LVS（Linux Virtual Server）是一种负载均衡解决方案，通过将网络流量分发到多个后端服务器上，提高服务的性能和可用性。

---

1. NAT模式（Network Address Translation，网络地址转换）

在LVS-NAT模式下，负载均衡是通过网络地址转换实现的。LVS调度器作为请求的中介，接收来自客户端的请求，将目标地址转换为后端服务器的真实IP地址（RIP），并通过自己将响应流量发送回客户端。

工作原理：

• 客户端到LVS调度器： 客户端将请求发送到LVS调度器的虚拟IP（VIP），此时数据包的目标IP是VIP。
• LVS调度器的NAT操作： LVS调度器接收到请求后，根据负载均衡算法（如轮询、最小连接数等）选择一台后端服务器。然后，它通过NAT将数据包的目标IP地址从VIP修改为所选后端服务器的RIP。
• 后端服务器响应： 后端服务器接收到修改后的数据包，处理请求并生成响应数据包，目标IP为LVS调度器。
• 返回客户端： LVS调度器再次进行NAT转换，将响应数据包的源IP地址从RIP改为VIP，然后将响应数据发送回客户端。

特点：

• LVS调度器在整个请求和响应过程中都参与，因此其负载较高。
• 后端服务器无需配置VIP，所有数据包都由LVS调度器处理。
• 后端服务器和LVS调度器可以位于不同的网络段。

适用场景：

• 适用于小规模网络，因为LVS调度器需要处理所有请求和响应数据包，容易成为性能瓶颈。

---

2. DR模式（Direct Routing，直接路由）

LVS默认的模式，在LVS-DR模式下，请求流量通过直接路由从LVS调度器转发到后端服务器，而响应流量则不再经过LVS调度器，后端服务器直接将响应发送给客户端。这种方式降低了LVS调度器的负载。

工作原理：

• 客户端到LVS调度器： 客户端将请求发送到VIP，LVS调度器接收到数据包。
• 修改目标MAC地址： LVS调度器根据负载均衡算法选择一台后端服务器，只修改数据包的目标MAC地址为所选后端服务器的MAC地址，保留IP头不变（目标IP仍为VIP）。然后将数据包直接发送给后端服务器。
• 后端服务器响应： 后端服务器接收到数据包后，处理请求。由于目标IP仍为VIP，但数据包通过直接路由到达后端服务器，因此后端服务器以VIP作为源IP，直接将响应数据包发送给客户端，不再经过LVS调度器。

特点：

• 仅在请求阶段经过LVS调度器，响应流量不再经过，减轻了调度器的负载。
• LVS调度器和后端服务器必须在同一网络段，因为调度器通过修改MAC地址直接发送数据包，无法跨越网络段。
• 后端服务器需要配置VIP，但必须禁止响应针对VIP的ARP请求（通过配置arp_ignore和arp_announce），以避免IP冲突。

适用场景：

• 适用于高并发、高性能的场景，因为响应数据包不经过LVS调度器，极大地降低了其负载。

---

3. TUN模式（IP Tunneling，隧道模式）

在LVS-TUN模式下，不修改请求报文的IP首部 (源IP为CIP，目标IP为VIP)，而在原IP报文之外再封装一个IP首部(源P是DIP，目标IP是RIP) ，将报文发往挑选出的目标RS;RS直接响应给客户端(源IP是VIP，目
标IP是CIP)

工作原理：

• 客户端到LVS调度器： 客户端请求发送到VIP，LVS调度器接收到请求数据包。
• IP隧道转发： LVS调度器根据负载均衡算法选择一台后端服务器，使用IP隧道技术（IPIP隧道）将数据包封装并转发给后端服务器。数据包的目标IP仍为VIP，但通过隧道传输。
• 后端服务器解封装处理： 后端服务器接收到封装的数据包，解封装并处理请求。由于目标IP仍为VIP，后端服务器识别这是发给它的请求。
• 直接响应客户端： 后端服务器以VIP作为源IP地址，直接将响应数据包发送给客户端，响应流量不再经过LVS调度器。

特点：

• 与DR模式类似，响应流量不经过LVS调度器，显著降低了调度器的负载。
• LVS调度器和后端服务器可以位于不同的网络段，因为请求通过IP隧道转发，可以跨越网络段。
• 后端服务器需要配置VIP。与DR模式不同的是，后端服务器可以部署在不同地理位置。

适用场景：

• 适用于跨地域、高延迟的网络环境，例如服务器分布在多个不同的地理位置。

---

4. FullNAT模式

FullNAT模式通过网络地址转换实现负载均衡，类似于NAT模式，但允许后端服务器和LVS调度器位于不同的网络段，并支持源IP和目标IP的双向地址转换。

工作原理：

• 客户端到LVS调度器： 客户端发送请求到VIP，LVS调度器接收到请求。
• 双向NAT转换： LVS调度器将请求的目标IP从VIP转换为后端服务器的RIP，同时也修改数据包的源IP地址。这意味着LVS调度器对数据包的源和目标IP地址都进行转换。
• 后端服务器处理请求： 后端服务器接收到修改后的请求，处理后生成响应数据包，目标IP为LVS调度器。
• LVS调度器返回响应： LVS调度器将后端服务器发来的响应数据包的源IP地址改为VIP，目标IP改为客户端的IP地址，然后将响应发送回客户端。

特点：

• 支持跨网络段的负载均衡，后端服务器和LVS调度器可以位于不同的网络环境。
• LVS调度器对数据包进行双向地址转换，客户端无法获取后端服务器的真实IP。
• LVS调度器必须处理所有的请求和响应数据包，因而负载较高。

适用场景：

• 适用于后端服务器和LVS调度器需要跨越不同网络段或网络环境的场景，适合大型分布式网络。

---

总结

• NAT模式： LVS调度器负责所有请求和响应的转发，负载较高，但配置简单。支持端口映射
• DR模式： 仅处理请求流量，响应流量不经过LVS调度器。要求LVS调度器和后端服务器在同一网络段，性能较好。不支持端口映射
• TUN模式： 通过IP隧道(IP+IP)转发请求流量，允许LVS调度器和后端服务器跨越网络段。不支持端口映射
• FullNAT模式： 通过双向NAT实现负载均衡，支持跨网络段，但增加了LVS调度器的负载。支持端口映射

调度算法

静态算法

1.轮询调度

轮询调度（Round Robin 简称’RR’）算法就是按依次循环的方式将请求调度到不同的服务器上，该算法最大的特点就是实现简单。轮询算法假设所有的服务器处理请求的能力都一样的，调度器会将所有的请求平均分配给每个真实服务器。

2.加权轮询调度

加权轮询（Weight Round Robin 简称’WRR’）算法主要是对轮询算法的一种优化与补充，LVS会考虑每台服务器的性能，并给每台服务器添加一个权值，如果服务器A的权值为1，服务器B的权值为2，则调度器调度到服务器B的请求会是服务器A的两倍。权值越高的服务器，处理的请求越多。

3.目标地址哈希调度（DH）

第一次轮询调度到RS，后续将发往同一目标地址的请求始终转发至第一次挑中的RS，如web缓存

4.源地址哈希调度（SH）

实现session stricky，将来自同一ip地址的请求始终发往第一次挑中的RS，实现会话绑定

动态方法 较小的overhead将被调度

1.最小连接调度

最少连接调度（Least Connections 简称’LC’）算法是把新的连接请求分配到当前连接数最小的服务器。
overhead = activeconns*256+inactiveconns（集群系统的真实服务器具有相近的系统性能，采用最小连接调度算法可以比较好地均衡负载。)

2.加权最少连接调度

加权最少连接（Weight Least Connections 简称’WLC’）算法是最小连接调度的超集，各个服务器相应的权值表示其处理性能。overhead = (activeconns*256+inactiveconns)/weight

3.最短期望延迟算法

最短的期望的延迟调度（Shortest Expected Delay 简称’SED’）算法基于WLC算法。解决了WLC中如果初始调度时，activeconns和inactiveconns都是0，算出来的overhead结果为0，可能调度到权重低的服务器上去的问题
overhead = (activeconns+1)*256/weight

6.最少队列调度

最少队列调度（Never Queue 简称’NQ’）算法，第一轮均匀分配，后续SED。解决SED中可能导致一直把请求调度到同一服务器上的问题

4.基于局部的最少连接

基于局部的最少连接调度（Locality-Based Least Connections 简称’LBLC’）动态的DH算法，该算法是针对请求报文的目标IP地址的 负载均衡调度，目前主要用于Cache集群系统，因为在Cache集群客户请求报文的目标IP地址是变化的。这里假设任何后端服务器都可以处理任一请求，算法的设计目标是在服务器的负载基本平衡情况下，将相同目标IP地址的请求调度到同一台服务器，来提高各台服务器的访问局部性和Cache命中率，从而提升整个集群系统的处理能力。LBLC调度算法先根据请求的目标IP地址找出该目标IP地址最近使用的服务器，若该服务器是可用的且没有超载，将请求发送到该服务器；若服务器不存在，或者该服务器超载且有服务器处于一半的工作负载，则使用’最少连接’的原则选出一个可用的服务器，将请求发送到服务器。

5.带复制的基于局部性的最少连接

带复制的基于局部性的最少连接（Locality-Based Least Connections with Replication 简称’LBLCR’）算法也是针对目标IP地址的负载均衡，目前主要用于Cache集群系统，它与LBLC算法不同之处是它要维护从一个目标IP地址到一组服务器的映射，而LBLC算法维护从一个目标IP地址到一台服务器的映射。按’最小连接’原则从该服务器组中选出一一台服务器，若服务器没有超载，将请求发送到该服务器；若服务器超载，则按’最小连接’原则从整个集群中选出一台服务器，将该服务器加入到这个服务器组中，将请求发送到该服务器。同时，当该服务器组有一段时间没有被修改，将最忙的服务器从服务器组中删除，以降低复制的程度。