+
|
+-----v-----+
| 客户端 |
+-----------+

八、总结