Keepalived + NGINX 高可用負載平衡架構實作手冊

 

一：方案概述

• 目標：建構一個具備自動故障切換能力的 L4/L7 負載平衡系統
• 工具：
  • NGINX Open Source：提供 HTTP/TCP 負載平衡能力
  • Keepalived：利用 VRRP 協定達成主備節點的自動切換
• 適用情境：
  • 中小型內網服務
  • 私有雲、API Gateway 前端
  • 無需購買 F5 等昂貴設備但又需穩定性的場域

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二：系統架構圖

• 包含：
  • 用戶端 → VIP
  • 主節點（Primary NGINX + Keepalived）
  • 備節點（Backup NGINX + Keepalived）
  • 後端伺服器群
• VIP（虛擬 IP）會在主機與備機之間切換，提供單一進入點

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三：Keepalived 自動切換的原理說明

• 基於 VRRP 協定

  • 主節點定時透過 LAN 廣播「我還在」的訊號（advertisement）
  • 備節點監聽這些訊號

• 當主節點：

  • 拔掉網路線

  • NGINX 異常並被 track_script 偵測

  • 關機、系統異常

  • 停止 keepalived

    → 備節點會在 3 秒內自動判斷主節點已失效，搶下 VIP

• 備節點會發送 gratuitous ARP 更新網段，客戶端會自動連到新的 VIP 位置

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四：完整安裝與設定流程

✅ 1. 安裝元件（兩台都要）

sudo apt update
sudo apt install -y nginx keepalived

✅ 2. NGINX 設定範例（兩台相同）

upstream backend {
    server 192.168.0.21;
    server 192.168.0.22;
}
server {
    listen 80;
    location / {
        proxy_pass <http://backend>;
    }
}

✅ 3. Keepalived 設定（主 + 備）

主機：/etc/keepalived/keepalived.conf

vrrp_instance VI_1 {
    state MASTER
    interface eth0
    virtual_router_id 51
    priority 100
    advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass 1234
    }
    virtual_ipaddress {
        192.168.0.100
    }
    track_script {
        chk_nginx
    }
}

備機：將 state 改為 BACKUP、priority 調低，例如 90

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五：NGINX 健康監控腳本（防止 NGINX 掛掉仍持有 VIP）

/etc/keepalived/check_nginx.sh

#!/bin/bash
curl -sf <http://localhost/> > /dev/null || exit 1
exit 0

加權腳本配置（加入於主備機 keepalived.conf）

vrrp_script chk_nginx {
    script "/etc/keepalived/check_nginx.sh"
    interval 2
    weight -20
    fall 2
    rise 1
}

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六：故障模擬與驗證

• 拔掉主機網路線 → VIP 轉移至備機
• 停止 nginx → VIP 被搶走
• 恢復主機 → VIP 是否搶回依 nopreempt 設定而定
• 使用 ip a 確認 VIP 是否切換
• 使用 journalctl -u keepalived 查看日誌紀錄

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七：延伸應用與建議