集群到底是什么？
集群：把多台独立服务器（节点）组合在一起，对外看成一个整体，协同完成工作。单台服务器：单点，一旦宕机服务直接挂；性能上限固定。
集群：一堆机器组队。分担压力、互相备份，组成集群的每一台服务器，叫做节点（node）。
集群三大经典分类
负载均衡集群 LB（Load Balance）
目标：分摊流量，提升处理能力，解决并发压力。
请求统一发到调度器，分发到后端多台业务服务器。
典型组件：LVS、HAProxy、Nginx 负载均衡
场景：网站、API 服务、Ollama 多实例集群
例子：上万用户访问网站，一台扛不住，多台 web 服务器组成集群，流量分散。
高可用集群 HA（High Availability）
目标：防止单点故障，机器坏了业务不中断，实现故障自动转移。
核心：冗余、故障切换（failover）
典型组件：Keepalived、Pacemaker
场景：数据库主备、关键中间件
例子：主服务器宕机，备用服务器立刻接管虚拟 IP，用户无感知。
场景：网站流量突增，单台服务器扛不住压力，页面加载卡顿、接口超时，甚至直接宕机。
这时候，负载均衡就成了救命稻草，而LVS（Linux Virtual Server）作为Linux内核层的高性能负载均衡方案，更是大型系统架构中不可或缺的一环。
一、初识LVS：什么是Linux Virtual Server？
LVS全称Linux Virtual Server，即Linux虚拟服务器，是由章文嵩博士开发的一款开源负载均衡技术，目前已成为Linux内核的标准模块之一。它的核心作用很简单：将前端客户端的请求流量，智能分发到后端多台真实服务器（Real Server，简称RS）上，实现负载分担，从而提升服务的并发处理能力、可用性和稳定性。
这里要划重点：LVS工作在OSI七层模型的第四层（传输层），基于IP和端口进行流量转发，属于“四层负载均衡”，相比Nginx等七层负载均衡，它的优势在于性能极高——因为是内核层转发，几乎没有用户态到内核态的切换开销，能轻松承载百万级并发。
二、了解LVS核心术语
VS（Virtual Server）：虚拟服务器，也就是LVS调度器，对外提供一个统一的访问入口（VIP），负责接收客户端请求并分发到后端RS。
RS（Real Server）：真实服务器，真正提供业务服务的服务器（比如Web服务器、应用服务器），后端可以有多台，形成集群。
VIP（Virtual IP）：虚拟IP，VS对外暴露的IP地址，是客户端唯一的访问地址，相当于集群的“门面”。
DIP（Director IP）：调度器的内网IP，用于和后端RS通信，转发请求和接收响应（部分模式下）。
RIP（Real IP）：真实服务器的IP地址，后端RS的内网IP，用于和VS通信。
CIP（Client IP）：客户端的IP地址，发起请求的终端IP。
总结访问流程：客户端（CIP）访问VIP → VS（调度器，DIP）接收请求 → 调度器将请求分发到某台RS（RIP） → RS处理请求并响应 → 响应结果返回给客户端。
LVS四大工作模式：
LVS有四种核心工作模式，分别是NAT模式、DR模式、TUN模式和FULLNAT模式，其中NAT和DR是最常用的两种，TUN和FULLNAT仅作了解即可。
三、LVS四大工作模式：重点掌握这两种
LVS有四种核心工作模式，分别是NAT模式、DR模式、TUN模式和FULLNAT模式，其中NAT和DR是最常用的两种，TUN和FULLNAT仅作了解即可，我们重点拆解前两种。
3.1 NAT模式：简单易部署，适合小规模集群
NAT（Network Address Translation）模式，本质是“多目标IP的DNAT”，核心是通过修改请求报文的目标IP和端口，将请求转发到后端RS，所有请求和响应都需要经过VS调度器。
核心原理：
客户端发送请求，数据包中包含CIP（源IP）、VIP（目标IP）和目标端口（比如80）。
VS调度器接收请求，将数据包的目标IP（VIP）改为某台RS的RIP，目标端口改为RS的对应端口，然后转发给该RS。
RS处理请求后，发送响应数据包，源IP是RIP，目标IP是CIP。
VS调度器接收响应，将源IP（RIP）改为VIP，目标端口（如果有修改）改回客户端请求的端口，再将响应转发给客户端。
优缺点：
优点：部署简单，RS不需要配置VIP，支持端口映射，RS可以是任意操作系统（Windows、Linux都可以）。
缺点：所有请求和响应都经过VS，VS容易成为性能瓶颈，适合后端RS数量较少（建议不超过10台）的小规模集群。
注意：NAT模式下，RS的网关必须指向VS的DIP，否则响应报文无法返回给VS；同时要清空iptables防火墙策略，避免干扰LVS工作。
3.2 DR模式：性能最优，生产环境首选
DR（Direct Routing）模式，即直接路由模式，是LVS的默认模式，也是应用最广泛的模式。它的核心是不修改IP地址和端口，仅通过重新封装MAC地址，将请求转发到后端RS，响应报文由RS直接返回给客户端，不经过VS。
核心原理：
客户端发送请求，数据帧中包含CIP、客户端MAC、VIP、VIP的MAC。
VS调度器接收数据帧，将帧中的目标MAC（VIP的MAC）改为某台RS的MAC地址，源MAC改为VS的DIP对应接口的MAC，然后转发给该RS（IP和端口不变）。
RS接收数据帧，发现目标IP是VIP（RS上也配置了VIP），就处理请求，然后直接将响应报文发送给客户端（源IP是VIP，目标IP是CIP），不经过VS。
优缺点：
优点：性能极高，响应报文不经过VS，VS仅负责分发请求，不会成为瓶颈；支持大规模集群（后端RS可达到上百台）。
缺点：部署相对复杂，VS和RS必须在同一个物理网络（不能跨网段）；RS和VS上都需要配置VIP，需要解决VIP地址冲突问题。
解决VIP冲突的方法（重点）：
方法1：在前端网关做静态绑定，将VIP和VS的MAC地址绑定，确保请求都发送到VS。
方法2：在RS上使用arptables工具，禁止RS响应VIP的ARP请求。
方法3：修改RS的内核参数（arp_ignore和arp_announce），限制ARP响应和通告级别，避免RS对外暴露VIP。
3.3 TUN模式和FULLNAT模式（了解即可）
TUN模式：通过在原IP报文外封装一个新的IP首部（源IP是DIP，目标IP是RIP），实现远距离转发，适合VS和RS不在同一物理网络的场景，但RS必须支持隧道功能，且所有IP（DIP、VIP、RIP）都需是公网地址。
FULLNAT模式：同时修改请求报文的源IP（CIP→DIP）和目标IP（VIP→RIP），支持跨网段部署，但Linux内核默认不支持，需要手动打补丁，应用场景较少。
3.4LVS工作模式总结
四、LVS调度算法
LVS的调度算法决定了请求如何分配到后端RS，分为静态算法（不考虑RS负载）和动态算法（根据RS负载动态分配），我们重点掌握常用的几种。
4.1 静态调度算法
RR：将请求依次分发到后端RS，简单公平，但不考虑RS的性能差异，适合所有RS配置相同的场景。
WRR：根据RS的权重分配请求，权重越高的RS，被分配到请求的次数越多，适合RS配置不同的场景（比如高性能服务器权重高）。
SH：根据客户端的源IP（CIP）进行哈希计算，将同一个IP的请求始终分发到同一台RS，实现会话绑定（session sticky），适合需要保持会话的场景（比如用户登录后的数据交互）。
DH：Destination Hashing；目标地址哈希，第一次轮询调度至RS，后续将发往同一个目标地址的请 求始终转发至第一次挑中的RS，典型使用场景是正向代理缓存场景中的负载均衡，如：宽带运营商
4.2 动态调度算法
WLC（权重最少链接）：LVS默认调度算法，根据RS的权重和当前连接数动态分配请求，权重越高、连接数越少的RS，被优先分配请求，适合大多数生产场景。默认调度方法Overhead=(activeconns x 256+inactiveconns)/weight
LC（最少链接发）：不考虑权重，仅将请求分配给当前连接数最少的RS，适合RS配置相同的场景。 适用于长连接应用Overhead（负载值）=activeconns（活动链接数） x 256+inactiveconns（非活动链接数）
FO：4.15内核后新增，常用作灰度发布，优先调度权重最高且未过载的RS，若RS过载，则不再分配请求。在此FO算法中，遍历虚拟服务所关联的真实服务器链表，找到还未过载(未设置IP_VS_DEST_F OVERLOAD标志)的且权重最高的真实服务器，进行调度，当服务器承接大量链接，我们可以对此服务器进行过载标记（IP_VS_DEST_F OVERLOAD），那么vs调度器就不会把链接调度到有过载标记的主机中。
SED：Shortest Expection Delay,初始连接高权重优先Overhead=(activeconns+1+inactiveconns) x 256/weight，但是，当node1的权重为1，node2的权重为10，经过运算前几次的调度都会被node2承接
NQ：Never Queue，第一轮均匀分配，后续SED
LBLC：Locality-Based LC，动态的DH算法，使用场景：根据负载状态实现正向代理
LBLCR：LBLC with Replication，带复制功能的LBLC，解决LBLC负载不均衡问题，从负载重的复制到负载轻的RS
五、实战部署
5.1 实验环境准备（DR模式）
主机名 | IP地址 | VIP | 角色 | 网关 |
|---|---|---|---|---|
| router（路由） | NAT-eth0:172.25.254.100，仅主机-eth1:192.168.0.100 | 无 | 路由器 | 无 |
LVS（调度器） | VIP-192.168.0.200 DIP-192.168.0.50（仅主机模式） | 192.168.0.200（lo接口） | VS | 192.168.0.100（路由器IP） |
RS1（真实服务器） | RIP-192.168.0.10（仅主机模式） | 192.168.0.200（lo接口） | RS（Web服务器） | 192.168.0.100 |
RS2（真实服务器） | RIP-192.168.0.20（仅主机模式） | 192.168.0.200（lo接口） | RS（Web服务器） | 192.168.0.100 |
client（测试机） | CIP-172.25.254.10（NAT模式） | 无 | 测试客户端 | 172.25.254.100 |
5.2 部署步骤
第一步：配置所有主机的网络（确保互相ping通）
以lvs调度器为例，配置网卡和VIP（rs1、rs2配置类似）
# 配置eth0网卡（仅主机模式） vim /etc/NetworkManager/system-connections/eth0.nmconnection [connection] id=eth0 type=ethernet interface-name=eth0 [ipv4] method=manual address1=192.168.50.0/24,192.168.0.100 # 配置VIP（lo接口） vim /etc/NetworkManager/system-connections/lo.nmconnection [connection] id=lo type=loopback interface-name=lo [ipv4] method=manual address1=127.0.0.1/8 address2=192.168.0.200/32 # 重启网络连接 nmcli connection up lo nmcli connection up eth0第二步：在RS（rs1、rs2）上解决VIP冲突，修改内核参数
# 修改内核参数，限制ARP响应和通告 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 # 安装Web服务（用于测试） yum install httpd -y # 分别在rs1、rs2上创建测试页面 # rs1： echo "RS1 - 192.168.0.10" > /var/www/html/index.html # rs2： echo "RS2 - 192.168.0.20" > /var/www/html/index.html # 启动httpd服务 systemctl start httpd systemctl enable httpd第三步：在VS（lvs）配置调度策略
# 安装ipvsadm工具（LVS的管理工具） yum install ipvsadm -y # 先清除现有LVS策略 ipvsadm -C # 添加集群服务（VIP：192.168.0.200，端口80，调度算法WRR） ipvsadm -A -t 192.168.0.200:80 -s wrr # 添加后端RS，指定DR模式（-g表示DR模式） 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 # 查看LVS策略 ipvsadm -Ln # 保存策略（避免重启失效） ipvsadm -Sn > /etc/sysconfig/ipvsadm-config # 设置ipvsadm开机自启 systemctl enable --now ipvsadm.service第四步：测试LVS集群效果
# 循环访问VIP，查看响应结果 for N in {1..10};do curl 192.168.0.100;done测试结果
5.3 实战二：NAT模式部署
NAT模式部署无需配置VIP（仅VS需要VIP），无需解决VIP冲突，步骤更简洁，适合后端RS数量少的小规模场景，以下是完整部署流程，环境与DR模式复用，仅调整网络和调度配置
主机名 | IP地址（网卡模式） | VIP（仅VS配置） | 角色 | 网关（关键配置） |
lvs（调度器） | eth0：172.25.254.100（NAT模式，对外通信）；eth1：192.168.0.100（仅主机模式，对内通信） | 172.25.254.100 | VS（双网卡，转发请求） | 无 |
rs1（真实服务器） | 192.168.0.10（仅主机模式） | 无 | RS（Web服务器） | IP：192.168.0.100 |
rs2（真实服务器） | 192.168.0.20（仅主机模式） | 无 | RS（Web服务器） | IP：192.168.0.100 |
client（测试机） | 172.25.254.10（NAT模式） | 无 | 测试客户端 | 172.25.254.100 |
NAT模式要求VS具备双网卡（外网网卡NAT模式，内网网卡仅主机模式），负责转发外网请求到内网RS；RS网关必须指向VS的内网IP，否则响应报文无法返回VS，这是NAT模式部署的核心要点。
5.3.2 部署步骤
第一步：配置VS（lvs）双网卡及内核转发
VS作为调度器，需配置双网卡（外网eth0、内网eth1），并开启内核IP转发功能，确保请求能正常转发。
# 1. 配置外网网卡eth0（NAT模式，对外暴露VIP） vim /etc/NetworkManager/system-connections/eth0.nmconnection [connection] id=eth0 type=ethernet interface-name=eth0 [ipv4] method=manual address1=172.25.254.100/24 # 此IP即为VIP，对外暴露 # 2. 配置内网网卡eth1（仅主机模式，与RS通信） vim /etc/NetworkManager/system-connections/eth1.nmconnection [connection] id=eth1 type=ethernet interface-name=eth1 [ipv4] method=manual address1=192.168.0.100/24 # 内网IP，与RS同一网段 # 3. 重启网络连接，使网卡配置生效 nmcli connection up eth0 nmcli connection up eth1 # 4. 开启内核路由转发功能 echo "net.ipv4.ip_forward = 1" >> /etc/sysctl.conf sysctl -p # 5. 清空iptables防火墙策略 iptables -F iptables -t nat -F第二步：配置RS（rs1、rs2）网络及Web服务
RS无需配置VIP，仅需配置IP、指定网关（VS内网IP），并安装Web服务用于测试，两台RS配置步骤一致，仅IP不同。
# 1. 配置RS网卡（仅主机模式） vim /etc/NetworkManager/system-connections/eth0.nmconnection [connection] id=eth0 type=ethernet interface-name=eth0 [ipv4] method=manual address1=192.168.0.10/24,192.168.0.100 # IP+网关（网关必须是VS内网IP） # 2. 重启网络连接 nmcli connection up eth0 # 3. 安装Web服务 yum install httpd -y # rs1创建测试页面 echo "RS1 - 192.168.0.10" > /var/www/html/index.html # rs2创建测试页面 # echo "RS2 - 192.168.0.20" > /var/www/html/index.html # 4. 启动httpd服务并设置开机自启 systemctl start httpd systemctl enable httpd # 5. 测试RS能否ping通VS内网IP（192.168.0.10），确保通信正常 ping -c 3 192.168.0.10第三步：在VS（lvs）上配置LVS NAT模式调度策略
NAT模式调度策略与DR模式的核心区别的是：添加RS时指定-N参数（表示NAT模式），无需配置VIP到lo接口（VIP直接配置在eth0外网网卡）。
# 1. 安装ipvsadm工具 yum install ipvsadm -y # 2. 清除现有LVS策略 ipvsadm -C # 3. 添加集群服务 ipvsadm -A -t 172.25.254.100:80 -s rr # 4. 添加后端RS，指定NAT模式（-m表示NAT模式） ipvsadm -a -t 172.25.254.100:80 -r 192.168.0.10 -m ipvsadm -a -t 172.25.254.100:80 -r 192.168.0.20 -m # 5. 查看LVS策略，确认配置生效 ipvsadm -Ln # 正常输出应包含：TCP 172.25.254.100:80 rr，及两台RS的信息（Forward为Masq，即NAT模式） # 6. 保存策略，避免重启失效 ipvsadm-save > /etc/sysconfig/ipvsadm # 7. 设置ipvsadm开机自启，确保重启后策略生效 systemctl enable --now ipvsadm.service第四步：测试NAT模式LVS集群效果
在测试机client上执行循环访问命令
for N in {1..10};do curl 172.25.254.100;done结果
若测试失败，优先检查RS网关是否指向VS内网IP、VS内核转发是否开启、防火墙是否清空。
以下实验是在DR模式下进行的
5.4 利用火墙标记解决轮询错误
以http和https为例，当我们在RS中同时开放80和443端口，那么默认控制是分开轮询的，这样我们就出现了一个轮询错乱的问题，当我第一次访问80被轮询到RS1后下次访问443仍然可能会被轮询到RS1上，因此我们需要解决这个问题
1.在rs主机中同时开启http和https两种协议
dnf install mod_ssl -y systemctl restart httpd systemctl restart httpd2.在VS调度器中中添加https的轮询策略
ipvsadm -A -t 192.168.0.200:80 -s rr ipvsadm -a -t 192.168.0.200:80 -r 192.168.0.20 -g ipvsadm -a -t 192.168.0.200:80 -r 192.168.0.10 -g ipvsadm -a -t 192.168.0.200:443 -r 192.168.0.10:443 -g ipvsadm -a -t 192.168.0.200:443 -r 192.168.0.20:443 -g ipvsadm -Ln IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096) Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags -> RemoteAddress:Port Forward Weight ActiveConn InActConn TCP 192.168.0.200:80 rr -> 192.168.0.10:80 Route 1 0 0 -> 192.168.0.20:80 Route 1 0 0 TCP 192.168.0.200:443 rr -> 192.168.0.10:443 Route 1 0 0 -> 192.168.0.20:4433.使用客户端轮询错误展示
curl 192.168.0.200;curl -k https://192.168.0.200 RS2 - 192.168.0.20 RS2 - 192.168.0.204.解决方案：使用火墙标记访问vip的80和443的所有数据包，设定标记为6666，然后对此标记进行负载（在vS调度器）
ptables -t mangle -A PREROUTING -d 192.168.0.200 -p tcp -m multiport --dports 80,443 -j MARK --set-mark 6666 ipvsadm -A -f 6666 -s rr ipvsadm -a -f 6666 -r 192.168.0.10 -g ipvsadm -a -f 6666 -r 192.168.0.20 -g#测试：在客户端
5.5.lvs持久链接
在我们客户上网过程中有很多情况下需要和服务器进行交互，客户需要提交响应信息给服务器，如果单纯的进行调度会导致客户填写的表单丢失，为了解决这个问题我们可以用sh算法，但是sh算法比较简单粗暴，可能会导致调度失衡
解决方案
在进行调度时，不管用什么算法，只要相同源过来的数据包我们就把他的访问记录在内存中，也就是把这个源的主机调度到了那个RS上
如果在短期（默认360S）内同源再来访问我仍然按照内存中记录的调度信息，把这个源的访问还调度到同一台RS上。
如果过了比较长的时间（默认最长时间360s）同源访问再次来访，那么就会被调度到其他的RS上
在VS调度器 ipvsadm -A -f 6666 -s rr -p 1 ipvsadm -Ln IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096) Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags -> RemoteAddress:Port Forward Weight ActiveConn InActConn FWM 6666 rr persistent 1 -> 192.168.0.10:0 Route 1 0 0 -> 192.168.0.20:0 使用客户端 curl 192.168.0.200 RS1 - 192.168.0.10 curl 192.168.0.200 RS1 - 192.168.0.10 在VS调度器 watch -n 1 ipvsadm -Lnc IPVS connection entries pro expire state source virtual destination TCP 01:56 FIN_WAIT 172.25.254.99:42420 192.168.0.200:80 192.168.0.20:80 IP 00:57 ASSURED 172.25.254.99:0 0.0.26.10:0 192.168.0.20:0 TCP 01:54 FIN_WAIT 172.25.254.99:46216 192.168.0.200:80 192.168.0.20:80 TCP 01:55 FIN_WAIT 172.25.254.99:46222 192.168.0.200:80 192.168.0.20:80
