LVS 集群技術詳解與實戰部署

目錄

引言

一、實驗環境準備

二、理論基礎：集群與 LVS 核心原理

2.1 集群與分布式

2.2 LVS 核心原理

LVS 的 4 種工作模式

LVS 調度算法

三、LVS 部署工具：ipvsadm 命令詳解

四、實戰案例：LVS 部署詳解

案例 1：NAT 模式集群部署

環境說明

配置步驟

案例 2：DR 模式集群部署

環境說明

配置步驟

1.在客戶端主機中為nat模式網卡：

2.?在路由主機中設定雙網卡，eth0為nat網卡，eth1為僅主機網卡

3.對于dr調度器設定網卡為僅主機模式??

?4.對于RS1的設定網卡為僅主機模式

?5.對于RS2中的網絡設定

解決vip響應問題

配置詳情

1.配置要點

?2.在lvs 和 rs 中設定vip

?3.在RS1和RS2中解決響應問題

4.在lvs中配置策略

?5.測試效果

三、總結

引言

在高并發業務場景中，單臺服務器往往難以承載大量的訪問請求，此時集群技術成為提升系統性能與可用性的關鍵。LVS（Linux Virtual Server，Linux 虛擬服務器）作為 Linux 內核集成的負載均衡技術，能夠將請求高效分發到多臺真實服務器，實現負載均衡。本文將從理論到實戰，詳細介紹 LVS 集群技術，包括核心原理、部署命令及多個實戰案例，助你快速掌握 LVS 的應用。

一、實驗環境準備

在開始 LVS 部署前，需準備以下實驗環境（可根據實際情況調整主機數量和 IP）：

主機名

角色

說明

server1

調度器（VS）

負責請求調度，需配置 VIP：192.168.2.100（虛擬 IP）和 DIP：192.168.186.100（調度器內網 IP）

server2

真實服務器（RS1）

提供實際服務（如 Web），配置 RIP（真實服務器 IP）192.168.186.10

server3

真實服務器（RS2）

同 server2? IP地址：192.168.186.20

server4

測試機

模擬客戶端，用于測試負載均衡效果? IP地址：192.168.2.111

二、理論基礎：集群與 LVS 核心原理

2.1 集群與分布式

  • 集群（Cluster）：多臺計算機組合成的單個系統，用于解決特定問題，常見類型包括：
    • 負載均衡（LB）：請求分發到多臺主機，分攤負載；
    • 高可用（HA）：避免單點故障（SPOF），提升服務可用性；
    • 高性能計算（HPC）：專注大規模計算（本文不涉及）。
  • 分布式：將業務拆分為多個子業務，部署在多臺服務器，每臺服務器功能不同，組合實現完整業務。
  • 區別：集群通過提升單位時間處理任務數提升效率，分布式通過縮短單個任務時間提升效率。

2.2 LVS 核心原理

LVS 由調度器（VS）和真實服務器（RS）組成，VS 根據調度算法將客戶端請求分發到 RS，核心術語包括：

  • VIP：VS 對外提供服務的 IP；
  • DIP：VS 內網 IP，用于與 RS 通信；
  • RIP：RS 的 IP；
  • CIP：客戶端 IP。
LVS 的 4 種工作模式
  1. NAT 模式（lvs-nat）：
    • 原理：修改請求報文的目標 IP（多目標 DNAT），請求和響應均經過 VS；
    • 特點：RS 網關需指向 DIP，支持端口映射，但 VS 可能成為瓶頸。
  1. DR 模式（lvs-dr）：
    • 原理：通過封裝新 MAC 地址轉發請求，請求經 VS，響應由 RS 直接發往客戶端；
    • 特點：VS 和 RS 需配置相同 VIP，不支持端口映射，性能高（默認模式）。
  1. TUN 模式（lvs-tun）：
    • 原理：原 IP 報文外封裝新 IP 首部（源 DIP，目標 RIP），響應由 RS 直接發往客戶端；
    • 特點：支持跨網絡部署，需公網 IP，RS 需支持隧道功能。
  1. FULLNAT 模式：
    • 原理：修改請求報文的源 IP 和目標 IP，請求和響應均經過 VS；
    • 特點：內核默認不支持，RIP 與 DIP 可不在同一網絡。
LVS 調度算法
  • 靜態算法（不考慮 RS 負載）：
    • RR（輪詢）：請求依次分發到各 RS；
    • WRR（加權輪詢）：按權重分配，性能高的 RS 承擔更多請求；
    • SH（源地址哈希）：同一客戶端請求固定到同一 RS（會話綁定）。
  • 動態算法（考慮 RS 負載）：
    • WLC（加權最少連接）：默認算法，根據活躍連接數和權重分配；
    • SED（最短預期延遲）：高權重 RS 優先承接新請求；
    • FO（加權故障轉移）：用于灰度發布，優先調度未過載的高權重 RS。

三、LVS 部署工具：ipvsadm 命令詳解

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

功能

命令示例

說明

添加集群服務

ipvsadm -A -t VIP:80 -s rr

添加 TCP 服務（VIP:80），調度算法為輪詢（rr）

添加 RS

ipvsadm -a -t VIP:80 -r RIP:80 -m

為集群服務添加 RS（RIP:80），模式為 NAT（-m）

修改配置

ipvsadm -E -t VIP:80 -s wrr

將調度算法修改為加權輪詢（wrr）

刪除 RS

ipvsadm -d -t VIP:80 -r RIP:80

從集群服務中刪除指定 RS

查看配置

ipvsadm -Ln

顯示集群配置（-n：不解析域名）

保存規則

ipvsadm -Sn > /etc/sysconfig/ipvsadm

保存當前配置到文件

?

四、實戰案例：LVS 部署詳解

案例 1：NAT 模式集群部署

環境說明
  • VS（server1）：VIP=192.168.2.100（外網），DIP=192.168.186.100（內網）；
  • RS1（server2）：RIP=192.168.186.10，網關指向 DIP；
  • RS2（server3）：RIP=192.168.186.20，網關指向 DIP；
  • 測試機（server4）：192.168.2.111模擬外網客戶端。
配置步驟
  1. VS 啟用內核路由：
[root@lvs ~]# echo "net.ipv4.ip_forward=1" >> /etc/sysctl.d/99-ip_forward.conf
[root@lvs ~]# sysctl --system # 生效配置

??

??

【解釋】：NAT 模式需要 VS 轉發報文，需開啟 IP 轉發。

  1. 安裝 ipvsadm：
[root@lvs ~]# yum install ipvsadm -y
[root@lvs ~]# systemctl enable --now ipvsadm # 開機自啟
  1. 配置集群服務和 RS：
# 添加集群服務（VIP:80，輪詢算法）[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. 測試驗證：

在測試機執行多次請求，觀察輪詢效果：

for N in {1..6};do curl 192.168.2.100;done

?

預期結果：交替返回 RS1 和 RS2 的響應。

案例 2：DR 模式集群部署

環境說明
主機名IPVIP角色
DR_client192.168.2.111null測試主機
route

NAT-eth0:192.168.2.100,

僅主機-eth1:192.168.186.100

null路由器
lvs

192.168.186.200,

GW:192.168.186.100

lo:192.168.186.254調度器
RS1192.168.186.10, GW:192.168.186.100lo:192.168.186.254web服務器1
RS2192.168.186.20, GW:192.168.186.200lo:192.168.186.254web服務器2
配置步驟
1.在客戶端主機中為nat模式網卡：

[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.?在路由主機中設定雙網卡，eth0為nat網卡，eth1為僅主機網卡 
#對于eth0的設定
[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#對于eth1的設定
[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.對于dr調度器設定網卡為僅主機模式 ?
[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.對于RS1的設定網卡為僅主機模式 
[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.對于RS2中的網絡設定
[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

解決vip響應問題
DR模型中各主機上均需要配置VIP，解決地址沖突的方式有三種：
(1)在前端網關做靜態綁定
(2)在各RS使用arptables
(3)在各RS修改內核參數，來限制arp響應和通告的級別
限制響應級別:arp_ignore
0:默認值，表示可使用本地任意接口上配置的任意地址進行響應
1:僅在請求的目標IP配置在本地主機的接收到請求報文的接口上時，才給予響應
限制通告級別:arp_announce
0:默認值，把本機所有接口的所有信息向每個接口的網絡進行通告
1:盡量避免將接口信息向非直接連接網絡進行通告
2:必須避免將接口信息向非本網絡進行通告
配置詳情
1.配置要點
1.Director服務器采用雙IP橋接網絡，一個是VPP，一個DIP
2.Web服務器采用和DIP相同的網段和Director連接
3.每個Web服務器配置VIP
4.每個web服務器可以出外網
?2.在lvs 和 rs 中設定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中解決響應問題 
#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.測試效果

三、總結

LVS 作為高性能的負載均衡技術，通過不同工作模式（NAT/DR/TUN）和調度算法，可靈活應對各種業務場景。本文通過 4 個實戰案例，從基礎部署到問題解決，詳細演示了 LVS 的配置過程。實際應用中，需根據業務需求選擇合適的模式（如 DR 模式適合高并發場景），并結合監控工具（如 ipvsadm 統計）優化調度策略。

希望本文能幫助你快速掌握 LVS 集群技術，歡迎在評論區交流部署過程中遇到的問題！

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