网络负载均衡工作模式

负载均衡按OSI 层级分为：四层负载均衡（传输层）、七层负载均衡（应用层）；另外还有网关 / 路由器的多链路负载均衡（三层）。

下面包含常见调度算法 + 工作模式（代理模式、NAT、DR、TUN、隧道、旁路等）。

一、四层负载均衡（L4，传输层，基于 IP + 端口）

只看源目 IP、TCP/UDP 端口，不解包应用层内容。典型：LVS、F5、华为 / 华三四层模块。

LVS 有 3 种核心工作模式：NAT 模式、DR 直接路由模式、TUN 隧道模式

1. NAT 模式（网络地址转换）

Virtual Server via Network Address Translation

1. 客户端请求→LVS，LVS 修改报文目的 IP为后端真实服务器 RS；RS 回包必须经过 LVS，LVS 再把源 IP 改成 VIP 返回客户端。

2. 特点

• 入流量、出流量全部经过 LVS，LVS 容易成为带宽瓶颈

• RS 服务器网关必须指向 LVS 内网接口

• RS 可以是任意内网 IP，不需要公网 IP

• 支持 TCP/UDP

• 适合中小规模集群

2. DR 模式（Direct Routing 直接路由，最常用）

Virtual Server via Direct Routing

1. 请求报文经过 LVS，LVS只修改 MAC 地址，目标 MAC 改成 RS 的 MAC；RS 直接把响应包返回客户端，不经过 LVS。

2. 特点

• 只有入流量经过 LVS，返回流量绕过 LVS，性能很高，支持大并发

• 所有 RS 都要在同一网段，RS 需要在回环接口绑定 VIP，并抑制 ARP 响应

• RS 网关是原有网关，不需要指向 LVS

• 不支持端口转换；只能 TCP/UDP

• 大规模 Web 集群首选

3. TUN 模式（IP Tunnel IP 隧道模式）

Virtual Server via IP Tunneling

1. LVS 把请求报文封装在 IP 隧道中发给 RS；RS 解封装处理，响应直接回客户端，不经过 LVS。

2. 特点

• RS 可以跨网段、跨机房，不需要和 LVS 同局域网

• 需要 RS 内核支持 IP 隧道模块

• 入流量走 LVS，出流量直接回客户端

• 适合跨地域分布式服务器集群

LVS 小结：

| 模式 | 入流量 | 回包路径 | RS 位置 | 瓶颈 |

|---|---|---|---|---|

|NAT | 过 LVS | 必须过 LVS | 同一内网 | LVS 带宽 |

|DR | 过 LVS | 直接回客户端 | 同网段局域网 | LVS 仅处理请求 |

|TUN | 过 LVS | 直接回客户端 | 可跨网段跨机房 | 隧道开销 |

二、七层负载均衡（L7，应用层）

可以解析 HTTP/HTTPS、DNS 等应用协议内容，可以看 URL、Cookie、Header。

典型软件：Nginx、HAProxy、Apache；硬件：F5、A10。

工作模式本质是代理模式（反向代理）。

反向代理模式

客户端请求发送给负载均衡器，LB 完整解析应用报文，转发请求到后端服务器；后端响应全部经过 LB，再返回客户端。

• 全部流量（请求 + 响应）都经过 LB

• 可基于 URL、cookie、header 做会话黏连、灰度、路径路由、SSL 卸载

• 消耗 CPU 更高（SSL 解密、报文解析）

• 支持 HTTP、HTTPS、GRPC 等应用协议

注意：Nginx 属于七层反向代理；也可以做四层（stream 模块）。

三、三层多链路负载均衡（出口负载均衡，多 WAN）

常见于防火墙、路由器、上网行为管理，企业多条宽带线路做外网出口负载。

不是服务器集群，是多条外网链路分担内网上网流量。

工作模式：

1. 基于源 IP 哈希：同一个内网用户固定走同一条外网链路，保证会话一致性。

2. 轮询：内网用户轮流分配不同出口线路。

3. 带宽比例调度：按线路带宽权重分配流量，100M 联通、50M 电信，流量按 2:1 分配。

4. 智能选路（ISP 选路）：访问联通资源走联通线路，访问电信资源走电信线路。

5. 链路备份模式：主链路故障自动切换备用链路。

四、负载均衡常见调度算法（分发策略）

不管四层七层，都有调度算法，决定流量分给哪台后端：

1. 轮询 RR：依次分发，每台服务器轮流接收请求

2. 加权轮询 WRR：配置权重，性能高服务器分配更多流量

3. 最小连接 LC：分配给当前连接数最少的后端

4. 加权最小连接 WLC：结合权重 + 连接数，LVS 默认算法

5. 源地址哈希 SH：源 IP 哈希，同一客户端始终调度到同一台 RS，实现会话保持

6. 一致性哈希：适合缓存集群，减少节点变化带来的大量失效

五、会话保持（会话黏连）

• 四层：源 IP 哈希实现，同一个客户端 IP 始终调度同一台 RS

• 七层：Cookie 插入，LB 下发 cookie，后续请求根据 cookie 定位后端服务器

六、对比总结

1. LVS 四层 NAT/DR/TUN：内核态四层，性能极强，不解 HTTP，适合大规模 TCP 业务。

2. Nginx/HAProxy 七层反向代理：解析 HTTP，支持 SSL、URL 路由，功能丰富，CPU 开销更大。

3. 多 WAN 三层负载均衡：内网上网出口，多条 ISP 线路流量分担。

组合方案：LVS (DR 四层) 做前端大流量分发，后端 Nginx 七层负载均衡，再转发给业务服务器。

本文原创作者：易君召，详见：https://www.yijunzhao.cn/authors/yijunzhao，转载请注明出处。

原文链接 https://www.yijunzhao.cn/archives/network-load-balancing-working-modes-guide

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