LVS (Linux Virtual Server) 作為內核級四層負載均衡器，提供三種 IP 負載均衡模式：VS/NAT (地址轉換)、VS/TUN (IP 隧道)、VS/DR (直接路由)。三者在封包轉發路徑、網絡拓撲要求、性能上限、適用場景上差異巨大。本文深度對比架構原理、數據流向、優缺點、部署約束，給出生產環境選型建議。
原理：Director 同時作為 Default Gateway。請求包：Client→VIP → Director (DNAT: VIP→RIP) → RS。響應包：RS → Director (SNAT: RIP→VIP) → Client。雙向流量均經 Director。
| 維度 | 特性 |
|---|---|
| 網絡拓撲 | RS 私有 IP (10/172/192.168.x)，網關指向 Director DIP。Director 雙網卡 (公網 VIP + 內網 DIP)。 |
| RS 作業系統 | 任意 (Linux/Windows/Unix)，只需配置網關。 |
| Director 負載 | 極高：雙向全流量經 Director，CPU/內存/帶寬瓶頸明顯。 |
| 最大 RS 數 | 10-20 台 (受限於 Director 轉發能力)。 |
| 端口映射 | 支持端口映射 (VIP:80 → RIP:8080)。 |
| Director 高可用 | 需 Keepalived/VRRP 漂移 VIP+DIP。 |
| 優點 | 配置簡單，RS 無內核要求，支持端口映射，RS 可用私有 IP。 |
| 缺點 | Director 成為性能瓶頸與單點，不適合高併發/大流量場景。 |
原理：Director 將請求包封裝在新 IP 頭中 (外層: DIP→RIP，內層: CIP→VIP) 發送給 RS。RS 解封獲取原始請求 (目標 VIP)，處理後直接響應給 Client (源 VIP，經默認網關路由)。僅請求經 Director，響應繞過 Director。
| 維度 | 特性 |
|---|---|
| 網絡拓撲 | RS 需公網 IP (RIP) 或可路由 IP。Director 與 RS 可跨公網 (隧道)。所有節點需支持 IP 隧道 (IPv4: ipip/gre; IPv6: ip6ip6/sit)。 |
| RS 作業系統 | 需支持 IP 隧道的內核 (Linux/BSD/部分 Unix)。Windows 需額外配置。 |
| Director 負載 | 低：僅處理入站請求封裝轉發，無響應流量壓力。 |
| 最大 RS 數 | 100+ 台。 |
| 響應路徑 | RS → Client 直連，需 RS 配置 VIP on lo (隧道設備)，ARP 抑制 (arp_ignore/arp_announce)。 |
| 優點 | Director 壓力小，跨地域部署靈活，擴展性強。 |
| 缺點 | RS 需公網 IP，隧道開銷 (MTU 減小、CPU 封裝/解封)，配置複雜，Windows 支持弱。 |
原理：Director 與 RS 同一物理網段 (同一 VLAN/二層網絡)。請求包：Director 修改 MAC 地址為 RS 的 MAC (幀級轉發)，源 IP 仍為 CIP，目標 IP 仍為 VIP，直接二層轉發給 RS。RS 處理後直接響應給 Client (源 VIP)。Director 僅處理入站幀轉發，無 IP 層修改，性能最高。
| 維度 | 特性 |
|---|---|
| 網絡拓撲 | Director 與 RS 必須在同一二層網段 (同一交換機/VLAN)。RS 配置 VIP on lo:0/lo:1，抑制 ARP 回應。 |
| RS 作業系統 | Linux (最佳)、BSD、Solaris。Windows 需環回適配器配置 VIP 且禁用 ARP，較繁瑣。 |
| Director 負載 | 極低：僅 MAC 級轉發，CPU 幾乎無壓力，千萬級併發輕鬆應對。 |
| 最大 RS 數 | 數百台 (受限於 ARP 表/交換機 MAC 表)。 |
| VIP 配置 | Director 綁定 VIP (eth0:0)。RS 綁定 VIP 於 loopback (lo:0)，設置 arp_ignore=1, arp_announce=2。 |
| 優點 | 性能最強，Director 無狀態易擴展，無隧道開銷，響應直連低延遲。 |
| 缺點 | 強制同一二層網段，跨機房/雲廠商難部署；RS 需配置 VIP/ARP 抑制；不支持端口映射。 |
| 特性 | VS/NAT | VS/TUN | VS/DR |
|---|---|---|---|
| 雙向流量經 Director | 是 | 否 (僅入站) | 否 (僅入站幀) |
| Director 性能瓶頸 | 嚴重 | 輕微 | 幾乎無 |
| RS 需公網 IP | 否 | 是 | 否 (但需同網段) |
| RS 作業系統限制 | 無 | 需隧道支持 | Linux 最佳 |
| 跨網段/跨機房部署 | 容易 (路由即可) | 容易 (隧道穿越) | 困難 (需二層互通) |
| 端口映射支持 | 支持 | 不支持 | 不支持 |
| 典型最大 RS 數 | 20 | 100+ | 500+ |
| 配置複雜度 | 低 | 高 | 中 (ARP 抑制關鍵) |
# Director (ipvsadm)
ipvsadm -A -t VIP:80 -s rr
ipvsadm -a -t VIP:80 -r RIP1 -g # -g 表示 DR 模式
ipvsadm -a -t VIP:80 -r RIP2 -g
# RS (循環配置 VIP 於 lo，抑制 ARP)
# /etc/sysctl.conf
net.ipv4.conf.all.arp_ignore = 1
net.ipv4.conf.lo.arp_ignore = 1
net.ipv4.conf.all.arp_announce = 2
net.ipv4.conf.lo.arp_announce = 2
# 應用
sysctl -p
# 啟動腳本綁定 VIP (或 systemd service)
ip addr add VIP/32 dev lo label lo:0
# 或永久: /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-lo:0
LVS 三模式本質是封包轉發層級 (三層 NAT/隧道 vs 二層 MAC) 與響應路徑 (經 Director vs 直連) 的權衡。VS/DR 性能王者但拓撲受限；VS/TUN 靈活跨網但開銷大；VS/NAT 通用簡單但瓶頸早。現代架構多遷移至雲負載均衡或 K8s Service/IPVS，理解 LVS 原理仍是掌握四層負載均衡內核機制、排查 kube-proxy IPVS 模式問題的基石。
