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负载均衡集群（Load Balance Cluster），简称LB集群，是一种通过分布式服务器集群实现高性能、高可用性的网络负载均衡技术。常见的负载均衡软件包括开源的Nginx、LVS（Linux Virtual Server）和商业的F5、Netscale等。在本文中，我们将深入探讨LVS的工作原理、组成、相关术语以及其在不同工作模式下的实现原理和特点。
LVS（Linux Virtual Server）由章文嵩博士发起，是一个开源项目，现已成为Linux内核的标准组成部分。LVS的主要目标是通过负载均衡技术和Linux操作系统实现高性能、高可用的服务器集群，具有良好的可靠性、可扩展性和操作性，使其在实现负载均衡方面成为开源领域的佼佼者。
LVS的架构从逻辑上可以分为三个层次：调度层、服务器集群层和共享存储层。调度层负责接收用户请求并根据预定义的调度算法将请求分发至后端真实服务器（Real Server）；服务器集群层则负责接收和处理实际的网络请求；共享存储层确保所有用户请求访问的数据一致性。
LVS的工作原理主要依赖于Linux内核的IPVS（IP Virtual Server）框架。具体来说，当用户请求到达负载均衡调度器（Director Server）时，调度器将请求发往内核空间的PREROUTING链。PREROUTING链首先检查数据包的目标IP地址是否为本机IP，如果是，则将数据包转发至INPUT链。
在INPUT链中，IPVS会根据定义的集群服务进行比对。如果用户请求的目标IP地址正好是集群服务地址，IPVS会修改数据包的目标IP地址为对应的后端服务器IP地址，并将修改后的数据包发至POSTROUTING链。POSTROUTING链会根据目标IP地址找到对应的后端服务器，并将请求最终发送至真实服务器（Real Server）。
LVS由两部分组成：ipvs和ipvsadm。
LVS支持三种主要工作模式：NAT模式、DR模式和TUN模式。
NAT模式（Network Address Translation）是最常用的工作模式，其特点包括：
DR模式（Direct Route）特点包括：
TUN模式（Tunnel）通过在原有的IP报文外再次封装一层IP首部实现负载均衡。其特点包括：
LVS支持八种调度算法，分别是：
这些调度算法各有特点，例如轮叫调度简单易实现，适合所有服务器处理能力相同的情况；加权轮叫调度可以根据服务器的权重分配请求；最少链接调度根据后端服务器的连接数进行调度等。
实验环境包括三台服务器：一台作为调度器节点，两台作为后端服务器。调度器节点的外网IP为172.16.254.200，内网IP为192.168.0.8；后端服务器的内网IP分别为192.168.0.18和192.168.0.28，并将后端服务器的网关设置为调度器的内网IP。安装Nginx服务后，使用ipvsadm命令为LVS-NAT模式添加规则。
实验环境与NAT模式类似，但后端服务器的网关不指向调度器的内网IP。后端服务器的lo接口配置VIP地址，并通过arptables规则防止响应请求通过ARP解析到后端服务器。
LVS本身不支持健康检查，无法实现高可用性。当后端服务器出现故障时，LVS仍会将请求转发至该服务器，导致服务中断。Keepalive软件可以通过健康检查解决这一问题，实现LVS的高可用性。
实验环境包括四台节点：两台Keepalived节点和两台LVS节点。Keepalived节点负责负载均衡和故障转移，LVS节点负责接收和分发请求。通过配置Keepalived的虚拟路由重定向和健康检查，实现LVS的高可用性。
通过手动关闭后端服务器的Nginx服务，测试访问页面内容，验证LVS的负载均衡功能。同时，测试Keepalived的故障转移和恢复功能，确保服务在后端服务器故障时仍能正常运行。
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