虛擬IP技術-ip地址漂移技術

虛擬IP技術-ip地址漂移技術

虛擬IP

在 TCP/IP 的架構下，所有想上網的電腦，不論是用何種方式連上網路，都必須要有一個唯一的 IP-address。事實上IP地址是主機硬件地址的一種抽象，簡單的說，MAC地址是物理地址，IP地址是邏輯地址。

虛擬IP，就是一個未分配給真實主機的IP，也就是說對外提供服務器的主機除了有一個真實IP外還有一個虛IP，使用這兩個IP中的任意一個都可以連接到這台主機。

虛擬IP一般用作達到HA(High Availability)的目的,比如讓所有項目中數據庫鏈接一項配置的都是這個虛IP，當主服務器發生故障無法對外提供服務時，動態將這個虛IP切換到備用服務器。

虛擬IP原理

ARP是地址解析協議，它的作用很簡單，將一個IP地址轉換為MAC地址，然后給傳輸層使用。
每台主機中都有一個ARP高速緩存，存儲同一個網絡內的IP地址與MAC地址的對應關 系，以太網中的主機發送數據時會先從這個緩存中查詢目標IP對應的MAC地址，會向這個MAC地址發送數據。操作系統會自動維護這個緩存。

在Linux下可以使用arp命令操作ARP高速緩存。

比如存在物理機A(IP是192.168.192.54 )和物理機器B(IP是192.168.192.40)，A作為對外服務的主服務器(比如數據庫主庫)，B作為備份機器，兩台服務器之間的通信是通過 Heartbeat，即主服務器會定時的給備份服務器發送數據包，告知主服務器服務正常，當備份服務器在規定時間內沒有收到主服務器的 Heartbeat，就會認為主服務器宕機，則備份服務器就會升級為主服務器。假設物理機A的ARP緩存如下：

另外物理機器B(IP是192.168.192.40)的ARP緩存如下：

當機器B通過BeatHeart得知機器A對外服務質量低於預期的時候(比如發生故障，服務無響應)，會將自己的ARP緩存發送出去，讓路由器修改 路由表，告知虛擬地址應該指向我(物理機器B,192.168.192.40),這時候，外界再次訪問虛擬IP的時候，機器B會變成主服務器，而A降級為 備份服務器。這就完成了主從機器的自動切換，這一切對外界是透明的。

用LVS來分析過程

虛IP。何為虛IP那，就是一個未分配給真實主機的IP，也就是說對外提供數據庫服務器的主機除了有一個真實IP外還有一個虛IP，使用這兩個IP中的 任意一個都可以連接到這台主機，所有項目中數據庫鏈接一項配置的都是這個虛IP，當服務器發生故障無法對外提供服務時，動態將這個虛IP切換到備用主機。

開始我也不明白這是怎么實現的，以為是軟件動態改IP地址，其實不是這樣，其實現原理主要是靠TCP/IP的ARP協議。因為ip地址只是一個邏輯 地址，在以太網中MAC地址才是真正用來進行數據傳輸的物理地址，每台主機中都有一個ARP高速緩存，存儲同一個網絡內的IP地址

與MAC地址的對應關 系，以太網中的主機發送數據時會先從這個緩存中查詢目標IP對應的MAC地址，會向這個MAC地址發送數據。操作系統會自動維護這個緩存。這就是整個實現 的關鍵。

下邊就是我電腦上的arp緩存的內容。

  (192.168.1.219) at 00:21:5A:DB:68:E8 [ether] on bond0
  (192.168.1.217) at 00:21:5A:DB:68:E8 [ether] on bond0
  (192.168.1.218) at 00:21:5A:DB:7F:C2 [ether] on bond0

192.168.1.217、192.168.1.218是兩台真實的電腦，
192.168.1.217 （主）為對外提供數據庫服務的主機。
192.168.1.218 （備）為熱備的機器。
192.168.1.219為虛IP。

大家注意紅字部分，219、217的MAC地址是相同的。

再看看那217宕機后的arp緩存

  (192.168.1.219) at 00:21:5A:DB:7F:C2 [ether] on bond0
  (192.168.1.217) at 00:21:5A:DB:68:E8 [ether] on bond0
  (192.168.1.218) at 00:21:5A:DB:7F:C2 [ether] on bond0 

這就是奧妙所在。當218 發現217宕機后會向網絡發送一個ARP數據包，告訴所有主機192.168.1.219這個IP對應的MAC地址是00:21:5A:DB:7F:C2，這樣所有發送到219的數據包都會發送到mac地址為00:21:5A:DB:7F:C2的機器，也就是218的機器。

實例設置虛ip漂移

我們可以通過 Keepalived 來實現這個過程。 Keepalived 是一個基於 VRRP 協議（Virtual Router Redundancy Protocol，即虛擬路由冗余協議）來實現的LVS（負載均衡器）服務高可用方案，可以利用其來避免單點故障。

一個 LVS 服務會有2台服務器運行 Keepalived，一台為主服務器（MASTER），另一台為備份服務器（BACKUP），但是對外表現為一個虛擬IP，主服務器會發送特定的消息給備份服務器，當備份服務器收不到這個消息的時候，即主服務器宕機的時候，備份服務器就會接管虛擬IP，這時就需要根據 VRRP 的優先級來選舉一個 backup 當 master，保證路由器的高可用，繼續提供服務，從而保證了高可用性。

先來准備兩台機器，IP地址如下：

lc1: 172.24.8.101
lc7: 172.24.8.107

我們現在要實現添加一個虛IP：172.24.8.150，當 lc1 機器正常時，172.24.8.150 指向 lc1，當 lc1 出現故障時指向 lc7。

此時通過 ping 可以看到 172.24.8.150 是無法 ping 通的。

在這兩台機器上分別安裝 Keepalived

$ sudo yum install -y keepalived

配置 Keepalived

• lc1 的配置

$ cat keepalived.conf
  vrrp_instance VI_1 {
  state MASTER
  interface enp7s0f0
  virtual_router_id 51
  priority 101
  advert_int 1
  authentication {
  auth_type PASS
  auth_pass 123456
  }
  virtual_ipaddress {
  172.24.8.150
  }
}

• lc7 的配置　　

vrrp_instance VI_1 {
  state MASTER
  interface enp7s0f0
  virtual_router_id 51
  priority 100
  advert_int 1
  authentication {
  auth_type PASS
  auth_pass 123456
  }
  virtual_ipaddress {
  172.24.8.150
  }
}

• 啟動 lc1 和 lc7 上的 Keepalived 服務

sudo systemctl restart keepalived.service

• 將 Keepalived 加入開機啟動項

sudo systemctl enable keepalived.service

• 測試

  通過 ping 172.24.8.150 發現已經可以通了。
  　　

• 查看 lc1 的 IP信息

$ ip addr show enp7s0f0
2: enp7s0f0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc mq state UP qlen 1000
  link/ether 6c:92:bf:0d:09:47 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
  inet 172.24.8.101/24 brd 172.24.8.255 scope global enp7s0f0
  valid_lft forever preferred_lft forever
  inet 172.24.8.150/32 scope global enp7s0f0
  valid_lft forever preferred_lft forever
  inet6 fe80::6e92:bfff:fe0d:947/64 scope link
  valid_lft forever preferred_lft forever

其中可以看到 inet 172.24.8.150/32 scope global enp7s0f0，說明現在 lc1 是作為虛擬IP的 master來運行的。
　　

• 查看 lc7 的 IP信息

$ ip addr show enp7s0f0
2: enp7s0f0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc mq state UP qlen 1000
  link/ether 6c:92:bf:0d:21:49 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
  inet 172.24.8.107/24 brd 172.24.8.255 scope global enp7s0f0
  valid_lft forever preferred_lft forever
  inet6 fe80::6e92:bfff:fe0d:2149/64 scope link
  valid_lft forever preferred_lft forever

此時 lc7 中沒有虛擬IP 的信息。
　　

• 驗證 Failover

  我們手動停止 lc1 上的 Keepalived 服務：

sudo systemctl stop keepalived.service

此時 lc1 的 IP信息為：

$ ip addr show enp7s0f0
2: enp7s0f0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc mq state UP qlen 1000
  link/ether 6c:92:bf:0d:09:47 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
  inet 172.24.8.101/24 brd 172.24.8.255 scope global enp7s0f0
  valid_lft forever preferred_lft forever
  inet6 fe80::6e92:bfff:fe0d:947/64 scope link
  valid_lft forever preferred_lft forever

可以看到 lc1 已經不在有 虛擬IP 的信息了。
　　

• 查看 lc7 的 IP信息：

ip addr show enp7s0f0
2: enp7s0f0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc mq state UP qlen 1000
  link/ether 6c:92:bf:0d:21:49 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
  inet 172.24.8.107/24 brd 172.24.8.255 scope global enp7s0f0
  valid_lft forever preferred_lft forever
  inet 172.24.8.150/32 scope global enp7s0f0
  valid_lft forever preferred_lft forever
  inet6 fe80::6e92:bfff:fe0d:2149/64 scope link
  valid_lft forever preferred_lft forever

可以看到 lc7 的 IP信息中 已經有虛擬IP 172.24.8.150 的信息了。

此時如果再把 lc1 上的 Keepalived 啟動，可以看到 虛擬IP 又重新綁定到了 lc1 上。