LVS + Keepalived 高可用负载均衡集群

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

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# 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）

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# 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）

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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 BACKUP
    interface 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 PASS
        auth_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：DR
    persistence_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 80
            connect_timeout 3
            nb_get_retry 3
            delay_before_retry 3
        }
    }

    # 后端 RS2 配置
    real_server 192.168.10.17 80 {
        weight 1
        TCP_CHECK {
            connect_port 80
            connect_timeout 3
            nb_get_retry 3
            delay_before_retry 3
        }
    }
}

（4）优化内核参数（主 / 备节点均需配置）

send_redirects：控制当前服务器是否发送 ICMP 重定向报文。

取值 1（默认）：允许发送 ICMP 重定向报文。
取值 0：禁止发送 ICMP 重定向报文。

关闭 ICMP 重定向的核心目的是 避免客户端绕开负载均衡器直接访问后端服务器，具体原因如下：

DR 模式的特殊网络路径：
- 负载均衡器（Director）通过修改 MAC 地址将请求转发给后端服务器。
- 后端服务器处理后，直接通过自己的物理网卡向客户端发送响应（源 IP 是 VIP）。
此时，服务器（后端或 Director）可能会认为 "客户端到 VIP 的最优路径是直接访问后端服务器"，从而发送 ICMP 重定向报文给客户端，导致客户端后续请求直接发给后端服务器（绕过 Director），破坏负载均衡策略。
防止路由混乱 ：

LVS 集群中，VIP 同时存在于 Director 和后端服务器（DR 模式），网络拓扑相对特殊。ICMP 重定向可能会让客户端或中间设备（如交换机）学习到错误的路由规则，导致请求分发异常。

vim /etc/sysctl.conf
net.ipv4.conf.all.send_redirects = 0 控制 ICMP 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

ip_vs 是 Linux 内核中实现 LVS（Linux Virtual Server，Linux 虚拟服务器）的核心模块，全称为 IP Virtual Server。它是由章文嵩博士主导开发的内核级负载均衡组件，通过在 Linux 内核中直接处理网络数据包，实现了高性能、高可用的 Layer 4（传输层）负载均衡。

ip_vs 的核心作用

ip_vs 运行在 Linux 内核的网络协议栈中，主要负责：

接收客户端请求：监听虚拟 IP（VIP）上的服务端口（如 80、443）。
负载均衡调度：根据配置的算法（如轮询、权重、IP 哈希等），从后端真实服务器（Real Server）池中选择合适的节点。
转发数据包：根据 LVS 的工作模式（NAT/DR/TUN），对数据包进行地址转换、MAC 地址修改或隧道封装，将请求转发到选定的后端服务器。
维护连接状态：跟踪客户端与后端服务器的连接，确保同一客户端的请求能被正确转发（如 IP 哈希算法）。

ip_vs 的工作原理

内核态处理 ：ip_vs 直接在内核态工作，避免了用户态与内核态之间的数据拷贝，因此性能远高于基于用户态的负载均衡工具（如 Nginx 作为四层负载均衡时）。
依赖 IPVS 管理工具 ：ip_vs 本身是内核模块，需要通过用户态工具（如 ipvsadm 或 keepalived）进行配置（如定义 VIP、后端服务器、负载策略等）。
支持多种转发模式：如前文提到的 NAT、DR、TUN 三种模式，通过不同的数据包处理方式适配不同的网络场景。

ip_vs 与 LVS 的关系

LVS 是整体架构 ：包含内核中的 ip_vs 模块（负责实际转发）和用户态管理工具（如 ipvsadm，负责配置规则）。
ip_vs 是 LVS 的核心 ：没有 ip_vs 模块，LVS 就无法实现负载均衡功能；用户态工具仅用于配置和管理 ip_vs 的规则。

使用场景

ip_vs 适用于需要高性能四层负载均衡的场景，例如：

大规模 Web 服务集群的入口流量分发。
数据库读写分离的连接转发。
高并发 TCP/UDP 服务的负载均衡（如游戏服务器、视频流服务）。

systemctl start keepalived
systemctl enable keepalived

ipvsadm -ln # 验证 LVS 规则（显示 RR 算法和 DR 模式）
#清除规则
ipvsadm -C
#添加虚拟服务器（VIP），使用轮询算法（rr）
ipvsadm -A -t 192.168.10.180:80 -s rr
#添加后端真实服务器（DR 模式）
ipvsadm -a -t 192.168.10.180:80 -r 192.168.10.16:80 -g
ipvsadm -a -t 192.168.10.180:80 -r 192.168.10.17:80 -g
#保存规则到配置文件
ipvsadm-save > /etc/sysconfig/ipvsadm
systemctl start ipvsadm

3.3 后端 RS 配置（RS1 和 RS2 均需配置）

（1）绑定 VIP 到 lo 接口

复制代码

cd /etc/sysconfig/network-scripts/
cp ifcfg-lo ifcfg-lo:0

vim 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）

各参数含义

arp_ignore：控制是否响应 ARP 请求

作用：决定当服务器收到一个 ARP 请求（询问某个 IP 对应的 MAC 地址）时，是否返回自己的 MAC 地址。
取值含义 ：
- 0（默认）：只要本地配置了该 IP，就响应 ARP 请求（返回自己的 MAC）。
- 1：仅当 ARP 请求的目标 IP 配置在接收请求的网络接口上时，才响应；如果 IP 配置在非接收接口（如 lo 回环接口），则不响应。

arp_announce：控制发送 ARP 通告时的源 IP 选择

作用：当服务器主动发送 ARP 通告（告知网络中其他设备 "我拥有某个 IP"）时，决定使用哪个 IP 作为源 IP。
取值含义 ：
- 0（默认）：允许使用任意网络接口上的 IP 作为源 IP 发送 ARP 通告。
- 1：尽量使用与目标 IP 同网段的本地 IP 作为源 IP。
- 2：强制使用发送接口上的 IP 作为源 IP，不允许使用其他接口（如 lo）上的 IP。
  
  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

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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）。

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

三种模式的选择依据

模式	核心适用场景	与 Keepalived 结合的优势	典型业务场景
DR	同网段、高并发、高性能要求	性能最优，适合大规模集群，Keepalived 保障 VIP 高可用	电商、门户等高流量网站
NAT	跨网段、小规模集群、需隐藏后端 IP	部署灵活，适合简单网络，Keepalived 简化故障转移	小型应用、内部服务
TUN	跨地域、分布式部署，需避免 NAT 瓶颈	支持广域网负载均衡，Keepalived 确保隧道节点高可用	跨数据中心集群、分布式服务

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。

LVS + Keepalived 高可用负载均衡集群

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）

禁止 RS 响应非本地物理 IP 的 ARP 请求

（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）

三种模式的选择依据