LVS 负载均衡详解：四层转发原理与三种经典模式全面解析

文章目录

一、四层 vs 七层负载均衡：本质区别

四层 LVS 的核心特点：

二、LVS 工作原理概述

三、LVS 三种工作模式对比

模式对比总览

1. LVS-NAT 模式（Network Address Translation）

2. LVS-DR 模式（Direct Routing）

3. LVS-TUN 模式（IP Tunneling）

四、LVS 实战建议

五、LVS 与其他方案对比

总结

专注性能与稳定的四层负载均衡解决方案

一、四层 vs 七层负载均衡：本质区别

在负载均衡系统中，根据 工作层次不同，常见分为：

类型	工作层	协议层次	举例	特点
四层负载均衡	传输层	TCP/UDP	LVS、IPVS、HAProxy（TCP）	性能高、转发快、透明性强
七层负载均衡	应用层	HTTP/HTTPS	Nginx、HAProxy（HTTP）、Traefik	可识别 URI、Host、Header，策略灵活

四层 LVS 的核心特点：

工作在 IP + 端口 层面，不解析内容
快速转发，系统资源占用极低
不支持内容规则路由（如按路径转发）

二、LVS 工作原理概述

LVS 使用的是 Linux 内核中的 IPVS 模块，作为一个虚拟服务器：

前端调度器（Director） 接收客户端请求
根据调度算法（如 RR、LC、SH）转发给后端 Real Server
后端服务器直接响应或通过调度器转发

架构图示：

Client ---> LVS(DIP) ---> Real Server(RIP)<--- 响应返回方式视模式而定

三、LVS 三种工作模式对比

模式对比总览

模式	请求路径	响应路径	要求	适用场景
NAT 模式	客户端 → LVS → RS	RS → LVS → 客户端	LVS 做双向转发，压力大	局域网测试
DR 模式	客户端 → LVS → RS	RS 直接回客户端	RS 与 LVS 必须同一网段	生产常用，高性能
TUN 模式	客户端 → LVS → RS（隧道）	RS 回客户端	支持公网，RS 配隧道协议	异地服务器场景

1. LVS-NAT 模式（Network Address Translation）

请求响应都经过 LVS，LVS 成为通信瓶颈。

DIP：调度器地址
RIP：真实服务器地址
VIP：虚拟服务地址

流转路径：

Client --> VIP:80 --> LVS(DIP) --> RS(RIP)
Client <-- VIP:80 <-- LVS(DIP) <-- RS(RIP)

优点：

后端服务器无特殊配置
架构简单，测试友好

缺点：

LVS 成为双向瓶颈
不适合高并发生产环境

2. LVS-DR 模式（Direct Routing）

LVS 只负责请求转发，响应由 RealServer 直接返回客户端。

关键点：

RS 与 LVS 处于 同一二层网络
所有 RS 配置 VIP 的 loopback 接口（不响应 ARP）

ip addr add 192.168.1.100 dev lo
arp_ignore = 1
arp_announce = 2

流转路径：

Client --> VIP:80 --> LVS(DIP) --> RS(RIP)
Client <-- VIP:80 <-- RS(RIP)

优点：

高性能（仅转发请求）
无数据回流，LVS 压力小

缺点：

只能在同一局域网部署
RS 需特殊配置，不响应 ARP 抢答

3. LVS-TUN 模式（IP Tunneling）

LVS 通过 IP 隧道将请求封装传递给 RS，适合跨地域部署。

LVS 和 RS 可以位于不同网络
RS 需支持 IP-in-IP 解封装

配置：

ip tunnel add tunl0 mode ipip remote <DIP> local <RIP>

流转路径：

Client --> VIP:80 --> LVS --> IP隧道 --> RS(RIP)
Client <-- VIP:80 <-- RS(RIP)

优点：

支持远程异地 RealServer
响应回客户端无需 LVS

缺点：

配置复杂（需隧道）
安全性依赖底层网络环境

四、LVS 实战建议

场景	推荐模式	原因
测试环境	NAT	架构简单
同机房大并发	DR	性能高、部署灵活
异地容灾、公网混合云	TUN	跨网络部署灵活

负载调度算法：

RR（轮询）：适用于性能一致服务器
LC（最小连接数）：适合长连接场景
SH（源地址哈希）：保持 session 粘性

五、LVS 与其他方案对比

项目	LVS	Nginx	HAProxy
工作层	四层	七层	4/7 层
性能	极高	中高	高
内容识别	❌	✅	✅
配置复杂度	中	易	易
适用场景	TCP 转发，超大并发	HTTP 路由	综合场景