LVS + Keepalived 高可用负载均衡集群
目录
一、核心组件与作用
1. LVS（Linux Virtual Server）
2. Keepalived
二、DR 模式下的 LVS + Keepalived 工作原理
1. 整体架构
2. 数据包流向（DR 模式）
三、部署步骤（DR 模式）
3.1 环境规划
3.2 主 / 备 LVS 节点配置（以主节点为例）
（1）基础环境准备
（2）配置 VIP（主 / 备节点均需配置）
（3）配置 Keepalived（主节点）
（4）优化内核参数（主 / 备节点均需配置）
（5）启动服务
3.3 后端 RS 配置（RS1 和 RS2 均需配置）
（1）绑定 VIP 到 lo 接口
（2）优化 ARP 策略（避免 MAC 冲突）
（3）部署 Web 服务
四、测试与验证
五、核心优势与注意事项
优势
注意事项
六、与其他方案对比（LVS+Keepalived vs Nginx/HAProxy）
一、核心组件与作用
1. LVS（Linux Virtual Server）
- 定位：内核级四层负载均衡器，通过虚拟 IP（VIP）将客户端请求分发到后端真实服务器（Real Server，RS）。
- 核心功能：
- 基于不同模式（DR/NAT/TUN）实现流量转发，其中 DR 模式因高性能成为主流选择。
- 支持多种调度算法（如轮询 rr、加权轮询 wrr 等），实现请求的均衡分发。
- 优势：工作在内核态，转发效率极高，适合高并发场景（百万级并发支撑）。
2. Keepalived
- 定位：基于 VRRP 协议的高可用工具，为 LVS 提供故障转移和健康检查能力。
- 核心功能：
- VIP 漂移：监控 LVS 主节点状态，故障时自动将 VIP 切换到备用节点，避免单点故障。
- 健康检查：检测后端 RS 状态，自动剔除故障节点，确保请求仅分发到正常服务。
- 集群管理：直接集成 LVS 配置，统一管理负载均衡规则。
二、DR 模式下的 LVS + Keepalived 工作原理
1. 整体架构
- 角色分工：
- 主 LVS 节点（MASTER）：承载 VIP，处理并分发客户端请求，发送 VRRP 心跳给备节点。
- 备 LVS 节点（BACKUP）：监听主节点心跳，主节点故障时接管 VIP，继续提供负载均衡。
- 后端 RS：部署 Web 等服务，通过 lo 接口绑定 VIP，直接响应客户端（不经过 LVS）。
- VIP 流转：正常时 VIP 在主 LVS 节点，主节点故障后 VIP 自动漂移到备节点。
2. 数据包流向（DR 模式）
- 客户端 → 主 LVS 节点：客户端请求发送到 VIP，数据包到达主 LVS 内核空间。
- LVS → 后端 RS：LVS 仅修改数据包的目标 MAC 地址（改为目标 RS 的 MAC），IP 地址不变（源 CIP，目标 VIP），通过二层网络发送到 RS。
- RS → 客户端：RS 通过 lo 接口的 VIP 处理请求，响应数据包直接发送给客户端（源 VIP，目标 CIP），不经过 LVS。
三、部署步骤（DR 模式）
3.1 环境规划
| 角色 | IP 地址 | 核心配置 |
|---|---|---|
| 主 LVS（MASTER） | 192.168.10.80 | 绑定 VIP 192.168.10.180 |
| 备 LVS（BACKUP） | 192.168.10.23 | 备用节点，主节点故障时接管 VIP |
| 后端 RS1 | 192.168.10.16 | 部署 Web 服务，lo 接口绑定 VIP |
| 后端 RS2 | 192.168.10.17 | 部署 Web 服务，lo 接口绑定 VIP |
| 客户端 | 192.168.10.100 | 访问 VIP 192.168.10.180 |
3.2 主 / 备 LVS 节点配置（以主节点为例）
（1）基础环境准备
# 关闭防火墙和 SELinux
systemctl stop firewalld && systemctl disable firewalld
setenforce 0 && sed -i 's/SELINUX=enforcing/SELINUX=disabled/' /etc/selinux/config# 安装工具
yum -y install ipvsadm keepalived
modprobe ip_vs # 加载 LVS 内核模块
（2）配置 VIP（主 / 备节点均需配置）
# 创建虚拟网卡配置文件
cd /etc/sysconfig/network-scripts/
cp ifcfg-ens33 ifcfg-ens33:0# 编辑配置（子网掩码必须为 255.255.255.255）
vim ifcfg-ens33:0
DEVICE=ens33:0
ONBOOT=yes
IPADDR=192.168.10.180
NETMASK=255.255.255.255
IPV6INIT=no# 启动虚拟网卡
ifup ens33:0
（3）配置 Keepalived（主节点）
vim /etc/keepalived/keepalived.conf
global_defs {router_id LVS_01 # 主节点标识，备节点改为 LVS_02
}# VRRP 实例（控制 VIP 漂移）
vrrp_instance VI_1 {state MASTER # 备节点改为 BACKUPinterface ens33 # 绑定 VIP 的物理网卡virtual_router_id 10 # 主备节点需一致priority 100 # 主节点优先级高于备节点（备节点设为 90）advert_int 1 # 心跳间隔 1 秒authentication {auth_type PASSauth_pass abc123 # 主备节点认证密码需一致}virtual_ipaddress {192.168.10.180 # VIP 地址}
}# LVS 负载均衡配置
virtual_server 192.168.10.180 80 {delay_loop 6 # 健康检查间隔 6 秒lb_algo rr # 调度算法：轮询lb_kind DR # 模式：DRpersistence_timeout 50 # 会话保持超时 50 秒（同一客户端 50 秒内固定访问同一 RS）protocol TCP# 后端 RS1 配置real_server 192.168.10.16 80 {weight 1 # 权重（越高分配越多请求）TCP_CHECK { # TCP 健康检查connect_port 80connect_timeout 3nb_get_retry 3delay_before_retry 3}}# 后端 RS2 配置real_server 192.168.10.17 80 {weight 1TCP_CHECK {connect_port 80connect_timeout 3nb_get_retry 3delay_before_retry 3}}
}
（4）优化内核参数（主 / 备节点均需配置）
vim /etc/sysctl.conf
net.ipv4.conf.all.send_redirects = 0 # 关闭 ARP 重定向
net.ipv4.conf.default.send_redirects = 0
net.ipv4.conf.ens33.send_redirects = 0
sysctl -p # 生效配置
（5）启动服务
systemctl start keepalived
systemctl enable keepalived
ipvsadm-save > /etc/sysconfig/ipvsadm # 保存 LVS 规则
systemctl start ipvsadm
ipvsadm -ln # 验证 LVS 规则（显示 RR 算法和 DR 模式）
3.3 后端 RS 配置（RS1 和 RS2 均需配置）
（1）绑定 VIP 到 lo 接口
cd /etc/sysconfig/network-scripts/
cp ifcfg-lo ifcfg-lo:0vim ifcfg-lo:0
DEVICE=lo:0
ONBOOT=yes
IPADDR=192.168.10.180 # 与 LVS 的 VIP 一致
NETMASK=255.255.255.255
IPV6INIT=no# 启动接口并添加路由
ifup lo:0
route add -host 192.168.10.180 dev lo:0 # 确保 VIP 路由指向 lo 接口
（2）优化 ARP 策略（避免 MAC 冲突）
vim /etc/sysctl.conf
# 禁止 RS 响应非本地物理 IP 的 ARP 请求
net.ipv4.conf.lo.arp_ignore = 1
net.ipv4.conf.lo.arp_announce = 2
net.ipv4.conf.all.arp_ignore = 1
net.ipv4.conf.all.arp_announce = 2
sysctl -p
（3）部署 Web 服务
yum -y install httpd
systemctl start httpd && systemctl enable httpd# RS1 页面内容
echo 'this is kgc web!' > /var/www/html/index.html
# RS2 页面内容
echo 'this is benet web!' > /var/www/html/index.html
四、测试与验证
- 负载均衡测试：客户端访问
http://192.168.10.180，刷新页面（间隔超过 50 秒），应轮询显示 RS1 和 RS2 的页面。 - 高可用测试：
- 停止主 LVS 节点的 Keepalived：
systemctl stop keepalived。 - 在备节点执行
ip addr，确认 VIP 已漂移到备节点。 - 客户端继续访问 VIP，服务正常（由备节点分发请求）。
- 重启主节点 Keepalived，VIP 自动回归（默认抢占模式）。
- 停止主 LVS 节点的 Keepalived：
五、核心优势与注意事项
优势
- 高性能：DR 模式下 LVS 仅修改 MAC 地址，转发效率极高，适合高并发。
- 高可用：Keepalived 实现 VIP 漂移，避免 LVS 节点单点故障。
- 灵活性：支持多种调度算法，可根据 RS 性能调整权重。
注意事项
- 网络要求：LVS 节点与 RS 必须在同一物理网段（DR 模式限制）。
- ARP 策略：RS 必须配置
arp_ignore和arp_announce，否则会导致 VIP 冲突。 - 会话保持：
persistence_timeout需根据业务场景调整（如静态页面可设为 0）。 - 脑裂防护：通过双心跳线、仲裁 IP（如网关）避免主备节点同时争抢 VIP。
六、与其他方案对比（LVS+Keepalived vs Nginx/HAProxy）
| 特性 | LVS + Keepalived | Nginx | HAProxy |
|---|---|---|---|
| 工作层级 | 四层（内核态） | 四层 + 七层（应用态） | 四层 + 七层（应用态） |
| 性能 | 最高（百万级并发） | 高（十万级并发） | 高（接近 Nginx） |
| 健康检查 | 依赖 Keepalived 脚本 / TCP 检查 | 简单 HTTP/TCP 检查 | 强大（支持多种协议） |
| 适用场景 | 超大规模集群、高并发 | 中小型集群、需七层转发（如 URL 路由） | 高可用集群、复杂健康检查需求 |
通过 LVS + Keepalived 的组合，可构建兼具高性能和高可用性的负载均衡架构，是企业级核心服务的理想选择。