PLC工作过程与实时性优化详解
2026/7/21 6:32:56
目录
LVS是什么？
LVS发展史
特点优势是什么？
LVS负载均衡四种工作模式
LVS-NAT
LVS-DR（生产环境最常用）
LVS-TUN
LVS-FullNAT（内核2.6.28新增）
快速记忆特点（小口诀）
LVS基本操作
规划安排
开始创建集群
查看
开始增加服务器
删除集群及服务器
查看规则
查看连接情况
保存规则
真正的保存规则到相应文件
清空规则
重启自动加载
LVS是什么？
LVS(Linux Virtual Server,linu虚拟服务器)是一个开源的负载均衡软件项目，主要用于Linux内核中实现网络服务的负载均衡和高可用性。它由章文嵩博士于 1998 年启动，作为一个免费开源项目，旨在通过集群技术构建高性能、高可用的服务器系统。LVS的出现是为了解决这些问题，通过IP负载均衡技术将流量分发到多个后端服务器，从而实现可扩展的网络服务。项目早期聚焦于Layer 4交换（传输层负载均衡），并逐步集成到Linux内核中，成为Red Hat等企业级发行版的标准组件。如今，LVS已经被广泛应用于大型网站，作为高流量负载均衡器。
LVS发展史
- 1998年5月LVS第一个版本发布，Linux kernel 2.0 上的第一个patch，只支持VS/NAT，实现round-robin调度算法。
- 1998年11月实现了VS/IPTunneling机制。
- 1999年5月实现了VS/Direct Routing机制，移植到Linux kernel 2.2。
- 2000年5月开始移植到Linux Kernel 2.4。
- 2002年9月份开始移植到 linux kernel 2.5。
- 2003年10月收录到Linux Kernel 2.5开发版。
- 2003年11月Linux Kernel 2.4.23 包含LVS。
- 2003年12月Linux Kernel 2.6.0 包含LVS。
- 2008年11月Google工程师帮着实现了IPv6支持。
- 2010年2月实现了SCTP传输层协议支持。
特点优势是什么？
LVS的核心优势在于其高效、可靠和开源特性，主要用于构建大规模、可拓展性的服务器集群，适用于需要成本效益高、性能优越的负载均衡场景，尤其在云计算和大数据时代，它已成为构建弹性基础设施的首选工具。以下是LVS的优势：
- 均在均衡和高可用性：LVS通过IP负载均衡（如NAT、DR和TUN等模式）将客户请求分发到多台真实服务器（Real servers），防止单台服务器过载。同时，它支持主备路由器配置，确保系统在故障时无缝切换，避免服务被断。
- 高性能和可拓展性；作为内核级实现，LVS处理Layer 4流量时开销低，支持数千并发连接，适用于Web、邮件、数据库等高负载场景。它能轻松拓展到数据中心级别，甚至跨数据中心均衡流量。
- 开源免费且灵活：LVS是免费开源软件，不需要昂贵的硬件负载均衡器（如F5或Cisco），可以通过软件配置实现复杂功能。同时，它于keepalived等工具结合使用，便于监控服务健康状态。
- 安全性于兼容性：LVS支持服务健康检查（如Pulse），能自动剔除故障服务器，并兼容多种网络协议和环境，如趋势科技的负载均衡配置。
LVS负载均衡四种工作模式
LVS一共4种工作模式，其中前三种最常用。
- LVS-NAT(network address translation) 地址转换模式，使用频率高。
- LVS-DR(direct routing)直接路由模式，使用频率最高。
- LVS-TUN(IP tunneling) 隧道模式，使用频率低。
- LVS-FullNAT(完全NAT模式)，使用频率很低。
在理解这四种原理之前，我们先了解基础角色：
术语 | 全称 | 中文含义 | 出现位置 | 作用说明 |
CIP | Client IP | 客户端 IP | 客户端 | 服务请求的来源地址。 |
VIP | Virtual IP | 虚拟服务 IP | LVS 调度器（对外） | 外部访问 LVS 的入口 IP，代表整个集群服务。 |
VS / LB | Virtual Server | 虚拟服务器 | LVS 调度器 | VIP + 端口组合，LVS 对外暴露的“虚拟服务实例”。 |
DIP | Director IP | 调度器内网 IP | LVS 调度器（对内） | LVS 与真实服务器之间通信的 IP。 |
RIP | Real Server IP | 真实服务器 IP | RS 节点 | RS 接收 LVS 转发请求的 IP。 |
RS | Real Server | 真实服务器 | 应用服务器 | 真正处理业务请求并返回响应。 |
LVS-NAT
核心原理
数据包进出都经过 VS，双向流量都由 VS 转发，靠修改 IP 地址实现负载。
1.客户端请求 CIP → VIP 到达 VS；
2.VS 修改目标 IP：把 VIP 换成某一台 RIP，转发给对应 RS；
3.RS 收到请求，回包时目标 IP 是 CIP，源 IP 是 RIP；
4.回包必须经过 VS，VS 修改源 IP：把 RIP 换回 VIP，再发给客户端。
关键特点
1.RS 网关必须指向 DIP（调度器内网 IP），否则回包绕开 VS 直接丢包；
2.所有流量双向经过 VS，VS 网卡带宽是瓶颈；
3.RS 和 VS 必须在同一网段；
4.配置简单，支持端口映射（80→8080）；
5.适合中小规模集群，并发量不高场景。
LVS-DR（生产环境最常用）
核心原理
只改二层 MAC 地址，三层 IP 全程不变，只有入站流量走 VS，出站流量 RS 直接回客户端
- 客户端 CIP → VIP 请求到达 VS；
- VS 只修改目标 MAC 地址，替换为选中 RS 的 MAC，三层 IP（CIP/VIP）完全不动；
- RS 收到数据包，本机配置了 VIP（lo 网卡虚拟 IP），识别数据包是发给自己；
- RS 直接回包：VIP → CIP，不经过 VS，走内网网关直达客户端。
关键约束
- VS 和 所有 RS必须同网段；
- RS 本地 lo 网卡绑定 VIP，且关闭 ARP 响应（防止 ARP 冲突，客户端 ARP 广播抢到 RS 机器）；
- 回包不经过 VS，彻底解决 VS 带宽瓶颈，性能极强；
- 不支持端口映射，RS 端口必须和 VIP 访问端口一致。
LVS-TUN
核心原理
1.客户端 CIP → VIP 到 VS；
2.VS 新建 IP 隧道头，把原数据包整体封装，外层目标 IP 为 RIP，转发给 RS；
3.RS 解封装隧道，取出原始请求包（CIP→VIP）；
4.RS 直接回复 VIP→CIP，不经过 VS。
关键特点
1.VS 和 RS可以跨网段、跨机房、跨公网；
2.RS 内核必须开启 IPIP 隧道模块；
3.RS lo 网卡绑定 VIP，关闭 ARP；
4.仅入站流量过 VS，无带宽瓶颈。
LVS-FullNAT（内核2.6.28新增）
核心原理
双向完整 NAT，同时修改源 IP + 目标 IP，彻底打破同网段限制。
1.客户端 CIP→VIP 到达 VS；
2.VS 修改两处：
目标 IP：VIP → RIP
源 IP：CIP → DIP（调度器内网 IP）
3.RS 收到请求，看到来源是 DIP，回包目标为 DIP；
4.回包回到 VS，再次双向转换：源 RIP→VIP，目标 DIP→CIP，发回客户端。
关键特点
1.VS 与 RS不需要同一网段，无网段限制；
2.双向流量全部经过 VS，带宽瓶颈和普通 NAT 一样；
3.RS 不需要配置 VIP，无需处理 ARP，配置最简单；
4.可以做端口映射。
快速记忆特点（小口诀）
- DR：只改MAC，同网段，性能天花版，线上首选；
- NAT:该目标IP，双向过调度，适合小规模；
- TUN：IP包套壳，跨机房专用；
- FullNAT：双选全改IP，无网段限制，但性能最差。
LVS基本操作
规划安排
LVS 192.168.57.100/24
RS1 192.168.57.101/24 web1
RS2 192.168.57.102/24 web2
安装LVS操作
yum install -y ipvsadm
Ipvsadm --help
echo "hello 57.101 Nginx1" > /usr/share/nginx/html/index.html
echo "hello 57.102 Nginx2" > /usr/share/nginx/html/index.html
两个都启动nginx
systemctl start nginx
ss -tunlp |grep nginx
LVS访问web测试
[root@LVS ~]# curl 192.168.57.101
hello 57.101 Nginx1
[root@LVS ~]# curl 192.168.57.102
hello 57.102 Nginx2
开始创建集群
查看版本信息
[root@LVS ~]# ipvsadm -Ln
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
-> RemoteAddress:Port Forward Weight ActiveConn InActConn
LVS默认模式DR
默认算法WLC,这里换成rr
[root@LVS ~]# ipvsadm -A -t 192.168.57.100:80 -s rr
查看
[root@LVS ~]# ipvsadm -Ln
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
-> RemoteAddress:Port Forward Weight ActiveConn InActConn
TCP 192.168.57.100:80 rr
开始增加服务器
[root@LVS ~]# ipvsadm --add-server --tcp-service 192.168.57.100:80 --real-server 192.168.57.101:80 --masquerading
[root@LVS ~]# ipvsadm --add-server --tcp-service 192.168.57.100:80 --real-server 192.168.57.102:80 --masquerading
查看
[root@LVS ~]# ipvsadm -Ln
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
-> RemoteAddress:Port Forward Weight ActiveConn InActConn
TCP 192.168.57.100:80 rr
-> 192.168.57.101:80 Masq 1 0 0
-> 192.168.57.102:80 Masq 1 0 0
删除集群及服务器
[root@LVS ~]# ipvsadm -d -t 192.168.57.100:80 -r 192.168.57.101:80
[root@LVS ~]# ipvsadm -Ln
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
-> RemoteAddress:Port Forward Weight ActiveConn InActConn
TCP 192.168.57.100:80 rr
-> 192.168.57.102:80 Masq 1 0 0
[root@LVS ~]#
或者带全称
[root@LVS ~]# ipvsadm --delete-server --tcp-service 192.168.57.100:80 --real-server 192.168.57.102:80
查看规则
[root@LVS ~]# ipvsadm -Ln
还有其他语句但是我没有列出来
或者查看文件
[root@LVS ~]# cat /proc/net/ip_vs
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
-> RemoteAddress:Port Forward Weight ActiveConn InActConn
TCP C0A83964:0050 rr
-> C0A83965:0050 Masq 1 0 0
查看连接情况
[root@LVS ~]# cat /proc/net/ip_vs_conn
Pro FromIP FPrt ToIP TPrt DestIP DPrt State Expires PEName PEData
保存规则
注意：默认规则是在内存中，重启则清空
打印规则，不是真的保存，展示
[root@LVS ~]# ipvsadm-save
-A -t LVS:http -s rr
-a -t LVS:http -r 192.168.57.101:http -m -w 1
-a -t LVS:http -r 192.168.57.102:http -m -w 1
[root@LVS ~]# ipvsadm-save -n
-A -t 192.168.57.100:80 -s rr
-a -t 192.168.57.100:80 -r 192.168.57.101:80 -m -w 1
-a -t 192.168.57.100:80 -r 192.168.57.102:80 -m -w 1
真正的保存规则到相应文件
[root@LVS ~]# ipvsadm-save -n > ipvs1001.rules
[root@LVS ~]# ls
anaconda-ks.cfg ipvs1001.rules
[root@LVS ~]# cat ipvs1001.rules
-A -t 192.168.57.100:80 -s rr
-a -t 192.168.57.100:80 -r 192.168.57.101:80 -m -w 1
-a -t 192.168.57.100:80 -r 192.168.57.102:80 -m -w 1
清空规则
[root@LVS ~]# ipvsadm -C
[root@LVS ~]# ipvsadm -Ln
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
-> RemoteAddress:Port Forward Weight ActiveConn InActConn
导入规则
[root@LVS ~]# ipvsadm-restore -n < ipvs1001.rules
[root@LVS ~]# ipvsadm -Ln
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
-> RemoteAddress:Port Forward Weight ActiveConn InActConn
TCP 192.168.57.100:80 rr
-> 192.168.57.101:80 Masq 1 0 0
-> 192.168.57.102:80 Masq 1 0 0
重启自动加载
pvsadm服务自身参数配置，不存转发规则 /etc/sysconfig/ipvsadm-config
ipvsadm.service默认读取/写入的配置文件 /etc/sysconfig/ipvsadm 这个文件不会自动生成，需要手动执行保存命令，否则文件是空 / 不存在
[root@LVS ~]# ipvsadm-save -n > /etc/sysconfig/ipvsadm
[root@LVS ~]# cat /etc/sysconfig/ipvsadm
-A -t 192.168.57.100:80 -s rr
-a -t 192.168.57.100:80 -r 192.168.57.101:80 -m -w 1
-a -t 192.168.57.100:80 -r 192.168.57.102:80 -m -w 1
[root@LVS ~]# cat /etc/sysconfig/ipvsadm-config
IPVS_MODULES_UNLOAD="yes"
IPVS_SAVE_ON_STOP="yes"
IPVS_SAVE_ON_RESTART="yes"
IPVS_STATUS_NUMERIC="yes"
[root@LVS ~]# echo 'ipvsadm-restore < /etc/sysconfig/ipvsadm' >> /etc/rc.local
[root@LVS ~]# chmod +x /etc/rc.local