文章大綱
前言
VRRP介紹
Keepalived詳解
前言
Keepalived 是一個(gè)基于VRRP協(xié)議來實(shí)現(xiàn)的LVS服務(wù)高可用方案，可以利用其來避免單點(diǎn)故障。我們都知道，在一個(gè)LVS集群中，雖然LVS能夠?qū)蛻舳说恼?qǐng)求基于IP進(jìn)行調(diào)度，但是LVS自身并不能提供高可靠性，即不能進(jìn)行容錯(cuò)。并且LVS只能將客戶端的服務(wù)基于某種調(diào)度算法調(diào)度至后端服務(wù)器進(jìn)行處理，卻不能檢查后端服務(wù)器的狀態(tài)，所以我們需要一個(gè)工具能夠?qū)崿F(xiàn)這些功能，而keepalived剛好能夠提供這些功能，在keepalived與LVS配合組成高可用集群中（HAC），至少需要2臺(tái)服務(wù)器運(yùn)行Keepalived，一臺(tái)為主服務(wù)器（MASTER），一臺(tái)為備份服務(wù)器（BACKUP），但是對(duì)外表現(xiàn)為一個(gè)虛擬IP（即LVS中的VIP），主服務(wù)器會(huì)發(fā)送特定的消息給備份服務(wù)器，當(dāng)備份服務(wù)器收不到這個(gè)消息的時(shí)候，即主服務(wù)器宕機(jī)的時(shí)候， 備份服務(wù)器就會(huì)接管虛擬IP，繼續(xù)提供服務(wù)，從而保證了高可用性。Keepalived是VRRP的完美實(shí)現(xiàn)，因此在介紹keepalived之前，先介紹一下VRRP的原理。
VRRP介紹
1 VRRP概念
VRRP是英文”Virtual Router Redundancy Protocol”的縮寫，即虛擬路由冗余協(xié)議，他是一種容錯(cuò)協(xié)議，它保證當(dāng)主機(jī)的下一跳路由器出現(xiàn)故障時(shí)，由另一臺(tái)路由器來代替出現(xiàn)故障的路由器進(jìn)行工作，從而保持網(wǎng)絡(luò)通信的連續(xù)性和可靠性。VRRP具有如下優(yōu)點(diǎn)：
簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)管理。在具有多播或廣播能力的局域網(wǎng)（如以太網(wǎng)）中，借助VRRP 能在某臺(tái)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)仍然提供高可靠的缺省鏈路，有效避免單一鏈路發(fā)生故障后網(wǎng)絡(luò)中斷的問題，而無需修改動(dòng)態(tài)路由協(xié)議、路由發(fā)現(xiàn)協(xié)議等配置信息，也無需修改主機(jī)的默認(rèn)網(wǎng)關(guān)配置。
適應(yīng)性強(qiáng)。VRRP 報(bào)文封裝在 IP 報(bào)文中，支持各種上層協(xié)議。
網(wǎng)絡(luò)開銷小。VRRP 只定義了一種報(bào)文——VRRP 通告報(bào)文，并且只有處于Master 狀態(tài)的路由器可以發(fā)送 VRRP 報(bào)文。
2 VRRP工作過程
1) 虛擬路由器中的路由器根據(jù)優(yōu)先級(jí)選舉出 Master。Master 路由器通過發(fā)送免費(fèi) ARP 報(bào)文，將自己的虛擬 MAC 地址通知給與它連接的設(shè)備或者主機(jī)，從而承擔(dān)報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)任務(wù)；
2) Master 路由器周期性發(fā)送 VRRP 報(bào)文，以公布其配置信息（優(yōu)先級(jí)等）和工作狀況；
3) 如果 Master 路由器出現(xiàn)故障，虛擬路由器中的 Backup 路由器將根據(jù)優(yōu)先級(jí)重新選舉新的 Master；
4) 虛擬路由器狀態(tài)切換時(shí)，Master 路由器由一臺(tái)設(shè)備切換為另外一臺(tái)設(shè)備，新的 Master路由器只是簡(jiǎn)單地發(fā)送一個(gè)攜帶虛擬路由器的 MAC 地址和虛擬 IP地址信息的免費(fèi) ARP報(bào)文，這樣就可以更新與它連接的主機(jī)或設(shè)備中的ARP 相關(guān)信息。網(wǎng)絡(luò)中的主機(jī)感知不到Master 路由器已經(jīng)切換為另外一臺(tái)設(shè)備。
5) Backup 路由器的優(yōu)先級(jí)高于 Master 路由器時(shí)，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。
終上所述，為了保證Master路由器和Backup路由器能夠協(xié)調(diào)工作，VRRP需要實(shí)現(xiàn)以下功能：
Master 路由器的選舉；
Master 路由器狀態(tài)的通告；
同時(shí)，為了提高安全性，VRRP 還提供了認(rèn)證功能；
3 MSTER選舉方式
VRRP根據(jù)優(yōu)先級(jí)來確定虛擬路由器中每臺(tái)路由器的角色（Master路由器或Backup路由器）。優(yōu)先級(jí)越高，則越有可能成為Master路由器。初始創(chuàng)建的路由器工作在Backup狀態(tài)，通過VRRP報(bào)文的交互獲知虛擬路由器中其他成員的優(yōu)先級(jí)：
如果 VRRP 報(bào)文中 Master 路由器的優(yōu)先級(jí)高于自己的優(yōu)先級(jí)，則路由器保持在 Backup 狀態(tài)；
如果 VRRP 報(bào)文中 Master 路由器的優(yōu)先級(jí)低于自己的優(yōu)先級(jí)，采用搶占工作方式的路由器將搶占成為 Master 狀態(tài)，周期性地發(fā)送 VRRP 報(bào)文，采用非搶占工作方式的路由器仍保持 Backup 狀態(tài)；
如果在一定時(shí)間內(nèi)沒有收到 VRRP 報(bào)文，則路由器切換為 Master
VRRP優(yōu)先級(jí)的取值范圍為0到255（數(shù)值越大表明優(yōu)先級(jí)越高），可配置的范圍是1到254，優(yōu)先級(jí)0為系統(tǒng)保留給路由器放棄Master位置時(shí)候使用，255則是系統(tǒng)保留給IP地址擁有者使用。當(dāng)路由器為IP地址擁有者時(shí)，其優(yōu)先級(jí)始終為255。因此，當(dāng)虛擬路由器內(nèi)存在IP地址擁有者時(shí)，只要其工作正常，則為Master路由器。
4 VRRP的三種認(rèn)證方式
無認(rèn)證：不進(jìn)行任何 VRRP 報(bào)文的合法性認(rèn)證，不提供安全性保障。
簡(jiǎn)單字符認(rèn)證：在一個(gè)有可能受到安全威脅的網(wǎng)絡(luò)中，可以將認(rèn)證方式設(shè)置為簡(jiǎn)單字符認(rèn)證。發(fā)送 VRRP 報(bào)文的路由器將認(rèn)證字填入到 VRRP 報(bào)文中，而收到 VRRP 報(bào)文的路由器會(huì)將收到的 VRRP 報(bào)文中的認(rèn)證字和本地配置的認(rèn)證字進(jìn)行比較。如果認(rèn)證字相同，則認(rèn)為接收到的報(bào)文是合法的 VRRP 報(bào)文；否則認(rèn)為接收到的報(bào)文是一個(gè)非法報(bào)文。
MD5 認(rèn)證：在一個(gè)非常不安全的網(wǎng)絡(luò)中，可以將認(rèn)證方式設(shè)置為 MD5 認(rèn)證。發(fā)送 VRRP 報(bào)文的路由器利用認(rèn)證字和 MD5 算法對(duì) VRRP 報(bào)文進(jìn)行加密，加密后的報(bào)文保存在 Authentication Header（認(rèn)證頭）中。收到 VRRP報(bào)文的路由器會(huì)利用認(rèn)證字解密報(bào)文，檢查該報(bào)文的合法性。
Keepalived
1 keepalived工作原理
Keepalived是基于vrrp的原理開發(fā)的可實(shí)現(xiàn)高可用的服務(wù)軟件，并且就有health-check功能，可以使用它提供雙機(jī)浮動(dòng)的vip（vrrp虛擬路由功能），這樣可以簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)一個(gè)雙機(jī)熱備高可用功能；keepalived在VRRP虛擬路由冗余協(xié)議為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)高可用，也可以認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)路由器高可用的協(xié)議，即將N臺(tái)提供相同功能的路由器組成一個(gè)路由器組，這個(gè)組里面有一個(gè)master和多個(gè)backup，master上面有一個(gè)對(duì)外提供服務(wù)的vip（該路由器所在局域網(wǎng)內(nèi)其他機(jī)器的默認(rèn)路由為該vip），master會(huì)發(fā)組播，當(dāng)backup收不到VRRP包時(shí)就認(rèn)為master宕掉了，這時(shí)就需要根據(jù)VRRP的優(yōu)先級(jí)來選舉一個(gè)backup當(dāng)master。這樣的話就可以保證路由器的高可用了。下面是官方給出的KeepAlived組件圖
由上圖可以看出，keepalived也是模塊化設(shè)計(jì)，不同模塊實(shí)現(xiàn)不同的功能，它主要有三個(gè)模塊，分別是core、check和VRRP，其中：
core模塊：為keepalived的核心組件，負(fù)責(zé)主進(jìn)程的啟動(dòng)、維護(hù)以及全局配置文件的加載和解析；
check模塊：負(fù)責(zé)健康檢查，包括常見的各種檢查方式；
VRRP模塊：是來實(shí)現(xiàn)VRRP協(xié)議的。
system call：系統(tǒng)調(diào)用
watch dog：監(jiān)控check和vrrp進(jìn)程的管理進(jìn)程，他是用來對(duì)check和vrrp進(jìn)程實(shí)現(xiàn)高可用的。
checkers：負(fù)責(zé)檢測(cè)器子進(jìn)程的健康狀態(tài)，當(dāng)其檢測(cè)到master上的服務(wù)不可用時(shí)則通告vrrp將其轉(zhuǎn)移至backup服務(wù)器上。
2 keepalived作用
Keepalived主要用作RealServer的健康狀態(tài)檢查以及LoadBalance主機(jī)和BackUP主機(jī)之間failover的實(shí)現(xiàn)。Keepalived的作用是檢測(cè)web服務(wù)器的狀態(tài)，如果有一臺(tái)web服務(wù)器死機(jī)，或工作出現(xiàn)故障，Keepalived將檢測(cè)到，并將有故障的web服務(wù)器從系統(tǒng)中剔除，當(dāng)web服務(wù)器工作正常后Keepalived自動(dòng)將web服務(wù)器加入到服務(wù)器群中，這些工作全部自動(dòng)完成，不需要人工干涉，需要人工做的只是修復(fù)故障的web服務(wù)器。
3 keepalived配置文件
Keepalived是一個(gè)相對(duì)輕量級(jí)的服務(wù)，而且與LVS配合的非常好，它只有一個(gè)配置文件，主要包括global_defs、static_ipaddress、static_routes、VRRP_script、VRRP_instance和virtual_server的設(shè)置，而這個(gè)這些配置又可分為三大類：全局配置，VRRP的配置以及LVS配置。
1）全局配置
global_defs { # Block id notification_email { admin@example1.com # 指明接收keepalived信息的郵箱 ... } notification_email_from admin@example.com # 郵箱名 smtp_server 127.0.0.1 # 收郵件的主機(jī)地址 smtp_connect_timeout 30 # integer, seconds router_id my_hostname # 一個(gè)標(biāo)記該主機(jī)的字符串，可以不是主機(jī)名，建議使用主機(jī)名 vrrp_mcast_group4 224.0.0.18 # 多播組地址, 默認(rèn)是 224.0.0.18 vrrp_mcast_group6 ff02::12 # ipv6多播組地址, 默認(rèn)是 ff02::12 enable_traps # 啟用SNMP陷阱，可以不啟用 }2）VRRP配置
VRRPD配置包括三個(gè)類：VRRP同步組(synchroization group)、VRRP實(shí)例(VRRP Instance)、VRRP腳本
******VRRP instance(s)******* # describes the moveable IP for each instance of a group in vrrp_sync_group. Here are described two IPs # (on inside_network and on outside_network), on machine "my_hostname", which belong to the group VG_1 and which # will transition together on any state change. vrrp_instance inside_network { state MASTER # interface eth0 # use_vmac
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