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LVS三种模式及调度算法解析

news 2025/11/7 8:44:11

一、LVS 三种工作模式

1. NAT 模式（Network Address Translation）

工作原理：
客户端请求先到达 LVS 调度器（Director），调度器修改目标 IP 为后端某台 Real Server 的 IP，并做 DNAT；Real Server 处理完请求后，把响应包发回给调度器，调度器再做 SNAT 把源 IP 改回 VIP 后返回给客户端。所有流量（请求+响应）都经过调度器。

网络拓扑：

所有 Real Server 和 Director 在同一个二层网络（如同一个 VLAN）。
Real Server 默认网关指向 Director。

优点：

配置简单，对 RS 无特殊要求（不需要改内核参数或路由）。
支持端口转换（比如 VIP:80 → RS:8080）。

缺点：

调度器成为性能瓶颈（双向流量都要过它）。
扩展性差，一般只适用于后端 RS 数量 ≤ 10 的小规模场景。

适用场景：
测试环境、小流量业务、需要端口映射的场景（比如旧系统改造）。

2. DR 模式（Direct Routing）

工作原理：
客户端请求到达 Director，Director 通过修改 MAC 地址（不改 IP），将帧直接转发给选定的 Real Server。RS 必须配置 VIP（通常绑在 lo 接口上），并抑制 ARP 响应。响应流量直接从 RS 返回客户端，不经过 Director。

网络拓扑：

Director 和所有 RS 必须在同一个广播域（二层可达）。
VIP 在 Director 和所有 RS 上都要配置（RS 上一般配在 lo:0）。
RS 的默认网关是正常出口网关，不是 Director。

优点：

性能极高，Director 只处理入向流量，出向直通。
扩展性好，可支撑成百上千台 RS。

缺点：

要求严格二层同网段，跨机房部署困难。
不支持端口转换（VIP 端口必须和 RS 端口一致）。
需要在 RS 上做 ARP 抑制（arp_ignore=1, arp_announce=2）。

适用场景：
这是我们在生产中最常用的模式，尤其适合高并发、低延迟的 Web 服务、API 网关等。

3. TUN 模式（IP Tunneling）

工作原理：
Director 将客户端请求封装在新的 IP 包中（IP-in-IP），发送给远端的 Real Server。RS 解封装后处理请求，响应直接返回客户端。响应也不经过 Director。

网络拓扑：

Director 和 RS 可以不在同一机房，只要三层互通即可。
RS 必须支持 IP 隧道（加载 ipip 模块），并配置 VIP。

优点：

支持跨机房部署，适合异地多活架构。
Director 只处理入向流量，性能较好。

缺点：

配置复杂，需维护隧道。
包头增加 20 字节，MTU 需要调整避免分片。
对 RS 内核有要求（需支持 IPIP）。

适用场景：
我们用在跨 AZ 或同城双活的场景，比如灾备流量调度。但因为运维成本高，如果不是必须跨三层，一般优先选 DR。

二、LVS 调度算法

LVS 内核模块 IPVS 支持多种调度策略，核心就两类：静态（轮询类）和动态（连接数类）。

算法	特点	适用场景
rr（Round Robin）	轮询，依次分配	后端服务器性能一致，且请求处理时间相近
wrr（Weighted RR）	加权轮询，按权重分配	后端服务器性能不均（比如新旧混部）
lc（Least Connections）	谁当前连接数少就分给谁	请求处理时间差异大（如文件上传/下载混合）
wlc（Weighted LC）	加权最少连接，兼顾性能和负载	生产最常用，适应性强，推荐默认使用
lblc / lblcr	基于本地最少连接（带缓存亲和）	适用于 HTTP 缓存集群，但我们基本不用
sh（Source Hashing）	源 IP 哈希，实现会话保持	需要客户端始终打到同一 RS（但更推荐用应用层 sticky session）

补充：我们线上几乎全部用 wlc，因为它能自动适应不同规格机器 + 动态负载，比 rr 更智能，比 lc 考虑了机器能力差异。

三、ipvsadm 的作用和常用命令

作用：
ipvsadm 是用户态工具，用于管理内核中的 IPVS 表（类似 iptables 管理 netfilter）。所有 LVS 规则最终都通过它写入内核。

常用命令：

# 查看当前 VS 和 RS 列表
ipvsadm -ln# 添加一个虚拟服务（DR 模式，wlc）
ipvsadm -A -t 10.0.0.100:80 -s wlc# 添加后端真实服务器
ipvsadm -a -t 10.0.0.100:80 -r 10.0.1.10:80 -g  # -g 表示 DR 模式
ipvsadm -a -t 10.0.0.100:80 -r 10.0.1.11:80 -g# 删除虚拟服务（会连带删除所有 RS）
ipvsadm -D -t 10.0.0.100:80# 清空所有规则
ipvsadm -C# 保存规则（重启后失效，需配合脚本持久化）
ipvsadm-save > /etc/sysconfig/ipvsadm

关键选项说明：