LVS 负载均衡详解：四层转发原理与三种经典模式全面解析
文章目录
一、四层 vs 七层负载均衡：本质区别
四层 LVS 的核心特点：
二、LVS 工作原理概述
三、LVS 三种工作模式对比
模式对比总览
1. LVS-NAT 模式（Network Address Translation）
2. LVS-DR 模式（Direct Routing）
3. LVS-TUN 模式（IP Tunneling）
四、LVS 实战建议
五、LVS 与其他方案对比
总结
专注性能与稳定的四层负载均衡解决方案
一、四层 vs 七层负载均衡：本质区别
在负载均衡系统中，根据 工作层次不同，常见分为：
| 类型 | 工作层 | 协议层次 | 举例 | 特点 |
|---|---|---|---|---|
| 四层负载均衡 | 传输层 | TCP/UDP | LVS、IPVS、HAProxy（TCP） | 性能高、转发快、透明性强 |
| 七层负载均衡 | 应用层 | HTTP/HTTPS | Nginx、HAProxy（HTTP）、Traefik | 可识别 URI、Host、Header，策略灵活 |
四层 LVS 的核心特点：
-
工作在 IP + 端口 层面，不解析内容
-
快速转发，系统资源占用极低
-
不支持内容规则路由（如按路径转发）
二、LVS 工作原理概述
LVS 使用的是 Linux 内核中的 IPVS 模块，作为一个虚拟服务器：
-
前端调度器（Director） 接收客户端请求
-
根据调度算法（如 RR、LC、SH）转发给后端 Real Server
-
后端服务器直接响应或通过调度器转发
架构图示：
Client ---> LVS(DIP) ---> Real Server(RIP)<--- 响应返回方式视模式而定
三、LVS 三种工作模式对比
模式对比总览
| 模式 | 请求路径 | 响应路径 | 要求 | 适用场景 |
|---|---|---|---|---|
| NAT 模式 | 客户端 → LVS → RS | RS → LVS → 客户端 | LVS 做双向转发，压力大 | 局域网测试 |
| DR 模式 | 客户端 → LVS → RS | RS 直接回客户端 | RS 与 LVS 必须同一网段 | 生产常用，高性能 |
| TUN 模式 | 客户端 → LVS → RS（隧道） | RS 回客户端 | 支持公网，RS 配隧道协议 | 异地服务器场景 |
1. LVS-NAT 模式（Network Address Translation）
请求响应都经过 LVS，LVS 成为通信瓶颈。
-
DIP：调度器地址
-
RIP：真实服务器地址
-
VIP：虚拟服务地址
流转路径：
Client --> VIP:80 --> LVS(DIP) --> RS(RIP)
Client <-- VIP:80 <-- LVS(DIP) <-- RS(RIP)
优点：
后端服务器无特殊配置
架构简单，测试友好
缺点：
LVS 成为双向瓶颈
不适合高并发生产环境
2. LVS-DR 模式（Direct Routing）
LVS 只负责请求转发，响应由 RealServer 直接返回客户端。
关键点：
-
RS 与 LVS 处于 同一二层网络
-
所有 RS 配置 VIP 的 loopback 接口（不响应 ARP）
ip addr add 192.168.1.100 dev lo
arp_ignore = 1
arp_announce = 2
流转路径：
Client --> VIP:80 --> LVS(DIP) --> RS(RIP)
Client <-- VIP:80 <-- RS(RIP)
优点：
高性能（仅转发请求）
无数据回流，LVS 压力小
缺点：
只能在同一局域网部署
RS 需特殊配置，不响应 ARP 抢答
3. LVS-TUN 模式（IP Tunneling）
LVS 通过 IP 隧道将请求封装传递给 RS，适合跨地域部署。
-
LVS 和 RS 可以位于不同网络
-
RS 需支持 IP-in-IP 解封装
配置：
ip tunnel add tunl0 mode ipip remote <DIP> local <RIP>
流转路径：
Client --> VIP:80 --> LVS --> IP隧道 --> RS(RIP)
Client <-- VIP:80 <-- RS(RIP)
优点：
支持远程异地 RealServer
响应回客户端无需 LVS
缺点：
配置复杂（需隧道）
安全性依赖底层网络环境
四、LVS 实战建议
| 场景 | 推荐模式 | 原因 |
|---|---|---|
| 测试环境 | NAT | 架构简单 |
| 同机房大并发 | DR | 性能高、部署灵活 |
| 异地容灾、公网混合云 | TUN | 跨网络部署灵活 |
负载调度算法：
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RR（轮询）：适用于性能一致服务器
-
LC（最小连接数）：适合长连接场景
-
SH（源地址哈希）：保持 session 粘性
五、LVS 与其他方案对比
| 项目 | LVS | Nginx | HAProxy |
|---|---|---|---|
| 工作层 | 四层 | 七层 | 4/7 层 |
| 性能 | 极高 | 中高 | 高 |
| 内容识别 | ❌ | ✅ | ✅ |
| 配置复杂度 | 中 | 易 | 易 |
| 适用场景 | TCP 转发，超大并发 | HTTP 路由 | 综合场景 |
总结
-
LVS 是一个 轻量高性能的内核级四层负载均衡器，适用于高并发 TCP/UDP 应用场景。
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三种模式中，DR 是生产环境最常见选择，TUN 适合跨网络环境，NAT 更适合测试调试。
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若业务需要按路径/内容分发，请结合 Nginx/HAProxy 构建七层方案。
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