IPVS 基础教程

1. IPVS 是什么？

IPVS（IP Virtual Server）是 Linux 内核中的四层负载均衡实现，是 LVS（Linux Virtual Server）项目的核心组件。

它工作在 内核态，具备高性能、低延迟的特点。

用途：四层（TCP/UDP）负载均衡
核心优势：性能比 nginx/haproxy 等用户态 LB 高出 5～10 倍

2. IPVS 与 iptables 的区别（重点）

特性	iptables (kube-proxy)	IPVS (kube-proxy)
工作模式	用户态 + 内核态	内核态、专为 LB 优化
性能（QPS）	较低	极高（百万级）
并发连接	小	超大、可百万级
负载均衡算法	少	多
K8s 支持	默认	需要安装模块或切换模式

Kubernetes 在大规模集群中强烈推荐选择 IPVS 模式的 kube-proxy。

3. IPVS 的 3 种工作模式（LVS 经典模式）

3.1 NAT（Network Address Translation）

负载均衡器修改请求和响应的源/目标地址。

优点：简单
缺点：LB 压力大（进、出都要 NAT）
适用：小规模

Client -> [VIP -> LB -> DIP] -> RealServer
RealServer -> LB -> Client

3.2 DR（Direct Routing）— 最常用、最高性能

请求经过 LB，响应直接从 RealServer 回客户端。

优点：性能最高
缺点：RealServer 必须与 LB 在同一二层网络
场景：高性能集群

Client -> LB -> RealServer  
RealServer -> Client（绕过 LB）

3.3 TUN（IP Tunneling）

LB 用隧道封装（如 IPIP）转发请求。

优点：跨三层高性能
缺点：RealServer 要支持 IPIP
适用：跨机房、跨城市

4 IPVS 支持的负载均衡算法（非常强大）

算法	说明
rr	轮询
wrr	权重轮询
lc	最少连接
wlc	加权最少连接
lblc	基于本地性最少连接
lblcr	基于本地性副本
sed	最短期望延迟
nq	不排队

Kubernetes 里 kube-proxy 默认使用 rr。

5. Linux 安装 IPVS 模块

一键加载（常用）

sudo modprobe ip_vs
sudo modprobe ip_vs_rr
sudo modprobe ip_vs_wrr
sudo modprobe ip_vs_sh
sudo modprobe nf_conntrack

确保模块生效：

lsmod | grep ip_vs

6. kube-proxy 切换到 IPVS 模式（K8s 必用）

K8s 默认使用 iptables 模式，可以改为 IPVS：

查看 kube-proxy 配置文件（通常在）

/var/lib/kube-proxy/config.conf

修改：

mode: "ipvs"

重启 kube-proxy：

systemctl restart kube-proxy

验证：

kubectl get pods -n kube-system -o wide | grep kube-proxy

并确认 ipvsadm 生效：

ipvsadm -Ln

7. IPVS 常用命令（ipvsadm）

查看 IPVS 配置

ipvsadm -Ln

添加 Virtual Server（VIP）

ipvsadm -A -t 10.0.0.1:80 -s rr

添加 Real Server

ipvsadm -a -t 10.0.0.1:80 -r 192.168.1.10:80 -m

“-m” 表示 NAT，DR 用 “-g”，TUN 用 “-i”。

删除虚拟服务

ipvsadm -D -t 10.0.0.1:80

清除全部配置

ipvsadm -C

8. IPVS 在 Kubernetes 里的表现

IPVS 模式的优势非常明显：

更低延迟
更高吞吐
服务数量越多，优势越明显（iptables 会导致规则爆炸）
支持更多 LB 算法

强烈建议：

大规模集群必须用 IPVS 模式的 kube-proxy。

9. IPVS vs Keepalived

要做高可用时，你会看到 Keepalived（VRRP）配合 IPVS。

用途：

Keepalived 提供 VIP 漂移（双机热备）
IPVS 提供负载均衡调度

经常组合成：

LVS-DR
LVS-TUN
高可用负载均衡器（MASTER & BACKUP）

10. IPVS 在生产中的最佳实践

LVS-DR 模式 + Keepalived

最高性能方案，适用于 web 服务、API 服务。

在 Kubernetes 中使用 IPVS 模式

适合 Node 数或 Service 数较多的集群。

关闭 conntrack（可选）

大规模环境能提升性能。