001.Keepalived簡介
阿新 • • 發佈：2018-12-23
一 Keepalived 定義
Keepalived 是一個基於VRRP協議來實現的LVS服務高可用方案，可以解決靜態路由出現的單點故障問題。一個LVS服務會有2臺伺服器執行Keepalived，一臺為主伺服器（MASTER），一臺為備份伺服器（BACKUP），但是對外表現為一個虛擬IP，主伺服器會發送特定的訊息給備份伺服器，當備份伺服器收不到這個訊息的時候，即主伺服器宕機的時候，備份伺服器就會接管虛擬IP，繼續提供服務，從而保證了高可用性。二 VRRP 協議簡介
在實際網路環境中，主機之間的通訊通常都是通過配置靜態路由協議完成的。但配置靜態路由卻經常成為單點故障。VRRP的目的就是為了解決靜態路由單點故障問題，VRRP通過一競選(election)協議來動態的將路由任務交給LAN中虛擬路由器中的某臺VRRP路由器。三 VRRP 工作機制
在一個VRRP虛擬路由器中，有多臺物理的VRRP路由器協同工作，同一時間只有一臺稱為MASTER的負責路由工作，其它的都是BACKUP，MASTER並非一成不變，VRRP讓每個VRRP路由器參與競選，最終獲勝的就是MASTER，它擁有對外服務的虛擬IP，提供各種網路功能，如資料轉發、ICMP、ARP。而其他路由器不擁有對外的虛擬IP，也不提供對外網路功能，僅僅接受MMASTER的VRRP狀態通告資訊，這些路由器稱為備份路由器。 VRRP通過競選協議來實現虛擬路由器的功能，所有的協議報文都是通過IP多播(multicast)包(多播地址224.0.0.18)形式傳送的。虛擬路由器由VRID(範圍0-255)和一組IP地址組成，對外表現為一個周知的MAC地址。所以，在一個虛擬路由器中，不管誰是MASTER，對外都是相同的MAC和IP(稱之為VIP)。客戶端主機並不需要因為MASTER的改變而修改自己的路由配置，對客戶端來說，這種主從的切換是透明的。四 VRRP 工作流程
(1).初始化
路由器啟動時，如果路由器的優先順序是255(最高優先順序，路由器擁有路由器地址)，要傳送VRRP通告資訊，併發送廣播ARP資訊通告路由器IP地址對應的MAC地址為路由虛擬MAC，設定通告資訊定時器準備定時傳送VRRP通告資訊，轉為MASTER狀態；否則進入BACKUP狀態，設定定時器檢查定時檢查是否收到MASTER的通告資訊。(2).Master
- 設定定時通告定時器；
- 用VRRP虛擬MAC地址響應路由器IP地址的ARP請求；
- 轉發目的MAC是VRRP虛擬MAC的資料包；
- 如果是虛擬路由器IP的擁有者，將接受目的地址是虛擬路由器IP的資料包，否則丟棄；
- 當收到shutdown的事件時刪除定時通告定時器，傳送優先權級為0的通告包，轉初始化狀態；
- 如果定時通告定時器超時時，傳送VRRP通告資訊；
- 收到VRRP通告資訊時，如果優先權為0，傳送VRRP通告資訊；否則判斷資料的優先順序是否高於本機，或相等而且實際IP地址大於本地實際IP，設定定時通告定時器，復位主機超時定時器，轉BACKUP狀態；否則的話，丟棄該通告包。
(3).Backup
- 設定主機超時定時器；
- 不能響應針對虛擬路由器IP的ARP請求資訊；
- 丟棄所有目的MAC地址是虛擬路由器MAC地址的資料包；
- 不接受目的是虛擬路由器IP的所有資料包；
- 當收到shutdown的事件時刪除主機超時定時器，轉初始化狀態；
- 主機超時定時器超時的時候，傳送VRRP通告資訊，廣播ARP地址資訊，轉MASTER狀態；
- 收到VRRP通告資訊時，如果優先權為0，表示進入MASTER選舉；否則判斷資料的優先順序是否高於本機，如果高的話承認MASTER有效，復位主機超時定時器；否則的話，丟棄該通告包。
(4).ARP查詢處理
當內部主機通過ARP查詢虛擬路由器IP地址對應的MAC地址時，MASTER路由器回覆的MAC地址為虛擬的VRRP的MAC地址，而不是實際網絡卡的MAC地址，這樣在路由器切換時讓內網機器覺察不到；而在路由器重新啟動時，不能主動傳送本機網絡卡的實際MAC地址。如果虛擬路由器開啟的ARP代理 (proxy_arp)功能，代理的ARP也迴應VRRP虛擬MAC地址。五 Keepalived工作原理
Keepalived工作在TCP/IP模型的第三、四和五層，即網路層、傳輸層和應用層。其執行機制如下： 網路層，Keepalived採用ICMP協議向伺服器叢集中的每個節點發送一個ICMP的資料包，如果某個節點沒有返回響應資料包，則認為此節點發生了故障，Keepalived將報告次節點失效，並從伺服器叢集中剔除故障節點。 傳輸層，Keepalived利用你TCP的埠連線和掃描技術來判斷叢集節點是否正常。如常見的web服務預設埠80，ssh預設埠22等。Keepalived一旦在傳輸層探測到相應埠沒用響應資料返回，則認為此埠發生異常，從而將此埠對應的節點從伺服器叢集中剔除。 應用層，可以執行FTP、telnet、smtp、dns等各種不同型別的高層協議，Keepalived的執行方式也更加全面化和複雜化，使用者可以通過自定義Keepalived的工作方式，來設定監測各種程式或服務是否正常，若監測結果與設定的正常結果不一致，將此服務對應的節點從伺服器叢集中剔除。六 Keepalived體系架構
Keepalived的功能體系結構，大致分兩層：使用者空間（user space）和核心空間（kernel space）。
核心空間：主要包括IPVS：IP虛擬伺服器，用於實現網路服務的負載均衡；
NETLINK：提供高階路由及其他相關的網路功能。
使用者空間：
- WatchDog：負載監控checkers和VRRP程序的狀況
- VRRP Stack：負載負載均衡器之間的失敗切換FailOver，如果只用一個負載均稀器，則VRRP不是必須的。
- Checkers：負責真實伺服器的健康檢查healthchecking，是keepalived最主要的功能。換言之，可以沒有VRRP Stack，但健康檢查healthchecking是一定要有的。
- IPVS wrapper：使用者傳送設定的規則到核心ipvs程式碼
- Netlink Reflector：用來設定vrrp的vip地址等。