本文详细介绍了基于LVS DR模式与Keepalived的高可用负载均衡架构。核心原理包括VIP流量分发、ARP抑制机制和VRRP协议构建毫秒级故障转移。

一、核心原理与技术理论

LVS架构解析：

1. DR模式工作流程：

   • 客户端请求发送到VIP

   • Director通过IPVS进行流量分发

   • 真实服务器直接响应客户端（不经过Director）

   • ARP抑制确保真实服务器不暴露MAC地址

2. 关键组件协作：

Keepalived高可用机制：

• VRRP协议实现主备心跳检测（默认端口112）

• 优先级机制（priority值决定主备角色）

• 毫秒级故障转移（VIP漂移+IPVS服务接管）

二、背景需求与实现目标

行业痛点：

1. 单点故障导致服务中断

2. 硬件负载均衡设备成本高昂

3. 突发流量冲击单机性能瓶颈

解决方案优势：

• 零成本：开源软件构建企业级高可用

• 高性能：DR模式吞吐量可达10Gbps+

• 无缝切换：故障转移用户无感知

• 灵活扩展：支持动态添加后端服务器

三、详细部署步骤

1. 环境准备

角色	要求
Director节点	2台（主备配置相同）
Real Server	≥2台（部署相同服务）
VIP	与物理IP同网段

2. Director节点配置

1. 安装必要软件：

   yum install keepalived ipvsadm -y

2. 配置Keepalived：

   1. 编辑配置文件：vi /etc/keepalived/keepalived.conf

   2. 主节点配置：

      vrrp_instance VI_1 {
      state MASTER
      interface ens33
      virtual_router_id 51
      priority 150
      advert_int 1
      authentication {
      auth_type PASS
      auth_pass 1111
      }
      virtual_ipaddress {
      192.168.1.100  # VIP地址
      }
      }

      备份节点配置（差异部分）：

      state BACKUP
      priority 100

3. 配置LVS服务：

   virtual_server 192.168.1.100 80 {
   delay_loop 3
   lb_algo rr
   lb_kind DR
   protocol TCP
   real_server 192.168.1.20 80 {
   weight 1
   TCP_CHECK {
   connect_timeout 3
   nb_get_retry 3
   }
   }
   real_server 192.168.1.21 80 {
   weight 1
   TCP_CHECK {
   connect_timeout 3
   nb_get_retry 3
   }
   }
   }

4. 启动服务：

   systemctl start keepalived
   systemctl enable keepalived

3. 真实服务器配置

1. 配置ARP抑制：

   1. 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

2. 绑定VIP到本地回环：

   1. ifconfig lo:0 192.168.1.100 netmask 255.255.255.255 up

3. 添加路由记录：

   1. route add -host 192.168.1.100 dev lo:0

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四、典型问题排查指南

问题1：VIP无法访问

排查步骤：

1. 检查VIP绑定状态：

   1. ip addr show ens33

2. 验证防火墙设置：

   1. firewall-cmd --list-ports

3. 检查真实服务器ARP抑制：

   1. sysctl -a | grep arp_ignore

问题2：主备切换失败

解决方案：

1. 检查VRRP通信：

   1. tcpdump -i ens33 vrrp

2. 确认配置一致性：

   1. virtual_router_id值

   2. 认证密码

   3. 网卡名称

问题3：真实服务器状态异常

处理流程：

1. 手动测试服务连通性：

   1. curl -I http://真实服务器IP

2. 检查健康检查配置：

   1. connect_timeout值

   2. nb_get_retry重试次数

   3. 端口设置是否正确

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五、实践总结与优化建议

核心价值验证：

• 支撑10万+QPS高并发场景

• 故障切换时间<1秒

• 硬件成本节约90%+

最佳实践总结：

1. 调度算法选择：

   • 小规模集群：轮询（rr）

   • 异构服务器：加权最小连接（wlc）

   • 会话保持：源地址哈希（sh）

2. 安全加固措施：

   • vrrp_strict  # 启用VRRP安全模式
     enable_script_security

3. 监控方案：

   • 实时流量统计：ipvsadm -Ln --stats

   • 存活状态检测：systemctl status keepalived

   • Prometheus监控集成

架构演进建议：

1. 容器化部署：将LVS+Keepalived打包为Docker镜像

2. 多云部署：跨云厂商实现异地高可用

3. 自动化扩缩容：根据流量自动增减Real Server

实战经验：
在电商大促场景中，通过以下优化实现50万QPS：

1. 调度算法从rr改为wlc

2. 增加健康检查频率：delay_loop 1

3. 开启内核参数：net.ipv4.vs.conn_reuse_mode=0

最终效果验证：

[root@director ~]# ipvsadm -Ln
IP Virtual Server version 1.2.1
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
-> RemoteAddress:Port           Forward Weight ActiveConn InActConn
TCP  192.168.1.100:80 wlc
-> 192.168.1.20:80             Route   3      1256       8742
-> 192.168.1.21:80             Route   2      942        6218