LVS 集群技术详解与实战部署

目录

引言

一、实验环境准备

二、理论基础：集群与 LVS 核心原理

2.1 集群与分布式

2.2 LVS 核心原理

LVS 的 4 种工作模式

LVS 调度算法

三、LVS 部署工具：ipvsadm 命令详解

四、实战案例：LVS 部署详解

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

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

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

 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：
[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：
[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：
# 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：

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IPVIP角色
DR_client192.168.2.111null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
RS1192.168.186.10, GW:192.168.186.100lo:192.168.186.254web服务器1
RS2192.168.186.20, GW:192.168.186.200lo:192.168.186.254web服务器2
配置步骤
1.在客户端主机中为nat模式网卡：

[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

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

#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


#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 
#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

 

#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 
#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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