本文采用集群技术构建数字城市管理平台，出于研究的目的，选用开源软件LVS（Linux Virtual Server）项目的四层负载均衡技术IPVS(IP Virtual Server，LVS的OSI四层负载均衡解决方案)作为集群的可定制解决方案。但由于负载均衡的运用场景复杂加之IPVS维护者精力有限，在需要会话保持的应用中IPVS还存在较多缺陷，尤其是在高速代理上网环境下，由于IPVS采用的是基于源IP的会话保持方案，存在可能会话丢失和出现严重的负载不均衡问题。基于以上问题，本文研究IPVS负载均衡的实现，提出问题的解决方案，并对集群服务器的性能进行分析。论文的主要研究工作如下：①结合数字城市管理平台的需求研究了集群系统，在研究传统的共享会话保持集群后，提出把会话保持功能集成在负载均衡器上的方案，但IPVS采用的是基于源IP的会话保持方案，在高速代理上网环境下存在可能会话丢失和出现严重的负载不均衡问题，需要对IPVS进行改进。②研究IPVS实现原理和体系结构，首先分析TCP/IP协议原理、Linux内核对网络数据包的处理、Netfilter的实现机制、IPVS基于Netfilter对IP数据包的处理方式等；其次，剖析IPVS的源码，分析其实现细节，提出基于Cookie会话保持的负载均衡算法，并进行可行性分析和算法设计，最后实现算法逻辑。③针对数字城市管理平台集群系统的体系结构，建立基于排队论的性能分析模型和对应的简化模型，并运用概率统计方法得到系统平均响应时间的解析表达式，分析各性能参数对表达式的影响。④搭建实验环境，对本文提出的算法的正确性和有效性进行了实验验证，同时对数字城市管理平台集群系统的两种备选解决方案进行性能的测试和比较分析。实验表明：本文提出的算法能有效的解决IPVS在高速代理上网环境下可能导致会话丢失和可能出现严重的负载不均衡问题，且在集群性能上较共享会话集群更优。