一、核心概念与原理
1.1 核心组件拆解
| 组件 | 中文名称 | 核心作用 | 通俗理解 |
|---|---|---|---|
| Keepalived | 高可用热备工具 | 基于 VRRP 实现 VIP 漂移、节点健康检查、主备自动切换 | 集群的 "哨兵"，主节点挂了自动接管，主节点恢复后重新掌权 |
| LVS | Linux 虚拟服务器 | 内核级四层负载均衡，支持 DR/NAT/TUN 三种模式 | 流量的 "调度员"，把客户端请求分发给后端真实服务器 |
| Director | 调度器 | 运行 LVS+Keepalived，负责接收客户端请求并分发 | 流量入口的 "老大"，主调度器（MASTER）负责服务，备调度器（BACKUP）待命 |
| Real Server | 真实服务器 | 运行业务服务（如 Nginx/Web），处理实际请求 | 真正干活的 "打工人"，多台 RS 实现业务集群 |
| VIP | 虚拟 IP | 漂移 IP，客户端统一访问的入口 | 固定的 "访问地址"，在主备调度器间自动转移 |
1.2 核心原理：VRRP 协议与 LVS-DR 模式
（1）VRRP 协议（双机热备核心）
VRRP（虚拟路由冗余协议）是 Keepalived 实现高可用的底层协议，核心逻辑如下：
- 角色选举 ：主备调度器组成热备组，通过
priority（优先级）选举主节点（MASTER），优先级高的节点抢占 VIP； - 心跳检测：主节点每秒发送 VRRP 通告报文（心跳），备节点（BACKUP）持续监听；
- 故障切换：备节点未收到心跳则判定主节点故障，立即抢占 VIP 并接管服务；
- 故障恢复：主节点恢复后，默认会重新抢占 VIP（可配置非抢占模式）。
（2）LVS-DR 模式（高性能首选）
DR（直接路由）模式是 LVS 最常用的模式，核心特点是请求经 LVS 分发，响应直接返回客户端，性能拉满：
- 客户端访问 VIP，请求到达主调度器（LVS）；
- LVS 修改数据包的目标 MAC 地址为后端 RS 的 MAC，IP 不变（目标仍为 VIP）；
- RS 收到请求后，通过 lo 接口的 VIP 处理业务；
- RS 直接将响应返回给客户端（源 IP 为 VIP），无需经过 LVS。
1.3 实验环境规划
本次实验共 4 台服务器，基于 OpenEuler24 搭建，IP 规划如下：
| 角色 | 主机名 | IP 地址 | 核心服务 |
|---|---|---|---|
| 主调度器（MASTER） | lb01 | 192.168.10.101 | Keepalived+LVS+ipvsadm |
| 备调度器（BACKUP） | lb02 | 192.168.10.102 | Keepalived+LVS+ipvsadm |
| 真实服务器 1（RS1） | web01 | 192.168.10.103 | Nginx+Web 服务 |
| 真实服务器 2（RS2） | web02 | 192.168.10.104 | Nginx+Web 服务 |
| 虚拟 IP（VIP） | - | 192.168.10.100 | 客户端统一访问入口 |
二、实验步骤一：Keepalived 双机热备基础配置
2.1 所有节点通用初始化（必做）
（1）关闭防火墙与 SELinux（测试环境）
生产环境需开放对应端口，测试环境直接关闭简化配置：
bash
运行
# 关闭防火墙并禁用开机自启
systemctl stop firewalld && systemctl disable firewalld
# 临时关闭SELinux
setenforce 0
# 永久关闭SELinux
sed -i "s/SELINUX=enforcing/SELINUX=disabled/g" /etc/selinux/config（2）安装核心软件
主备调度器需安装 Keepalived（高可用）、ipvsadm（LVS 管理工具）；RS 节点安装 Nginx（Web 服务）：
bash
运行
# 主备调度器（lb01/lb02）执行
yum install -y keepalived ipvsadm
# 真实服务器（web01/web02）执行
yum install -y nginx（3）设置服务开机自启
bash
运行
# 主备调度器
systemctl enable keepalived
# RS节点
systemctl enable nginx2.2 主调度器（lb01）Keepalived 配置
（1）进入配置目录并备份模板
Keepalived 主配置文件为/etc/keepalived/keepalived.conf，先备份模板避免误操作：
bash
运行
cd /etc/keepalived/
cp keepalived.conf.sample keepalived.conf
# 编辑配置文件
vi keepalived.conf（2）完整配置内容
bash
运行
! Configuration File for keepalived
# 全局配置段
global_defs {
router_id LB01 # 服务器唯一标识，主备节点需不同
}
# VRRP热备实例配置
vrrp_instance VI_1 {
state MASTER # 角色为MASTER（主调度器）
interface ens33 # 承载VIP的物理网卡（根据实际环境修改）
virtual_router_id 1 # 虚拟路由ID，主备节点必须一致
priority 100 # 优先级，数值越大越优先（主备需不同）
advert_int 1 # 心跳间隔（秒），默认1秒
# 认证配置，防止非法节点抢占
authentication {
auth_type PASS # 密码认证
auth_pass 123456# 认证密码，主备节点必须一致
}
# 虚拟IP（VIP）配置，可多个
virtual_ipaddress {
192.168.10.100/24
}
}2.3 备调度器（lb02）Keepalived 配置
备节点配置与主节点基本一致，仅修改 3 个关键参数：router_id、state、priority。
（1）进入配置目录并备份模板
bash
运行
cd /etc/keepalived/
cp keepalived.conf.sample keepalived.conf
vi keepalived.conf（2）完整配置内容
bash
运行
! Configuration File for keepalived
global_defs {
router_id LB02 # 与主节点不同的标识
}
vrrp_instance VI_1 {
state BACKUP # 角色为BACKUP（备调度器）
interface ens33 # 与主节点一致的物理网卡
virtual_router_id 1 # 与主节点一致的虚拟路由ID
priority 99 # 优先级低于主节点（100>99）
advert_int 1 # 与主节点一致的心跳间隔
authentication {
auth_type PASS
auth_pass 123456 # 与主节点一致的认证密码
}
virtual_ipaddress {
192.168.10.100/24
}
}2.4 启动 Keepalived 并验证双机热备
（1）启动服务（主备节点均执行）
bash
运行
systemctl start keepalived（2）验证 VIP 绑定（主节点 lb01）
执行ip addr show dev ens33，若输出中包含192.168.10.100/24，说明 VIP 已绑定主节点：
bash
运行
[root@lb01 ~]# ip addr show dev ens33
2: ens33: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast state UP qlen 1000
link/ether 00:0c:29:93:80:fb brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
inet 192.168.10.101/24 brd 192.168.10.255 scope global ens33
inet 192.168.10.100/32 scope global ens33 # VIP绑定成功
valid_lft forever preferred_lft forever（3）验证备节点（lb02）
备节点执行ip addr show dev ens33，无 VIP 绑定，处于监听状态：
bash
运行
[root@lb02 ~]# ip addr show dev ens33
2: ens33: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast state UP qlen 1000
link/ether 00:0c:29:93:80:fb brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
inet 192.168.10.102/24 brd 192.168.10.255 scope global ens33
# 无VIP绑定，正常（4）故障切换测试（核心验证）
模拟主节点故障，关闭 lb01 的 Keepalived 服务，观察 VIP 是否漂移到 lb02：
bash
运行
# 主节点lb01执行
systemctl stop keepalived
# 主节点验证：VIP消失
ip addr show dev ens33 | grep 192.168.10.100
# 备节点lb02验证：VIP绑定
ip addr show dev ens33 | grep 192.168.10.100预期结果：lb02 成功绑定 VIP，双机热备生效；恢复 lb01 的 Keepalived 服务，VIP 自动切回主节点（默认抢占模式）。
2.5 补充知识点：非抢占模式配置
默认情况下，主节点恢复后会抢占 VIP，若需避免频繁切换，可配置非抢占模式 （主备节点均添加nopreempt）：
bash
运行
vrrp_instance VI_1 {
state BACKUP # 备节点保持BACKUP
interface ens33
virtual_router_id 1
priority 99
advert_int 1
nopreempt # 开启非抢占模式
authentication {
auth_type PASS
auth_pass 123456
}
virtual_ipaddress {
192.168.10.100/24
}
}说明：非抢占模式下，主节点恢复后不会主动抢占 VIP，需手动切换或等待备节点故障。
三、实验步骤二：LVS+Keepalived DR 模式高可用集群部署
3.1 真实服务器（RS）配置（web01/web02）
RS 节点需绑定 VIP 到 lo 接口，并配置 ARP 策略（避免 RS 响应非本地 ARP 请求，防止 IP 冲突）。
（1）临时绑定 VIP 到 lo 接口
bash
运行
# 临时绑定（重启失效）
ifconfig lo:0 192.168.10.100 netmask 255.255.255.255 broadcast 192.168.10.100
# 验证
ifconfig lo:0 | grep 192.168.10.100（2）配置 ARP 内核参数（永久生效）
bash
运行
# 配置lo接口ARP参数
echo "1" >/proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_ignore
echo "2" >/proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_announce
# 配置所有接口ARP参数
echo "1" >/proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_ignore
echo "2" >/proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_announce
# 永久生效（写入配置文件）
cat >> /etc/sysctl.conf << EOF
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
EOF
# 加载配置
sysctl -p（3）启动 Nginx 并配置测试页面
bash
运行
# 启动Nginx
systemctl start nginx
# web01配置页面（标识RS1）
echo "Web01 - Real Server 1" >/usr/share/nginx/html/index.html
# web02配置页面（标识RS2）
echo "Web02 - Real Server 2" >/usr/share/nginx/html/index.html
# 验证RS本地访问
curl http://192.168.10.103 # web01
curl http://192.168.10.104 # web023.2 主备调度器（LVS）配置（lb01/lb02）
调度器需配置 LVS-DR 规则，结合 Keepalived 实现负载均衡与高可用。
（1）加载 LVS 内核模块
bash
运行
modprobe ip_vs
# 验证模块加载
lsmod | grep ip_vs（2）主调度器（lb01）LVS+Keepalived 配置
修改/etc/keepalived/keepalived.conf，添加virtual_server段配置 LVS 规则：
bash
运行
! Configuration File for keepalived
global_defs {
router_id LB01
}
vrrp_instance VI_1 {
state MASTER
interface ens33
virtual_router_id 1
priority 100
advert_int 1
authentication {
auth_type PASS
auth_pass 123456
}
virtual_ipaddress {
192.168.10.100/24
}
}
# LVS虚拟服务器配置（DR模式）
virtual_server 192.168.10.100 80 {
delay_loop 2 # 健康检查间隔（秒）
lb_algo wrr # 调度算法：加权轮询（WRR）
lb_kind DR # 转发模式：直接路由（DR）
persistence_timeout 50 # 会话保持时间（秒）
protocol TCP # 协议：TCP
# 真实服务器1配置
real_server 192.168.10.103 80 {
weight 1 # 权重
TCP_CHECK { # TCP健康检查
connect_timeout 10 # 连接超时时间（秒）
nb_get_retry 3 # 重试次数
delay_before_retry 3 # 重试间隔（秒）
connect_port 80 # 检测端口
}
}
# 真实服务器2配置
real_server 192.168.10.104 80 {
weight 1
TCP_CHECK {
connect_timeout 10
nb_get_retry 3
delay_before_retry 3
connect_port 80
}
}
}（3）备调度器（lb02）LVS+Keepalived 配置
与主节点配置一致，仅修改router_id、state、priority：
bash
运行
! Configuration File for keepalived
global_defs {
router_id LB02
}
vrrp_instance VI_1 {
state BACKUP
interface ens33
virtual_router_id 1
priority 99
advert_int 1
authentication {
auth_type PASS
auth_pass 123456
}
virtual_ipaddress {
192.168.10.100/24
}
}
virtual_server| 角色 | IP 地址 | 服务 |
|---|---|---|
| Master（主调度器） | 192.168.10.10 | Keepalived + LVS |
| Backup（备调度器） | 192.168.10.11 | Keepalived + LVS |
| Real Server1（Web1） | 192.168.10.12 | Nginx |
| Real Server2（Web2） | 192.168.10.13 | Nginx |
| VIP（虚拟 IP） | 192.168.10.100 | 对外统一入口 |
2.2 系统初始化（所有机器都执行）
bash
运行
# 关闭防火墙
systemctl stop firewalld
systemctl disable firewalld
# 关闭SELinux
setenforce 0
sed -i 's/SELINUX=enforcing/SELINUX=disabled/' /etc/selinux/config
# 安装依赖
yum install -y wget net-tools ipvsadm keepalived nginx三、实验一：Keepalived 双机热备配置
3.1 Master 主节点配置（192.168.10.10）
编辑配置文件：
bash
运行
vi /etc/keepalived/keepalived.conf内容如下：
bash
运行
global_defs {
router_id LVS_MASTER
}
vrrp_instance VI_1 {
state MASTER
interface eth0
virtual_router_id 51
priority 150
advert_int 1
authentication {
auth_type PASS
auth_pass 1111
}
virtual_ipaddress {
192.168.10.100/24
}
}3.2 Backup 备节点配置（192.168.10.11）
bash
运行
vi /etc/keepalived/keepalived.conf内容如下：
bash
运行
global_defs {
router_id LVS_BACKUP
}
vrrp_instance VI_1 {
state BACKUP
interface eth0
virtual_router_id 51
priority 100
advert_int 1
authentication {
auth_type PASS
auth_pass 1111
}
virtual_ipaddress {
192.168.10.100/24
}
}3.3 启动服务
bash
运行
systemctl start keepalived
systemctl enable keepalived3.4 查看 VIP 是否绑定成功
Master 上执行：
bash
运行
ip addr能看到 192.168.10.100 说明成功。
3.5 故障切换测试
- 停掉 Master 的 keepalived：
bash
运行
systemctl stop keepalived- 在 Backup 上查看：
bash
运行
ip addrVIP 会自动漂移到 Backup，实验一完成。
四、实验二：LVS-DR + Keepalived 高可用集群
4.1 Real Server 配置（两台 Web 都执行）
4.1.1 在 lo 网卡绑定 VIP
bash
运行
ifconfig lo:0 192.168.10.100 netmask 255.255.255.255 up4.1.2 抑制 ARP 响应（关键步骤）
bash
运行
echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_ignore
echo 2 > /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_announce
echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_ignore
echo 2 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_announce永久生效：
bash
运行
vi /etc/sysctl.conf添加：
plaintext
net.ipv4.conf.all.arp_ignore = 1
net.ipv4.conf.all.arp_announce = 2
net.ipv4.conf.lo.arp_ignore = 1
net.ipv4.conf.lo.arp_announce = 2执行：
bash
运行
sysctl -p4.1.3 启动 Nginx 并设置测试页面
bash
运行
systemctl start nginxWeb1：
bash
运行
echo "RS1 - 192.168.10.12" > /usr/share/nginx/html/index.htmlWeb2：
bash
运行
echo "RS2 - 192.168.10.13" > /usr/share/nginx/html/index.html4.2 Master 调度器完整配置（LVS+Keepalived）
bash
运行
vi /etc/keepalived/keepalived.conf完整配置：
bash
运行
global_defs {
router_id LVS_MASTER
}
vrrp_instance VI_1 {
state MASTER
interface eth0
virtual_router_id 51
priority 150
advert_int 1
authentication {
auth_type PASS
auth_pass 1111
}
virtual_ipaddress {
192.168.10.100/24
}
}
virtual_server 192.168.10.100 80 {
delay_loop 6
lb_algo rr
lb_kind DR
persistence_timeout 0
protocol TCP
real_server 192.168.10.12 80 {
weight 1
TCP_CHECK {
connect_timeout 3
}
}
real_server 192.168.10.13 80 {
weight 1
TCP_CHECK {
connect_timeout 3
}
}
}4.3 Backup 调度器配置
只需要修改：
- state BACKUP
- priority 100其他 LVS 部分完全一样。
4.4 重启 Keepalived 生效
bash
运行
systemctl restart keepalived4.5 查看 LVS 规则
bash
运行
ipvsadm -Ln能看到 VIP 和两台 RS，说明配置成功。
五、测试验证
5.1 访问 VIP
在浏览器或 curl 访问：
plaintext
http://192.168.10.100不断刷新，会轮流出现：
- RS1 - 192.168.10.12
- RS2 - 192.168.10.13
负载均衡生效。
5.2 主调度器故障测试
关闭 Master：
bash
运行
systemctl stop keepalived再次访问 VIP，仍然可以打开网页，说明 自动切换成功。
5.3 后端 RS 故障测试
关掉 Web1 的 Nginx：
bash
运行
systemctl stop nginx访问 VIP，只会出现 Web2，说明 健康检查生效。
六、补充知识点
6.1 Keepalived 核心作用
- 实现 VRRP 协议，做双机热备
- 自动检测节点故障
- 自动漂移 VIP
- 可以配置脚本实现服务监控
6.2 LVS 三种模式
- NAT 模式：请求和回包都走 LVS，性能一般
- TUN 模式：IP 隧道，跨网段
- DR 模式 ：直接路由，生产最常用，性能最高
6.3 DR 模式为什么要抑制 ARP？
因为 RS 也配置了 VIP，如果不抑制 ARP，客户端会直接找到 RS，不会走 LVS 调度器。
6.4 LVS 调度算法
- rr：轮询
- wrr：加权轮询
- sh：源地址哈希（会话保持）
- dh：目标地址哈希
- lblc：基于局部性的最少连接
6.5 VRRP 工作原理
- 多台设备组成一个虚拟路由
- 优先级高的成为 Master
- Master 发广播心跳
- Backup 收不到心跳则认为 Master 宕机
- 优先级最高的 Backup 升级为新 Master
6.6 生产环境注意事项
- 防火墙必须放行 VRRP 协议（协议号 112）
- 不要在虚拟机随便漂移网卡
- 生产建议使用
nopreempt非抢占模式 - 健康检查要配置合理，避免误切换
- 监控脚本可以扩展监控 Nginx、MySQL、业务端口