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LVS集群（DR/NAT）

article 2025/2/19 14:20:12

特性	NAT 模式	DR 模式
工作原理	Director 修改请求/响应的 IP 地址和端口，流量双向经过 Director	Director 仅修改请求的 MAC 地址，响应由 Real Server 直接返回客户端
性能	较低（需处理双向流量，易成瓶颈）	高（仅处理入站流量，适合高并发场景）
IP 要求	Real Server 使用私有 IP，Director 需公网 IP	Real Server 与 Director 需在同一局域网， VIP 需全局可见
配置复杂度	简单（仅需配置 NAT 规则）	复杂（需配置 ARP 抑制和 lo 接口 VIP）
扩展性	受限于 Director 带宽和处理能力	扩展性强（Director 压力小）
安全性	隐藏后端服务器 IP	暴露后端服务器 IP（需额外安全措施）
适用场景	中小规模、私有网络环境	大规模、高性能需求场景

一、DR模式集群

1.工作原理

集群由 Director Server（负载均衡器）和多台 Real Server（后端真实服务器）组成，它们处于同一局域网。Director Server 拥有对外提供服务的 VIP（虚拟 IP 地址），同时 Real Server 也需配置 VIP。客户端通过访问 VIP 发起请求。客户端请求报文的源 IP 为 CIP（客户端 IP），目标 IP 为 VIP，到达 Director Server 的内核空间。IPVS 判断为集群服务后，不改变源 IP 和目标 IP，仅修改数据帧的目标 MAC 地址为选中 Real Server 的 MAC 地址，源 MAC 地址为 Director Server 的 MAC 地址，然后在局域网上发送给 Real Server。Real Server 处理完请求后，响应报文直接发回给客户端，不经过 Director Server。这个方式是三种调度中性能最好的，也是我们生产环境中使用最多的。适用于高并发场景。

2.实验步骤

真实服务器（rs1）的设置

[root@rs1 ~]# yum install nginx -y
[root@rs1 ~]# echo "I am rs1 " > /usr/share/nginx/html/index.html
[root@rs1 ~]# systemctl start nginx
[root@rs1 ~]# curl localhost
I am rs1 
[root@rs1 ~]# nmcli c add type dummy ifname dummy1 ipv4.method manual ipv4.addresses 192.168.8.10/32
[root@rs1 ~]# vim /etc/sysctl.conf
net.ipv4.conf.all.arp_ignore = 1
net.ipv4.conf.all.arp_announce = 2
net.ipv4.conf.dummy1.arp_ignore = 1
net.ipv4.conf.dummy1.arp_announce = 2
[root@rs1 ~]# sysctl -p       #使配置生效

真实服务器（rs2）的设置

[root@rs2 ~]# yum install nginx -y
[root@rs2 ~]# echo "I am rs2 " > /usr/share/nginx/html/index.html
[root@rs2 ~]# systemctl start nginx
[root@rs2 ~]# curl localhost
I am rs2 
[root@rs2 ~]# nmcli c add type dummy ifname dummy1 ipv4.method manual ipv4.addresses 192.168.8.10/32
[root@rs2 ~]# vim /etc/sysctl.conf
net.ipv4.conf.all.arp_ignore = 1
net.ipv4.conf.all.arp_announce = 2
net.ipv4.conf.dummy1.arp_ignore = 1
net.ipv4.conf.dummy1.arp_announce = 2
[root@rs2 ~]# sysctl -p

LVS负载均衡器设置

[root@lvs ~]# nmcli c add type dummy ifname dummy1 ipv4.method manual ipv4.addresses 192.168.8.10/32
[root@lvs ~]# yum install ipvsadm -y

# 添加虚拟服务器，监听公网 IP 的 80 端口，使用轮询算法
[root@lvs ~]# ipvsadm -At 192.168.8.10:80 -s rr
# 添加真实服务器
[root@lvs ~]# ipvsadm -at 192.168.8.10:80 -r 192.168.8.139:80 -g
[root@lvs ~]# ipvsadm -at 192.168.8.10:80 -r 192.168.8.140:80 -g
#-A 用于添加虚拟服务器，-t 指定公网 IP 和端口，-s rr 表示采用轮询调度算法；
#-a 用于添加真实服务器，-r 指定真实服务器的 IP 和端口，-g 表示使用 DR 模式(默认为DR模式)。

[root@lvs ~]# ipvsadm -Ln    #检查配置是否生效
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
  -> RemoteAddress:Port           Forward Weight ActiveConn InActConn
TCP  192.168.8.10:80 rr
  -> 192.168.8.139:80             Route   1      0          0
  -> 192.168.8.140:80             Route   1      0          0
[root@lvs ~]# ipvsadm-save > /etc/sysconfig/ipvsadm     #保存LVS规则
[root@lvs ~]# systemctl enable ipvsadm    #开机自动加载

其中 -A 用于添加虚拟服务器，-t 指定公网 IP 和端口，-s rr 表示采用轮询调度算法；
-a 用于添加真实服务器，-r 指定真实服务器的 IP 和端口，-g 表示使用 DR 模式(默认为DR模式)。

client的测试（注意访问的是VIP）

二、NAT模式集群

1.工作原理

负载均衡器连接外部网络与内部后端真实服务器所在局域网。负载均衡器配置有公网 IP 和内部私有 IP，后端真实服务器仅配置内部私有 IP。客户端通过公网 IP 访问集群。客户端请求报文的源 IP 为 CIP，目标 IP 为公网 IP（负载均衡器的公网 IP）。负载均衡器接收请求后，将目标 IP 修改为内部选中的后端真实服务器的私有 IP，源 IP 保持不变，然后转发给后端真实服务器。后端真实服务器处理请求后，响应报文发送给负载均衡器，负载均衡器再将响应报文的源 IP 修改为公网 IP，目标 IP 修改为 CIP，最后发送给客户端。适用于小型网络或对网络改造要求不高的场景。

在 Linux 系统中，ip_forward 参数控制着内核是否允许转发数据包。默认情况下，为了提高安全性，大多数 Linux 发行版都将 ip_forward 设置为 0，这意味着系统不会转发数据包。如果你想让系统能够像路由器一样工作，转发不同网络之间的数据包，就需要将 ip_forward 设置为 1。

2.实验步骤

真实服务器（rs1 rs2）的配置

配置一个静态页面，网关为lvs 的dip

[root@all ~]# yum install nginx -y
[root@all ~]# echo "my ip is `hostname -I`" > /usr/share/nginx/html/index.html
[root@all ~]# systemctl start nginx
rs1 和 rs2 切换成仅主机模式
[root@all ~]# vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens160
GATEWAY=10.0.0.10  #将 rs1 和 rs2 的网关设置为 LVS DIP 的地址
[root@all ~]# systemctl restart network

[root@rs1 ~]# curl 10.0.0.132
my ip is 10.0.0.132
[root@rs2 ~]# curl 10.0.0.133
my ip is 10.0.0.133

LVS负载均衡器设置（添加网卡）

[root@lvs ~]# yum install ipvsadm -y
[root@lvs ~]# vim /etc/sysctl.conf
net.ipv4.ip_forward = 1     #开启ip转发
[root@lvs ~]# sysctl -p     #是配置生效

# 添加虚拟服务器，监听公网 IP 的 80 端口，使用轮询算法
[root@lvs ~]# ipvsadm -At 192.168.8.154:80 -s rr 
# 添加真实服务器，-m 表示 NAT 模式
[root@lvs ~]# ipvsadm -at 192.168.8.154:80 -r 10.0.0.132:80 -m
[root@lvs ~]# ipvsadm -at 192.168.8.154:80 -r 10.0.0.133:80 -m
[root@lvs ~]# ipvsadm -Ln  #检查
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
  -> RemoteAddress:Port           Forward Weight ActiveConn InActConn
TCP  192.168.8.154:80 rr
  -> 10.0.0.132:80                Masq    1      0          0         
  -> 10.0.0.133:80                Masq    1      0          0         

[root@lvs ~]# ipvsadm-save > /etc/sysconfig/ipvsadm     #保存LVS规则
[root@lvs ~]# systemctl enable ipvsadm    #开机自动加载