Hello LVS

LVS（Linux Virtual Server）本身是 Linux 内核中的一个负载均衡模块，而 ipvsadm 和 Keepalived 是用户态的管理工具，它们分别以不同的方式管理和配置 LVS。本文关于 LVS 的配置是基于 Keepalived 的。

LVS 提供了多种负载均衡模式，其中 NAT 模式（Network Address Translation）和 DR 模式（Direct Routing）是两种最常用的实现方式。它们在工作原理、性能和适用场景上有显著差异。以下是对这两种模式的详细介绍和对比：

1. LVS NAT 模式

1.1. 工作原理

NAT 模式基于网络地址转换（Network Address Translation）。客户端发送请求到 LVS 的虚拟 IP（VIP），LVS 负载均衡器接收请求后，根据调度算法选择一个后端真实服务器（Real Server）。LVS 修改数据包的目标地址（DNAT），将请求转发给选中的 Real Server。Real Server 处理请求后，将响应返回给 LVS，LVS 再通过源地址转换（SNAT）将响应发回客户端。

数据流向：客户端 → LVS → Real Server → LVS → 客户端。

1.2. 特点

双向流量经过 LVS：请求和响应都必须经过负载均衡器；
后端服务器无需特殊配置：Real Server 的网关需指向 LVS，LVS 负责处理所有流量；
地址转换：LVS 修改数据包的 IP 地址（目标 IP 和源 IP）；

1.3. 配置示例

1.3.1. Director

配置双网卡

Bash

allow-hotplug ens33
iface ens33 inet static
    address 10.10.0.11  # 外网 IP
    netmask 255.255.255.0
    gateway 10.10.0.1
    dns-nameservers 218.85.152.99

allow-hotplug ens36
iface ens36 inet static
    address 192.168.0.11  # 内网 IP
    netmask 255.255.255.0

假设 Director 外网 VIP 为 10.10.0.10。

/etc/keepalived/keepalived.conf 配置：

Nginx

...
virtual_server 10.10.0.10 80 {  # Director 外网 VIP
    delay_loop 6
    lb_algo rr   # 轮询算法
    lb_kind NAT  # NAT 模式
    protocol TCP
    real_server 192.168.0.12 80 {  # Real Server 1 IP
        weight 1
    }
    real_server 192.168.0.13 80 {  # Real Server 2 IP
        weight 1
    }
}
...

启用 IP 转发：

Bash

echo "net.ipv4.ip_forward = 1" | sudo tee -a /etc/sysctl.conf

Bash

sudo sysctl -p

1.3.2. Real Server

Real Server 1 为例：

将网关设置为 Director 的内网 IP 地址：

INI

allow-hotplug ens36
iface ens36 inet static
    address 192.168.0.12
    netmask 255.255.255.0
    gateway 192.168.0.11  # Director 内网 IP

1.4. 优点

安全性高：Real Server 不直接暴露给客户端，LVS 充当防火墙角色；
支持端口映射：可以将 VIP 的端口映射到 Real Server 的不同端口；

1.5. 缺点

性能瓶颈：请求和响应都经过 LVS，LVS 成为性能瓶颈，尤其在高流量场景下；
带宽限制：LVS 需要处理双向流量，对带宽要求较高；
扩展性差：LVS 的处理能力限制了集群规模；

2. LVS DR 模式

2.1. 工作原理

DR 模式基于直接路由（Direct Routing）。客户端发送请求到 LVS 的虚拟 IP（VIP），LVS 根据调度算法选择一个 Real Server。LVS 修改数据包的 MAC 地址，将请求直接转发给选中的 Real Server（不修改 IP 地址）。Real Server 接收到请求后，直接将响应发回客户端（绕过 LVS）。

数据流向：客户端 → LVS → Real Server → 客户端。

2.2. 特点

单向流量经过 LVS：只有请求经过负载均衡器，响应直接由 Real Server 返回客户端；
后端服务器需配置 VIP：所有 Real Server 必须绑定 VIP（通常通过环回接口 lo），并抑制 ARP 响应；
MAC 地址转发：LVS 只修改数据链路层的 MAC 地址，IP 层保持不变；

2.3. 配置示例

2.3.1. Director

/etc/keepalived/keepalived.conf 配置：

Nginx

...
virtual_server 10.10.0.10 80 {  # Director 外网 VIP
    delay_loop 6
    lb_algo rr   # 轮询算法
    lb_kind DR   # DR 模式
    protocol TCP
    real_server 192.168.0.12 80 {  # Real Server 1 IP
        weight 1
    }
    real_server 192.168.0.13 80 {  # Real Server 2 IP
        weight 1
    }
}
...

差异对比

diff

 virtual_server 10.10.0.10 80 {  # Director 外网 VIP
     delay_loop 6
     lb_algo rr   # 轮询算法
-    lb_kind NAT  # NAT 模式
+    lb_kind DR   # DR 模式
     protocol TCP
     real_server 192.168.0.12 80 {  # Real Server 1 IP
         weight 1
 ...

2.3.2. Real Server

在 Real Server 上绑定 Director VIP 到环回接口
Bash
```
sudo ip addr add 10.10.0.10/32 dev lo
```

抑制 ARP 响应

Bash

cat << EOF | sudo tee -a /etc/sysctl.conf
net.ipv4.conf.all.arp_ignore = 1
net.ipv4.conf.all.arp_announce = 2
EOF

Bash

sudo sysctl -p

2.4. 优点

高性能：响应流量不经过 LVS，减轻负载均衡器压力，吞吐量更高；
扩展性强：LVS 只处理请求转发，适合大规模集群；
低延迟：数据路径更短，响应速度快；

2.5. 缺点

网络要求：LVS 和 Real Server 必须在同一物理网络（同一二层网络），不支持跨网段；
安全性较低：Real Server 直接响应客户端，暴露在外部网络中；

3. 详细对比

特性	NAT 模式	DR 模式
工作层级	IP 层（L3），地址转换	数据链路层（L2），MAC 地址转发
网络要求	LVS 和 Real Server 可不同网段	必须在同一二层网络
流量路径	请求和响应都经过 LVS	仅请求经过 LVS，响应直达客户端
端口映射	支持	不支持
性能	较低（LVS 为瓶颈）	较高（LVS 负载低）
安全性	高（Real Server 不暴露）	低（Real Server 直接响应客户端）
后端配置	只需设置网关指向 LVS	需绑定 VIP 并抑制 ARP
适用规模	小型集群	大型集群

Hello LVS ​

1. LVS NAT 模式 ​

1.1. 工作原理 ​

1.2. 特点 ​

1.3. 配置示例 ​

1.3.1. Director ​

1.3.2. Real Server ​

1.4. 优点 ​

1.5. 缺点 ​

2. LVS DR 模式 ​

2.1. 工作原理 ​

2.2. 特点 ​

2.3. 配置示例 ​

2.3.1. Director ​

2.3.2. Real Server ​

2.4. 优点 ​

2.5. 缺点 ​

3. 详细对比 ​

Hello LVS

1. LVS NAT 模式

1.1. 工作原理

1.2. 特点

1.3. 配置示例

1.3.1. Director

1.3.2. Real Server

1.4. 优点

1.5. 缺点

2. LVS DR 模式

2.1. 工作原理

2.2. 特点

2.3. 配置示例

2.3.1. Director

2.3.2. Real Server

2.4. 优点

2.5. 缺点

3. 详细对比