keepalived原理

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一．keepalived和其工作原理：

 

keepalived是一個類似於Layer2,4,7交換機制的軟件。是Linux集群管理中保證集群高可用的一個服務軟件，其功能是用來防止單點故障。

 

keepalived的工作原理：

         keepalived是基於VRRP協議實現的保證集群高可用的一個服務軟件，主要功能是實現真機的故障隔離和負載均衡器間的失敗切換，防止單點故障。在了解keepalived原理之前先了解一下VRRP協議。

 

VRRP協議：Virtual Route Redundancy Protocol虛擬路由冗余協議。是一種容錯協議，保證當主機的下一跳路由出現故障時，由另一台路由器來代替出現故障的路由器進行工作，從而保持網絡通信的連續性和可靠性。在介紹VRRP之前先介紹一些關於VRRP的相關術語：

 

虛擬路由器：由一個 Master 路由器和多個 Backup 路由器組成。主機將虛擬路由器當作默認網關。

VRID：虛擬路由器的標識。有相同 VRID 的一組路由器構成一個虛擬路由器。

Master 路由器：虛擬路由器中承擔報文轉發任務的路由器。

Backup 路由器： Master 路由器出現故障時，能夠代替 Master 路由器工作的路由器。

虛擬 IP 地址：虛擬路由器的 IP 地址。一個虛擬路由器可以擁有一個或多個IP 地址。

IP 地址擁有者：接口 IP 地址與虛擬 IP 地址相同的路由器被稱為 IP 地址擁有者。

虛擬 MAC 地址：一個虛擬路由器擁有一個虛擬 MAC 地址。虛擬 MAC 地址的格式為 00-00-5E-00-01-{VRID}。通常情況下，虛擬路由器回應 ARP 請求使用的是虛擬 MAC 地址，只有虛擬路由器做特殊配置的時候，才回應接口的真實 MAC 地址。

 

優先級： VRRP 根據優先級來確定虛擬路由器中每台路由器的地位。

非搶占方式：如果 Backup 路由器工作在非搶占方式下，則只要 Master 路由器沒有出現故障，Backup 路由器即使隨后被配置了更高的優先級也不會成為Master 路由器。

搶占方式：如果 Backup 路由器工作在搶占方式下，當它收到 VRRP 報文后，會將自己的優先級與通告報文中的優先級進行比較。如果自己的優先級比當前的 Master 路由器的優先級高，就會主動搶占成為 Master 路由器；否則，將保持 Backup 狀態。

 

虛擬路由示意圖：

              

 

 

      VRRP將局域網內的一組路由器划分在一起，形成一個VRRP備份組，它在功能上相當於一台路由器的功能，使用虛擬路由器號進行標識（VRID）。虛擬路由器有自己的虛擬IP地址和虛擬MAC地址，它的外在變現形式和實際的物理路由完全一樣。局域網內的主機將虛擬路由器的IP地址設置為默認網關，通過虛擬路由器與外部網絡進行通信。

 

      虛擬路由器是工作在實際的物理路由器之上的。它由多個實際的路由器組成，包括一個Master路由器和多個Backup路由器。 Master路由器正常工作時，局域網內的主機通過Master與外界通信。當Master路由器出現故障時， Backup路由器中的一台設備將成為新的Master路由器，接替轉發報文的工作。（路由器的高可用）

 

VRRP的工作工程：

(1) 虛擬路由器中的路由器根據優先級選舉出 Master。 Master 路由器通過發送免費 ARP 報文，將自己的虛擬 MAC 地址通知給與它連接的設備或者主機，從而承擔報文轉發任務；

(2) Master 路由器周期性發送 VRRP 報文，以公布其配置信息（優先級等）和工作狀況；

(3) 如果 Master 路由器出現故障，虛擬路由器中的 Backup 路由器將根據優先級重新選舉新的 Master；

(4) 虛擬路由器狀態切換時， Master 路由器由一台設備切換為另外一台設備，新的 Master 路由器只是簡單地發送一個攜帶虛擬路由器的 MAC 地址和虛擬 IP地址信息的ARP 報文，這樣就可以更新與它連接的主機或設備中的ARP 相關信息。網絡中的主機感知不到 Master 路由器已經切換為另外一台設備。

(5) Backup 路由器的優先級高於 Master 路由器時，由 Backup 路由器的工作方式（搶占方式和非搶占方式）決定是否重新選舉 Master。

VRRP優先級的取值范圍為0到255（數值越大表明優先級越高）

 

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keepalived的工作原理就是基於VRRP實現的，keepalived的體系結構圖如下：

             

 

在這個機構圖中，處於內核的IPVS和NETLINK，其中NETLINK是提供高級路由及其他相關的網絡功能，如果在負載均衡器上啟用iptables/netfilter，將會直接影響它的性能。對於圖中不同模塊功能的介紹如下：

 

         - VRRP Stack 負責負載均衡器之間的失敗切換FailOver；//LVS中負責DR調度器組的

 

         - Checkers 負責檢查調度器后端的Real server 或者 Upstream Server的健康狀況； // 檢查RS的狀態，決定是否將其剔除

   - WatchDog 負責監控checkers和VRRP進程的狀況；

   - IPVS wrapper 用來發送設定的規則到內核IPVS；

   - Netlink Reflector 用來設定VRRP的vip地址。// VIP也有‘人’管

 

keepalived運行時，會啟動3個進程，分別為：core(核心進程)，check和vrrp 

    - core：負責主進程的啟動，維護和全局配置文件的加載；

    - check：負責健康檢查

    - vrrp：用來實現vrrp協議

 

總結：在vrrp協議的基礎上實現了服務器主機的負載均衡，VRRP負責調度器之間的高可用。

 

Keepalived 配置文件介紹：

 

              在yum安裝好keepalived之后，keepalived會產生一個配置文件/etc/keepalived/keepalived.conf ，配置文件包含了三個段：

  全局定義段、VRRP實例定義段、虛擬服務器定義段。

 

1. global_defs {
2. notification_email { 指定keepalived在發生切換時需要發送email到的對象。
3. [e-mail]
4. }
5. notification_email_from [e-mail] #指定發件人
6. smtp_server smtp.163.com #指定smtp服務器地址
7. smtp_connect_timeout 3 #指定smtp連接超時時間
8. router_id LVS_DEVEL #運行keepalived的一個標識
9. }
10. vrrp_sync_group VG_1{ #監控多個網段的實例
11. group{
12. inside_network #實例名
13. outside_network }
14. notify_master /path/xx.sh #指定當切換到master時，執行的腳本
15. netify_backup /path/xx.sh #指定當切換到backup時，執行的腳本
16. notify_fault "path/xx.shVG_1" #故障時執行的腳本
17. notify /path/xx.sh #腳本所在目錄
18. smtp_alert #使用global_defs中提供的郵件地址和smtp服務器發送郵件通知}
19. #VRRP實例定義段
20. vrrp_instance VI_1 {
21. state MASTER #指定哪個為master，哪個為backup
22. interface eth0 #設置實例綁定的網卡
23. virtual_router_id 51 #VRID標記
24. priority 100 #優先級，高優先級的DR會搶占為master （默認為搶占模式）
25. advert_int 1 #檢查間隔，1秒
27. authentication { #設置認證
28. auth_type PASS #認證方式
29. auth_pass 1111 #認證字符串（使用 openssl rand -hex 6生成隨機字符串）
30. }
32. virtual_ipaddress { #設置VIP
33. <IPADDR>/<MASK> brd <IPADDR> dev <STRING>scope <SCOPE> label <LABEL>
34. 192.168.200.17/24 deveth1
35. 192.168.200.100/24 deveth2 label eth2:1
36. }
37. sorry_server 127.0.0.1 80 #web服務器全部失敗，可以指定Sorry web
38. }
40. virtual_server 192.168.200.100 443 {
41. delay_loop 6 #健康檢查時間間隔，單位秒
42. lb_algo rr #負載調度算法，支持的算法：rr|wrr|lc|wlc|lblc|sh|dh
43. lb_kind DR #LVS的類型：有NAT|DR|TUN
44. nat_mask255.255.255.0 #子網掩碼
45. persistence_timeout50 #會話保持時間，單位秒（可以適當延長時間以保持session）
46. protocol TCP #轉發協議類型，有TCP和UDP兩種
48.   real_server 192.168.201.100443 { #定義RS 服務
49. weight 1#權重
50. #inhibit_on_failure #當服務器健康檢查失效時，將weight設置為0不是直接從ipvs中刪除
51. #notify_up <STRING>|<QUOTED-STRING>#Server啟動時執行的腳本
52. #notify_down <STRING>|<QUOTED-STRING>#Server down時執行的腳本
54. #后端RS服務器的檢查 （HTTP_GET 和SSL_GET）：
55. SSL_GET {
56. url { #檢查url,可以指定多個，status_codeand digest
57. path /
58. digest ff20ad #或者status_code 200 ....
59. }
60. connect_timeout 3 #連接超時時間
61. nb_get_retry 3 #重連次數
62. delay_before_retry 3 #重連間隔時間
63. }
64. #也可以通過TCP_CHECK判斷RealServer的健康狀況：
65. }
66. }