Linux Virtual Server (LVS) 负载均衡基础与实战部署

重点模式：DR 模式核心特点

DR 是 LVS 默认且应用最广泛的模式，性能远高于 NAT 模式（避免 VS 成为瓶颈），但需解决 VIP 地址冲突问题（VS 和 RS 均配置 VIP，需防止 ARP 广播导致的地址解析异常），解决方案有 3 种：

1. 前端网关做静态绑定（VIP 与 VS 的 MAC 地址）；
2. RS 上使用 arptables 工具限制 ARP 请求；
3. RS 上修改内核参数 arp_ignore 和 arp_announce（最常用）。

2.2 LVS 调度算法

LVS 的调度算法分为静态算法（仅按算法本身调度，不考虑 RS 负载）和动态算法（根据 RS 实时负载状态调度，负载值 Overhead 越小越优先），4.15 版本内核新增了 FO/OVF 算法，适用于灰度发布等场景。

2.2.1 静态调度算法

2.2.2 动态调度算法

默认调度算法为 WLC（加权最少连接），核心计算负载值 Overhead，值越小优先级越高：

1. LC：最少连接，Overhead = 活动连接数×256 + 非活动连接数，适用于长连接应用；
2. WLC：加权最少连接，Overhead = (活动连接数×256 + 非活动连接数)/权重；
3. SED：最短预期延迟，Overhead = (活动连接数 +1+ 非活动连接数)×256/权重，高权重 RS 优先；
4. NQ：永不排队，第一轮均匀分配，后续按 SED 调度；
5. LBLC/LBLCR：基于本地的最少连接，解决 DH 算法的负载不均衡问题。

2.2.3 内核新增算法

1. FO：加权故障转移，遍历找到未过载 + 权重最高的 RS，适用于灰度发布；
2. OVF：溢出连接，权重最高的 RS 直到活动连接数超过权重值，再调度至下一个 RS。

2.3 LVS 管理工具：ipvsadm

LVS 的集群配置与管理依赖 ipvsadm 工具，其核心功能为集群服务管理、RS 管理、规则查看/保存/重载，先通过 yum install ipvsadm -y 安装，核心信息如下：

ipvsadm 核心命令

三、LVS 实验

实验分为 NAT 模式集群部署和 DR 模式集群部署

3.1 实验 1：NAT 模式 LVS 集群部署

3.1.1 实验说明

实验目的：掌握 NAT 模式 LVS 集群的部署流程，验证 RR/WRR 调度算法的效果；

实验原理：VS 通过 DNAT 修改请求报文的目标 IP/端口，将流量分发到 RS，RS 响应报文经 VS 回传给客户端，RS 网关必须指向 VS 的 DIP；

实验环境：

3.1.2 操作步骤（所有操作在 root 用户下执行）

步骤 1：VS 开启内核路由功能

NAT 模式依赖 Linux 内核的 IP 转发功能，需开启，执行以下命令：

echo net.ipv4.ip_forward=1 >> /etc/sysctl.conf 

验证：执行 sysctl -p，输出 net.ipv4.ip_forward = 1 即为成功。

步骤 2：VS 安装 ipvsadm 工具

yum install ipvsadm -y 

步骤 3：修改调度算法为 WRR，验证加权效果

将 RS1 权重设为 2，RS2 权重设为 1，请求分发比例应为 2:1：

# 1. 添加集群服务算法为 WRR
ipvsadm -A -t 172.25.254.100:80 -s wrr
# 2. 添加 RS1 权重为 2
ipvsadm -a -t 172.25.254.100:80 -r 192.168.0.10:80 -m -w 2
# 3. 添加 RS2 权重为 1
ipvsadm -a -t 172.25.254.100:80 -r 192.168.0.20:80 -m -w 1
# 4. 查看修改后的规则
ipvsadm -Ln 

在测试机执行循环 curl 命令，验证加权效果：

for N in {1..6};do curl 172.25.254.100;done 

预期效果：RS1 被调度 4 次，RS2 被调度 2 次，比例 2:1。

步骤 4：持久化 LVS 调度规则

默认 ipvsadm 配置为临时生效，重启后丢失，需保存规则并设置开机自启：

# 1. 保存规则到配置文件
ipvsadm-save -n > /etc/sysconfig/ipvsadm
# 2. 设置 ipvsadm 服务开机自启并启动
systemctl enable --now ipvsadm.service
# 3. 验证服务状态
systemctl status ipvsadm.service 

3.2 实验 2：DR 模式 LVS 集群部署

3.2.1 实验说明

实验目的：掌握 DR 模式 LVS 集群的部署流程，解决 VIP 地址冲突问题，验证 WRR 调度算法；

实验原理：VS 仅修改请求报文的 MAC 地址，RS 直接将响应报文回传给客户端，VS 和 RS 均配置 VIP，需修改 RS 内核参数限制 ARP 解析；

实验环境：

3.2.2 操作步骤（核心步骤，省略基础网卡配置）

步骤 1：所有 RS（RS1/RS2）配置 VIP 到 lo 回环口

DR 模式要求 VS 和 RS 均配置 VIP，将 VIP 绑定到 lo 口（避免网卡冲突），执行以下命令：

# 编辑 lo 口网络配置
vim /etc/NetworkManager/system-connections/lo.nmconnection
# 添加以下配置
[connection]
id=lo type=loopback interface-name=lo
[ethernet]
[ipv4]
address1=127.0.0.1/8
address2=192.168.0.200/32
method=manual
# 重启 lo 口连接
nmcli connection up lo
# 验证 VIP 配置：查看 lo 口 IP
ip addr show lo 

步骤 2：所有 RS（RS1/RS2）修改内核参数，解决 VIP 地址冲突

修改 arp_ignore 和 arp_announce，限制 ARP 请求/通告，两台 RS 操作完全一致：

# 临时生效（重启后丢失，可写入 sysctl 配置实现永久生效）
echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_ignore
echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_ignore
echo 2 > /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_announce
echo 2 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_announce 

参数说明：

• arp_ignore=1：仅对请求的目标 IP 配置在接收接口上时，才响应 ARP；
• arp_announce=2：仅向本网络通告本机接口信息，避免 VIP 暴露。

步骤 3：添加策略

# Router
iptables -t nat -A POSTROUTING -o eth1 -j SNAT --to-source 192.168.0.200
iptables -t nat -A POSTROUTING -o eth0 -j SNAT --to-source 172.25.254.100
# VS
ipvsadm -A -t 192.168.0.200:80 -s wrr
ipvsadm -a -t 192.168.0.200:80 -r 192.168.0.10:80 -g
ipvsadm -a -t 192.168.0.200:80 -r 192.168.0.20:80 -g 

步骤 4：测试机（client）验证 DR 模式负载均衡效果

在测试机执行循环 curl 命令，访问 VIP，查看请求分发结果：

for N in {1..10};do curl 192.168.0.200;done 

预期效果：请求在 RS1 和 RS2 之间交替分发，响应报文由 RS 直连测试机，VS 仅处理请求分发，无响应瓶颈。

步骤 5：持久化 DR 模式调度规则

与 NAT 模式一致，保存规则并设置 ipvsadm 服务开机自启：

ipvsadm -Sn > /etc/sysconfig/ipvsadm
systemctl enable --now ipvsadm.service