一、集群
集群是将多台独立物理服务器通过网络整合为一个逻辑整体，对外统一提供服务，外部客户端仅感知到一个访问入口。集群分为两大角色：
- 调度器 Director：流量分发入口（LVS 服务器）；
- 真实服务器 RS：后端执行业务、处理请求的服务器集群。 核心价值：解决单机性能瓶颈、单点故障、高并发承载问题。
搭建简易集群思路步骤
- 准备多台服务器，划分调度器、RS 节点；
- 配置网络互通，规划 VIP、内网 IP；
- 部署负载均衡调度规则，完成集群搭建。
二、集群分类
按 OSI 层级分类
四层负载均衡：LVS（基于 IP + 端口，内核转发，性能极高）；
七层负载均衡：Nginx、Apache（基于 HTTP 等应用协议，功能丰富）。
按部署地域分类
本地局域网集群、异地跨机房集群。
选型步骤
业务并发高优先选 LB；
业务不能中断搭配 HA；
海量计算场景选用 HPC。
三、lvs的作用
LVS 全称 Linux Virtual Server，是 Linux 内核原生四层负载均衡模块，工作在内核态，转发损耗极低。
核心作用：
流量分发：将海量请求均衡分发至多台 RS；
横向扩容：突破单机带宽、CPU、连接数上限；
故障屏蔽：自动下线故障 RS，保证服务稳定；
统一入口：VIP 统一对外，简化运维；
高并发支撑：可承载百万级并发连接。
VIP：虚拟IP CIP ：客户端IP DIP ：调度器本身真实的内网IP RIP:后端服务器真实的IP
部署落地步骤
确认 Linux 内核自带 ipvs 模块；
安装管理工具 ipvsadm；
定义 VIP、添加 RS、配置调度算法，完成负载均衡。
四、lvs的四种模式及其原理
1.NAT模式
原理：客户端请求到达调度器，调度器修改数据包目标 IP + 端口为后端 RS 内网 IP，转发给 RS；RS 回包时，必须以调度器为网关，数据包经过调度器修改源 IP 为 VIP 后，再返回客户端。
特点：入站、出站流量全部经过调度器，调度器易成为带宽瓶颈；支持端口映射，配置最简单；后端 RS 使用私有 IP，安全性高。
适用场景：小规模集群、需要端口映射的业务。
客户端→IP 目标 VIP→LVS 改目标 IP 为 RSIP→RS 处理→回包改源 IP 为 VIP→客户端
2.DR直接路由
原理：仅修改二层数据帧目标 MAC 地址，IP 全程不变；调度器将请求 MAC 改为选中 RS 的 MAC，局域网转发；RS 收到数据包直接处理，响应数据包不经过调度器，直接发回客户端。
关键配置：所有 RS 在 lo 回环网卡绑定 VIP（32 位掩码），抑制 ARP 广播，防止 RS 抢占 VIP。
特点：出站流量脱离调度器，性能最优，集群节点数量上限高；不支持端口映射；所有节点必须在同一局域网。
适用场景：大规模 Web 业务、高并发互联网业务。
客户端→数据包 MAC 指向 LVS→LVS 修改 MAC 为 RSMAC→RS 处理→直连回包客户端
3.TUN隧道模式
原理：不修改原数据包，在原 IP 报文外层封装一层新 IP 首部，通过 IP 隧道跨网段转发给异地 RS；RS 拆封外层 IP，读取原始请求处理，响应包直接回客户端。
特点：支持跨公网、异地机房部署；内核需要开启 IP 隧道模块；封装存在少量性能损耗。
适用场景：异地多机房容灾、跨地域集群。
客户端→原始数据包→外层封装 IP→跨网转发 RS→拆封原始包→RS 直连回包
4.FULLNAT全地址转换
原理：同时修改数据包源 IP + 目标 IP：请求时目标 IP 改为 RSIP、源 IP 改为调度器内网 IP；回包时还原 IP 地址。
特点：无需同网段、无需隧道，组网灵活；流量依旧全经过调度器，性能弱于 DR；原生内核不支持，多为厂商补丁版本。
适用场景：复杂内网隔离架构。
五、lvs的13种算法
分为静态算法（无状态、不参考负载）、动态算法（参考实时连接负载）两大类：
（一）静态调度算法（5 种）
RR 轮询：请求依次轮流分配给每台 RS，所有服务器权重均等。
WRR 加权轮询：根据服务器硬件性能配置权重，权重越高分到的请求越多。
DH 目标地址哈希：根据客户端访问的目标 IP 哈希固定分配 RS，多用于缓存集群。
SH 源地址哈希：根据客户端源 IP 哈希绑定 RS，简易实现会话粘连。
SCH 最短期望延迟：综合权重与连接数分配，优先分配给 “连接数 / 权重” 比值最小的 RS。
（二）动态调度算法（8 种）
LC 最小连接：实时统计 RS 活跃连接数，新请求分给连接最少的服务器。
WLC 加权最小连接（默认算法）：在 LC 基础上加入权重，计算公式：活跃连接数/权重，比值最小优先分配。
LBLC 基于本地的最小连接：目标 IP 绑定固定 RS，仅当 RS 超载时重新调度，用于缓存业务。
LBLCR 带复制的 LBLC：缓存集群优化算法，限制单台 RS 绑定的目标 IP 数量。
SED 最短预期延迟：公式(连接数+1)/权重，解决 WLC 对低权重节点分配不公平问题。
DH、SH：哈希类动态优化版本。
FO、OVF：流量带宽优先调度，多用于带宽敏感业务。
六、lvs的多端口轮询问题解决方案
1. 问题描述
同一 VIP 下 80、443 等多端口独立调度，同一客户端不同端口被分发至不同 RS，会话错乱。
2. 主流方案：防火墙标记 FWMARK（推荐）
原理
给多个业务端口打上统一数字标记，LVS 基于标记统一调度，多端口共用一套 RS 集群。
图解
客户端 → VIP:80 / VIP:443 → iptables 打标记（如 6666） → LVS 按标记分发 → RS1/RS2/RS3
环境预设：
VIP：10.0.0.100，RS1：10.0.0.101，RS2：10.0.0.102，工作模式 DR，调度算法 WLC
1.调度器配置防火墙标记
2.配置 LVS 标记调度规则
3.RS 基础 DR 前置配置（lo 绑定 VIP+ARP 抑制）
所有 RS 执行：
4.RS 搭建简易测试页面
rs1
rs2
测试
七、lvs的会话粘滞解决方案
问题
用户登录、购物车、Session 存在某台 RS 上。如果下次被调度到别的 RS，就会掉线、重新登录。
四类解决方案
方案一：LVS 持久连接 Persistence（生产中小型集群首选，四层原生）
原理
调度器维护会话持久表，指定超时时间内，同一客户端源 IP 固定调度至同一 RS。
测试
客户端访问
方案二：源地址哈希 SH 调度
原理
基于客户端 IP 哈希计算，永久绑定固定 RS，无超时限制。
方案三：Redis 集中会话共享（大型集群根治方案）
原理
所有后端 RS 不再本地存储 Session，统一将会话存入公共 Redis，无论调度至哪台 RS 均可读取会话，彻底摆脱 LVS 会话粘连依赖。
方案四：Cookie 定向绑定（七层 Nginx 方案）
原理
Nginx 在 Cookie 中写入后端服务器标识，下次请求根据 Cookie 定向转发，多用于七层负载均衡场景。
