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

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专注性能与稳定的四层负载均衡解决方案

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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）

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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

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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

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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

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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

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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  local 

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

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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：

• 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

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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

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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。

• 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。

• 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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如果你想继续深入学习：

  推荐阅读：

• 《LVS-DR 模式的 ARP 粘滞配置详解》

• 《从零搭建基于 LVS+Keepalived 的高可用集群》

• 《Nginx vs LVS vs HAProxy 全面对比》

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