LVS 集群技术详解与实战部署

高峰聚焦2025-07-19 23:04

目录

引言

一、实验环境准备

[二、理论基础：集群与 LVS 核心原理](#二、理论基础：集群与 LVS 核心原理)

[2.1 集群与分布式](#2.1 集群与分布式)

[2.2 LVS 核心原理](#2.2 LVS 核心原理)

[LVS 的 4 种工作模式](#LVS 的 4 种工作模式)

[LVS 调度算法](#LVS 调度算法)

[三、LVS 部署工具：ipvsadm 命令详解](#三、LVS 部署工具：ipvsadm 命令详解)

[四、实战案例：LVS 部署详解](#四、实战案例：LVS 部署详解)

[案例 1：NAT 模式集群部署](#案例 1：NAT 模式集群部署)

环境说明

配置步骤

[案例 2：DR 模式集群部署](#案例 2：DR 模式集群部署)

环境说明

配置步骤

1.在客户端主机中为nat模式网卡：

[2. 在路由主机中设定双网卡，eth0为nat网卡，eth1为仅主机网卡](#2. 在路由主机中设定双网卡，eth0为nat网卡，eth1为仅主机网卡)

3.对于dr调度器设定网卡为仅主机模式

4.对于RS1的设定网卡为仅主机模式

5.对于RS2中的网络设定

解决vip响应问题

配置详情

1.配置要点

[2.在lvs 和 rs 中设定vip](#2.在lvs 和 rs 中设定vip)

3.在RS1和RS2中解决响应问题

4.在lvs中配置策略

5.测试效果

三、总结

引言

在高并发业务场景中，单台服务器往往难以承载大量的访问请求，此时集群技术成为提升系统性能与可用性的关键。LVS（Linux Virtual Server，Linux 虚拟服务器）作为 Linux 内核集成的负载均衡技术，能够将请求高效分发到多台真实服务器，实现负载均衡。本文将从理论到实战，详细介绍 LVS 集群技术，包括核心原理、部署命令及多个实战案例，助你快速掌握 LVS 的应用。

一、实验环境准备

在开始 LVS 部署前，需准备以下实验环境（可根据实际情况调整主机数量和 IP）：

|---------|------------|--------------------------------------------------------------------|
| 主机名 | 角色 | 说明 |
| server1 | 调度器（VS） | 负责请求调度，需配置 VIP：192.168.2.100（虚拟 IP）和 DIP：192.168.186.100（调度器内网 IP） |
| server2 | 真实服务器（RS1） | 提供实际服务（如 Web），配置 RIP（真实服务器 IP）192.168.186.10 |
| server3 | 真实服务器（RS2） | 同 server2 IP地址：192.168.186.20 |
| server4 | 测试机 | 模拟客户端，用于测试负载均衡效果 IP地址：192.168.2.111 |

二、理论基础：集群与 LVS 核心原理

2.1 集群与分布式

  • 集群（Cluster）：多台计算机组合成的单个系统，用于解决特定问题，常见类型包括：
    • 负载均衡（LB）：请求分发到多台主机，分摊负载；
    • 高可用（HA）：避免单点故障（SPOF），提升服务可用性；
    • 高性能计算（HPC）：专注大规模计算（本文不涉及）。
  • 分布式：将业务拆分为多个子业务，部署在多台服务器，每台服务器功能不同，组合实现完整业务。
  • 区别：集群通过提升单位时间处理任务数提升效率，分布式通过缩短单个任务时间提升效率。

2.2 LVS 核心原理

LVS 由调度器（VS）和真实服务器（RS）组成，VS 根据调度算法将客户端请求分发到 RS，核心术语包括：

  • VIP：VS 对外提供服务的 IP；
  • DIP：VS 内网 IP，用于与 RS 通信；
  • RIP：RS 的 IP；
  • CIP：客户端 IP。
LVS 的 4 种工作模式
  1. NAT 模式（lvs-nat）：
    • 原理：修改请求报文的目标 IP（多目标 DNAT），请求和响应均经过 VS；
    • 特点：RS 网关需指向 DIP，支持端口映射，但 VS 可能成为瓶颈。
  1. DR 模式（lvs-dr）：
    • 原理：通过封装新 MAC 地址转发请求，请求经 VS，响应由 RS 直接发往客户端；
    • 特点：VS 和 RS 需配置相同 VIP，不支持端口映射，性能高（默认模式）。
  1. TUN 模式（lvs-tun）：
    • 原理：原 IP 报文外封装新 IP 首部（源 DIP，目标 RIP），响应由 RS 直接发往客户端；
    • 特点：支持跨网络部署，需公网 IP，RS 需支持隧道功能。
  1. FULLNAT 模式：
    • 原理：修改请求报文的源 IP 和目标 IP，请求和响应均经过 VS；
    • 特点：内核默认不支持，RIP 与 DIP 可不在同一网络。
LVS 调度算法
  • 静态算法（不考虑 RS 负载）：
    • RR（轮询）：请求依次分发到各 RS；
    • WRR（加权轮询）：按权重分配，性能高的 RS 承担更多请求；
    • SH（源地址哈希）：同一客户端请求固定到同一 RS（会话绑定）。
  • 动态算法（考虑 RS 负载）：
    • WLC（加权最少连接）：默认算法，根据活跃连接数和权重分配；
    • SED（最短预期延迟）：高权重 RS 优先承接新请求；
    • FO（加权故障转移）：用于灰度发布，优先调度未过载的高权重 RS。

三、LVS 部署工具：ipvsadm 命令详解

ipvsadm 是 LVS 的管理工具，用于配置集群服务和 RS，核心命令如下：

|--------|---------------------------------------|--------------------------------|
| 功能 | 命令示例 | 说明 |
| 添加集群服务 | ipvsadm -A -t VIP:80 -s rr | 添加 TCP 服务（VIP:80），调度算法为轮询（rr） |
| 添加 RS | ipvsadm -a -t VIP:80 -r RIP:80 -m | 为集群服务添加 RS（RIP:80），模式为 NAT（-m） |
| 修改配置 | ipvsadm -E -t VIP:80 -s wrr | 将调度算法修改为加权轮询（wrr） |
| 删除 RS | ipvsadm -d -t VIP:80 -r RIP:80 | 从集群服务中删除指定 RS |
| 查看配置 | ipvsadm -Ln | 显示集群配置（-n：不解析域名） |
| 保存规则 | ipvsadm -Sn > /etc/sysconfig/ipvsadm | 保存当前配置到文件 |

四、实战案例：LVS 部署详解

案例 1：NAT 模式集群部署

环境说明
  • VS（server1）：VIP=192.168.2.100（外网），DIP=192.168.186.100（内网）；
  • RS1（server2）：RIP=192.168.186.10，网关指向 DIP；
  • RS2（server3）：RIP=192.168.186.20，网关指向 DIP；
  • 测试机（server4）：192.168.2.111模拟外网客户端。
配置步骤
  1. VS 启用内核路由：
bash 复制代码 
[root@lvs ~]# echo "net.ipv4.ip_forward=1" >> /etc/sysctl.d/99-ip_forward.conf
[root@lvs ~]# sysctl --system # 生效配置

​

​

【解释】：NAT 模式需要 VS 转发报文，需开启 IP 转发。

  1. 安装 ipvsadm：
bash 复制代码 
[root@lvs ~]# yum install ipvsadm -y
[root@lvs ~]# systemctl enable --now ipvsadm # 开机自启
  1. 配置集群服务和 RS：
bash 复制代码 
# 添加集群服务（VIP:80，轮询算法）

[root@lvs ~]# ipvsadm -A -t 192.168.2.100:80 -s rr

# 添加RS1（NAT模式）

[root@lvs ~]# ipvsadm -a -t 192.168.2.100:80 -r 192.168.186.10:80 -m

# 添加RS2（NAT模式）

[root@lvs ~]# ipvsadm -a -t 192.168.2.100:80 -r 192.168.186.20:80 -m

​

  1. 测试验证：

在测试机执行多次请求，观察轮询效果：

bash 复制代码 
for N in {1..6};do curl 192.168.2.100;done

​

预期结果：交替返回 RS1 和 RS2 的响应。

案例 2：DR 模式集群部署

环境说明

|-----------|--------------------------------------------------|--------------------|---------|
| 主机名 | IP | VIP | 角色 |
| DR_client | 192.168.2.111 | null | 测试主机 |
| route | NAT-eth0:192.168.2.100, 仅主机-eth1:192.168.186.100 | null | 路由器 |
| lvs | 192.168.186.200, GW:192.168.186.100 | lo:192.168.186.254 | 调度器 |
| RS1 | 192.168.186.10, GW:192.168.186.100 | lo:192.168.186.254 | web服务器1 |
| RS2 | 192.168.186.20, GW:192.168.186.200 | lo:192.168.186.254 | web服务器2 |

配置步骤
1.在客户端主机中为nat模式网卡：
bash 复制代码 
[root@client ~]# vim /etc/NetworkManager/system-connections/eth0.nmconnection 

[root@client ~]# route -n
Kernel IP routing table
Destination     Gateway         Genmask         Flags Metric Ref    Use Iface
0.0.0.0         192.168.2.2     0.0.0.0         UG    100    0        0 eth0
192.168.2.0     0.0.0.0         255.255.255.0   U     100    0        0 eth0
复制代码
2. 在路由主机中设定双网卡，eth0为nat网卡，eth1为仅主机网卡
bash 复制代码 
#对于eth0的设定
[root@lvs ~]# vim /etc/NetworkManager/system-connections/eth0.nmconnection 

[connection]
id=eth0
type=ethernet
interface-name=eth0

[ipv4]
method=manual
address1=192.168.2.100/24,192.168.2.2
dns=8.8.8.8


#对于eth1的设定
[root@lvs ~]# vim /etc/NetworkManager/system-connections/eth1.nmconnection 

[connection]
id=eth1
type=ethernet
interface-name=eth1

[ipv4]
method=manual
address1=192.168.186.100/24,192.168.2.2
dns=8.8.8.8

3. 对于dr调度器设定网卡为仅主机模式
bash 复制代码 
[root@lvs-dr ~]# vim /etc/NetworkManager/system-connections/eth0.nmconnection 

[connection]
id=eth0
type=ethernet
interface-name=eth0

[ipv4]
method=manual
address1=192.168.186.200/24,192.168.186.100
address2=192.168.186.254/24
dns=8.8.8.8
4. 对于RS1的设定网卡为仅主机模式
bash 复制代码 
[root@rs1 ~]# vim /etc/NetworkManager/system-connections/eth0.nmconnection 

[connection]
id=eth0
type=ethernet
interface-name=eth0

[ipv4]
method=manual
address1=192.168.186.10/24,192.168.186.100
dns=8.8.8.8
5. 对于RS2中的网络设定
bash 复制代码 
[root@rs2 ~]# vim /etc/NetworkManager/system-connections/eth0.nmconnection 

[connection]
id=eth0
type=ethernet
interface-name=eth0

[ipv4]
method=manual
address1=192.168.186.20/24,192.168.186.100
dns=8.8.8.8
解决vip响应问题

DR 模型中各主机上均需要配置 VIP ，解决地址冲突的方式有三种：
(1) 在前端网关做静态绑定
(2) 在各 RS 使用 arptables
(3) 在各 RS 修改内核参数，来限制 arp 响应和通告的级别
限制响应级别 :arp_ignore
0: 默认值，表示可使用本地任意接口上配置的任意地址进行响应
1: 仅在请求的目标 IP 配置在本地主机的接收到请求报文的接口上时，才给予响应
限制通告级别 :arp_announce
0: 默认值，把本机所有接口的所有信息向每个接口的网络进行通告
1: 尽量避免将接口信息向非直接连接网络进行通告
2: 必须避免将接口信息向非本网络进行通告

配置详情
1.配置要点

1.Director 服务器采用双 IP 桥接网络，一个是 VPP ，一个 DIP
2.Web 服务器采用和 DIP 相同的网段和 Director 连接
3. 每个 Web 服务器配置 VIP
4. 每个 web 服务器可以出外网

2.在lvs 和 rs 中设定vip
bash 复制代码 
#lvs
[root@lvs-dr ~]# vim /etc/NetworkManager/system-connections/eth0.nmconnection 

[connection]
id=eth0
type=ethernet
interface-name=eth0

[ipv4]
method=manual
address1=192.168.186.200/24,192.168.186.100
address2=192.168.186.254/24
dns=8.8.8.8
bash 复制代码 
#RS1
[root@rs1 ~]# vim /etc/NetworkManager/system-connections/lo.nmconnection 

[connection]
id=lo
type=loopback
interface-name=lo

[ipv4]
method=manual
address1=127.0.0.1/8
address2=192.168.186.254/32
bash 复制代码 
#RS2
[root@rs2 ~]# vim /etc/NetworkManager/system-connections/lo.nmconnection 

[connection]
id=lo
type=loopback
interface-name=lo

[ipv4]
method=manual
address1=127.0.0.1/8
address2=192.168.186.254/32
3.在RS1和RS2中解决响应问题
bash 复制代码 
#RS1
[root@rs1 ~]# echo net.ipv4.conf.all.arp_ignore =1 >> /etc/sysctl.conf 
[root@rs1 ~]# echo net.ipv4.conf.all.arp_announce = 2 >> /etc/sysctl.conf 
[root@rs1 ~]# echo net.ipv4.conf.lo.arp_ignore = 1 >> /etc/sysctl.conf 
[root@rs1 ~]# echo net.ipv4.conf.lo.arp_announce = 2 >> /etc/sysctl.conf
bash 复制代码 
#RS2
[root@rs2 ~]# echo net.ipv4.conf.all.arp_ignore =1 >> /etc/sysctl.conf 
[root@rs2 ~]# echo net.ipv4.conf.all.arp_announce = 2 >> /etc/sysctl.conf 
[root@rs2 ~]# echo net.ipv4.conf.lo.arp_ignore = 1 >> /etc/sysctl.conf 
[root@rs2 ~]# echo net.ipv4.conf.lo.arp_announce = 2 >> /etc/sysctl.conf
4.在lvs中配置策略
bash 复制代码 
#lvs
[root@lvs-dr ~]# ipvsadm -A -t 192.168.186.254:80 -s rr
[root@lvs-dr ~]# ipvsadm -a -t 192.168.186.254:80 -r 192.168.186.10:80 -g
[root@lvs-dr ~]# ipvsadm -a -t 192.168.186.254:80 -r 192.168.186.20:80 -g
5.测试效果

三、总结

LVS 作为高性能的负载均衡技术，通过不同工作模式（NAT/DR/TUN）和调度算法，可灵活应对各种业务场景。本文通过 4 个实战案例，从基础部署到问题解决，详细演示了 LVS 的配置过程。实际应用中，需根据业务需求选择合适的模式（如 DR 模式适合高并发场景），并结合监控工具（如 ipvsadm 统计）优化调度策略。

希望本文能帮助你快速掌握 LVS 集群技术，欢迎在评论区交流部署过程中遇到的问题！

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