Keepalived 负载均衡

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Keepalived 负载均衡

Keepalived 可以与 LVS（Linux Virtual Server）结合，提供强大的四层负载均衡功能。它通过 IPVS（IP Virtual Server）内核模块实现高性能的负载分发。

核心组件

• Virtual Server：虚拟服务器，对外提供服务的 VIP
• Real Server：真实服务器，实际处理请求的后端服务器
• IPVS：Linux 内核中的负载均衡模块
• 健康检查：监控后端服务器状态

工作模式

模式	说明	特点	适用场景
DR（Direct Routing）	直接路由	性能最高，要求在同一网段	大流量场景
NAT（Network Address Translation）	网络地址转换	配置简单，性能较低	小规模应用
TUN（IP Tunneling）	IP 隧道	可跨网段，性能中等	跨机房部署

完整的环境配置

这两个服务在 Keepalived 中通过分别定义不同的 virtual_server 来区分。

由于 IPVS 是基于 <虚拟IP,端口,协议> 三元组建立映射的，因此 80 和 443 互不影响，各自的健康检查、调度算法和会话保持配置都可以独立设置。

global_defs {
    router_id LB_MASTER
    enable_script_security
}

# HTTP 负载均衡
virtual_server 10.20.230.32 80 {
    delay_loop 6
    lb_algo wlc
    lb_kind DR
    persistence_timeout 300   # HTTP 会话保持，时间相对较短
    protocol TCP
    
    real_server 192.168.1.10 80 {
        weight 2
        HTTP_GET {
            url {
                path /health
                status_code 200
            }
            connect_timeout 3
            retry 3
            delay_before_retry 2
        }
    }
    
    real_server 192.168.1.11 80 {
        weight 1
        HTTP_GET {
            url {
                path /health
                status_code 200
            }
            connect_timeout 3
            retry 3
            delay_before_retry 2
        }
    }
}

# HTTPS 负载均衡
virtual_server 10.20.230.32 443 {
    delay_loop 6
    lb_algo wlc              # 加权最少连接算法
    lb_kind DR
    persistence_timeout 600   # HTTPS 会话保持时间更长
    protocol TCP
    
    # 后端服务器1 - 高性能服务器
    real_server 192.168.1.10 443 {
        weight 3             # 更高的权重
        inhibit_on_failure   # 失败时禁用
        
        SSL_GET {            # HTTPS 健康检查
            url {
                path /health
                status_code 200
            }
            connect_timeout 3
            retry 3
            delay_before_retry 2
        }
    }
    
    # 后端服务器2 - 普通服务器
    real_server 192.168.1.11 443 {
        weight 1
        inhibit_on_failure
        
        SSL_GET {
            url {
                path /health
                status_code 200
            }
            connect_timeout 3
            retry 3
            delay_before_retry 2
        }
    }
}

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高级配置技巧

会话保持配置

会话保持（Session Persistence）适用于需要 长时间维持客户端和同一后端服务器交互 的业务场景：

• 流媒体（视频点播/直播）：避免反复切换服务器导致播放卡顿
• WebSocket 长连接：必须确保连接持续性
• 在线文档/协作系统：会话中断会影响用户体验

virtual_server 192.168.1.100 80 {
    delay_loop 6
    lb_algo wlc
    lb_kind DR
    protocol TCP
    persistence_timeout 1800   # 30分钟会话保持
    
    # 基于客户端 IP 的会话保持
    persistence_granularity 255.255.255.0  # 按 C 类网段
    
    real_server 192.168.1.10 80 {
        weight 1
        TCP_CHECK {
            connect_timeout 3
        }
    }
}

基于防火墙标记的负载均衡

这种方式提供了更灵活的流量控制能力：

# 步骤1：设置防火墙标记
# 标记 HTTP 和 HTTPS 流量
iptables -t mangle -A PREROUTING -d 10.20.230.32 -p tcp -m multiport --dports 80,443 -j MARK --set-mark 100

# 标记来自内网的流量
iptables -t mangle -A PREROUTING -s 192.168.0.0/16 -d 10.20.230.32 -p tcp --dport 443 -j MARK --set-mark 200

# 标记来自外网的流量
iptables -t mangle -A PREROUTING ! -s 192.168.0.0/16 -d 10.20.230.32 -p tcp --dport 443 -j MARK --set-mark 300

# 步骤2：Keepalived 配置
# 多端口服务
virtual_server fwmark 100 {
    delay_loop 6
    lb_algo wlc
    lb_kind DR
    protocol TCP
    
    real_server 192.168.1.10 0 {  # 端口0表示所有端口
        weight 2
        MISC_CHECK {
            misc_path "/usr/local/bin/check_multi_port.sh 192.168.1.10 80 443"
        }
    }
    
    real_server 192.168.1.11 0 {
        weight 1
        MISC_CHECK {
            misc_path "/usr/local/bin/check_multi_port.sh 192.168.1.11 80 443"
        }
    }
}

# 内网服务器组
virtual_server fwmark 200 {
    delay_loop 6
    lb_algo rr
    lb_kind DR
    protocol TCP
    
    real_server 192.168.1.20 443 {
        weight 1
        TCP_CHECK {
            connect_timeout 3
        }
    }
}

# 外网服务器组
virtual_server fwmark 300 {
    delay_loop 6
    lb_algo wlc
    lb_kind DR
    protocol TCP
    
    real_server 192.168.2.10 443 {
        weight 2
        TCP_CHECK {
            connect_timeout 3
        }
    }
}

什么是四层负载均衡

四层负载均衡是指在 OSI 模型第四层（传输层） 工作的负载均衡方式。第四层包含 TCP/UDP 协议，所以四层负载均衡的调度依据主要是：

• IP 地址（源 IP/目的 IP）
• 端口号（源端口/目的端口）
• TCP/UDP 会话信息

在这种模式下，负载均衡器并不关心 HTTP、HTTPS、MQTT 等应用层协议的具体内容，而是根据 五元组 (源 IP, 源端口, 目的 IP, 目的端口, 传输协议) 来分发流量。

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四层负载均衡的工作原理

假设有一台四层负载均衡器（LB），前面接收用户请求，后面挂着多台真实服务器（Real Server）：

1. 客户端发起连接：客户端向负载均衡器的 VIP（虚拟 IP）发起 TCP/UDP 请求。
2. 负载均衡器选择后端：LB 根据四层信息（IP+端口+协议），使用一定的调度算法（如轮询 Round Robin、最少连接 Least Connection、一致性哈希等）选中一个真实服务器。
3. 转发数据 ：LB 会把客户端的请求报文转发给选中的后端服务器。
   • 可能是 NAT 模式：对请求包头的目的 IP 和端口进行修改，再转发。
   • 可能是 DSR（直接路由模式）：只修改二层 MAC，不修改 IP。
   • 可能是 TProxy（透明模式）：保持源 IP 不变，直发后端。
4. 返回给客户端 ：
   • 如果是 NAT，返回流量需要经由 LB，由 LB 改写后返回客户端。
   • 如果是 DSR，后端服务器直接把结果返回给客户端（高性能，但需要配置 VIP）。

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