文章大綱

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• 前言

• VRRP介紹

• Keepalived詳解

前言

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Keepalived 是一個基于VRRP協(xié)議來實現(xiàn)的LVS服務(wù)高可用方案，可以利用其來避免單點故障。我們都知道，在一個LVS集群中，雖然LVS能夠?qū)蛻舳说恼埱蠡贗P進行調(diào)度，但是LVS自身并不能提供高可靠性，即不能進行容錯。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臺服務(wù)器運行Keepalived，一臺為主服務(wù)器（MASTER），一臺為備份服務(wù)器（BACKUP），但是對外表現(xiàn)為一個虛擬IP（即LVS中的VIP），主服務(wù)器會發(fā)送特定的消息給備份服務(wù)器，當備份服務(wù)器收不到這個消息的時候，即主服務(wù)器宕機的時候， 備份服務(wù)器就會接管虛擬IP，繼續(xù)提供服務(wù)，從而保證了高可用性。Keepalived是VRRP的完美實現(xiàn)，因此在介紹keepalived之前，先介紹一下VRRP的原理。

VRRP介紹

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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，他是一種容錯協(xié)議，它保證當主機的下一跳路由器出現(xiàn)故障時，由另一臺路由器來代替出現(xiàn)故障的路由器進行工作，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：

簡化網(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 能在某臺設(shè)備出現(xiàn)故障時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，也無需修改主機的默認網(wǎng)關(guān)配置。

適應(yīng)性強。VRRP 報文封裝在 IP 報文中，支持各種上層協(xié)議。

網(wǎng)絡(luò)開銷小。VRRP 只定義了一種報文——VRRP 通告報文，并且只有處于Master 狀態(tài)的路由器可以發(fā)送 VRRP 報文。

2 VRRP工作過程

1) 虛擬路由器中的路由器根據(jù)優(yōu)先級選舉出 Master。Master 路由器通過發(fā)送免費 ARP 報文，將自己的虛擬 MAC 地址通知給與它連接的設(shè)備或者主機，從而承擔報文轉(zhuǎn)發(fā)任務(wù)；

2) Master 路由器周期性發(fā)送 VRRP 報文，以公布其配置信息（優(yōu)先級等）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)先級重新選舉新的 Master；

4) 虛擬路由器狀態(tài)切換時，Master 路由器由一臺設(shè)備切換為另外一臺設(shè)備，新的 Master路由器只是簡單地發(fā)送一個攜帶虛擬路由器的 MAC 地址和虛擬 IP地址信息的免費 ARP報文，這樣就可以更新與它連接的主機或設(shè)備中的ARP 相關(guān)信息。網(wǎng)絡(luò)中的主機感知不到Master 路由器已經(jīng)切換為另外一臺設(shè)備。

5) Backup 路由器的優(yōu)先級高于 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。

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，為了提高安全性，VRRP 還提供了認證功能；

3 MSTER選舉方式

VRRP根據(jù)優(yōu)先級來確定虛擬路由器中每臺路由器的角色（Master路由器或Backup路由器）。優(yōu)先級越高，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報文的交互獲知虛擬路由器中其他成員的優(yōu)先級：

      如果 VRRP 報文中 Master 路由器的優(yōu)先級高于自己的優(yōu)先級，則路由器保持在 Backup 狀態(tài)；

如果 VRRP 報文中 Master 路由器的優(yōu)先級低于自己的優(yōu)先級，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)；

如果在一定時間內(nèi)沒有收到 VRRP 報文，則路由器切換為 Master

VRRP優(yōu)先級的取值范圍為0到255（數(shù)值越大表明優(yōu)先級越高），可配置的范圍是1到254，優(yōu)先級0為系統(tǒng)保留給路由器放棄Master位置時候使用，255則是系統(tǒng)保留給IP地址擁有者使用。當路由器為IP地址擁有者時，其優(yōu)先級始終為255。因此，當虛擬路由器內(nèi)存在IP地址擁有者時，只要其工作正常，則為Master路由器。

4 VRRP的三種認證方式

無認證：不進行任何 VRRP 報文的合法性認證，不提供安全性保障。

簡單字符認證：在一個有可能受到安全威脅的網(wǎng)絡(luò)中，可以將認證方式設(shè)置為簡單字符認證。發(fā)送 VRRP 報文的路由器將認證字填入到 VRRP 報文中，而收到 VRRP 報文的路由器會將收到的 VRRP 報文中的認證字和本地配置的認證字進行比較。如果認證字相同，則認為接收到的報文是合法的 VRRP 報文；否則認為接收到的報文是一個非法報文。

MD5 認證：在一個非常不安全的網(wǎng)絡(luò)中，可以將認證方式設(shè)置為 MD5 認證。發(fā)送 VRRP 報文的路由器利用認證字和 MD5 算法對 VRRP 報文進行加密，加密后的報文保存在 Authentication Header（認證頭）中。收到 VRRP報文的路由器會利用認證字解密報文，檢查該報文的合法性。

Keepalived

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1 keepalived工作原理

Keepalived是基于vrrp的原理開發(fā)的可實現(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浮動的vip（vrrp虛擬路由功能），這樣可以簡單實現(xiàn)一個雙機熱備高可用功能；keepalived在VRRP虛擬路由冗余協(xié)議為基礎(chǔ)實現(xiàn)高可用，也可以認為是實現(xiàn)路由器高可用的協(xié)議，即將N臺提供相同功能的路由器組成一個路由器組，這個組里面有一個master和多個backup，master上面有一個對外提供服務(wù)的vip（該路由器所在局域網(wǎng)內(nèi)其他機器的默認路由為該vip），master會發(fā)組播，當backup收不到VRRP包時就認為master宕掉了，這時就需要根據(jù)VRRP的優(yōu)先級來選舉一個backup當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，不同模塊實現(xiàn)不同的功能，它主要有三個模塊，分別是core、check和VRRP，其中：

• core模塊：為keepalived的核心組件，負責主進程的啟動、維護以及全局配置文件的加載和解析；

• check模塊：負責健康檢查，包括常見的各種檢查方式；

• VRRP模塊：是來實現(xiàn)VRRP協(xié)議的。

• system call：系統(tǒng)調(diào)用

• watch dog：監(jiān)控check和vrrp進程的管理進程，他是用來對check和vrrp進程實現(xiàn)高可用的。

• checkers：負責檢測器子進程的健康狀態(tài)，當其檢測到master上的服務(wù)不可用時則通告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主機和BackUP主機之間failover的實現(xiàn)。Keepalived的作用是檢測web服務(wù)器的狀態(tài)，如果有一臺web服務(wù)器死機，或工作出現(xiàn)故障，Keepalived將檢測到，并將有故障的web服務(wù)器從系統(tǒng)中剔除，當web服務(wù)器工作正常后Keepalived自動將web服務(wù)器加入到服務(wù)器群中，這些工作全部自動完成，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是一個相對輕量級的服務(wù)，而且與LVS配合的非常好，它只有一個配置文件，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            # 收郵件的主機地址     smtp_connect_timeout 30          # integer, seconds     router_id my_hostname            # 一個標記該主機的字符串，可以不是主機名，建議使用主機名     vrrp_mcast_group4 224.0.0.18     # 多播組地址, 默認是 224.0.0.18     vrrp_mcast_group6 ff02::12       # ipv6多播組地址, 默認是 ff02::12     enable_traps                     # 啟用SNMP陷阱，可以不啟用 }

2）VRRP配置

    VRRPD配置包括三個類：VRRP同步組(synchroization group)、VRRP實例(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 <VMAC_INTERFACE> # Use VRRP Virtual MAC.        #          vmac_xmit_base                             # VMAC interface         dont_track_primary                        #          track_interface {             eth0             eth2             ...         }         mcast_src_ip <IPADDR>                     # 多播組源ip         unicast_src_ip <IPADDR>         unicast_peer {             <IPADDR>             ...         }         lvs_sync_daemon_interface eth2         garp_master_delay 10                     # secs, default 5         virtual_router_id 51         priority 100                             # 優(yōu)先級         advert_int 1         authentication {                         # 認證信息模塊             auth_type PASS                                      auth_pass 1234                         # 認證密碼，建議使用"openssl rand -hex 4"生成8位隨機密碼         }         virtual_ipaddress {                     # vrrp實例                 <IPADDR>/<MASK> brd <IPADDR> dev <STRING> scope <SCOPE> label <LABEL>         # 地址定義格式                 172.18.14.77/24 dev eth2                     # 地址+interface                 172.18.14.66/24 dev eth3 label eth3:1                      172.18.14.55/24                             # 也可以直接寫地址即可             }            virtual_ipaddress_excluded {             <IPADDR>/<MASK> brd <IPADDR> dev <STRING> scope <SCOPE>             <IPADDR>/<MASK> brd <IPADDR> dev <STRING> scope <SCOPE>                ...            }            virtual_routes {         # 虛擬網(wǎng)關(guān)，在配置中可不定義                 src 192.168.100.1 to 192.168.109.0/24 via 192.168.200.254 dev eth2                 192.168.110.0/24 via 192.168.200.254 dev eth2                 192.168.111.0/24 dev eth3                 192.168.112.0/24  via  192.168.100.254  or 192.168.113.0/24  via  192.168.200.254  or  192.168.100.254  dev eth2                 blackhole 192.168.114.0/24             }             nopreempt             nopreempt             preempt_delay 300    # waits 5 minutes             debug                  # Debug level, not implemented yet.             # notify scripts, alert as above             notify_master <STRING>|<QUOTED-STRING>             notify_backup <STRING>|<QUOTED-STRING>             notify_fault <STRING>|<QUOTED-STRING>             notify <STRING>|<QUOTED-STRING>             smtp_alert     }

3）LVS配置

    如果你沒有配置LVS+keepalived，那么無需配置這段區(qū)域，如果你用的是nginx來代替LVS，這無需配置這項，這里的LVS配置是專門為keepalived+LVS集成準備的。它是用keepalived的配置文件來代替ipvsadm來配置LVS，并不是利用ipvsadm來配置，這樣會方便很多，一個配置文件搞定這些，維護也方便。這里L(fēng)VS配置也有兩個配置：一個是集群的定義，即VIP指定；二是添加真實服務(wù)器地址。

************Virtual server(s)*********** fwmark <INT>     #防火墻標記，如果你是基于防火墻標記的LVS需要設(shè)置這一項      virtual_server group string {              # 配置虛擬服務(wù)器，可以是virtual_server IP port | virtual_server fwmark int      delay_loop <INT>                       # delay timer for service polling     lb_algo rr|wrr|lc|wlc|lblc|sh|dh     # LVS scheduler     ops                                 # Enable One-Packet-Scheduling for UDP (-O in ipvsadm)     lb_kind NAT|DR|TUN                   # LVS forwarding method     persistence_timeout <INT>            # LVS persistence timeout, sec     persistence_granularity <NETMASK>   # LVS granularity mask (-M in ipvsadm)     protocol TCP                           # Only TCP is implemented     ha_suspend                          # If VS IP address is not set,suspend healthchecker's activity     virtualhost <STRING>                 # VirtualHost string for HTTP_GET or SSL_GET，eg virtualhost www.firewall.loc     alpha     omega     quorum <INT>     hysteresis <INT>     quorum_up <STRING>|<QUOTED-STRING>     quorum_down <STRING>|<QUOTED-STRING>          sorry_server <IPADDR> <PORT>                 # RS to add when all realservers are down     real_server <IPADDR> <PORT> {         weight <INT>                             # relative weight to use, default: 1         notify_up <STRING>|<QUOTED-STRING>         notify_down <STRING>|<QUOTED-STRING>                  HTTP_GET|SSL_GET {                         # 如果是http則選擇HTTP_GET，https時選擇SSL_GET             url {                                 # 做做健康性檢查時訪問的url，可以定多個url                                  digest <STRING>                    # A url to test can have multiple entries here                 status_code <INT>                  # status code returned in the HTTP headereg status_code 200              }             delay_before_retry <INT>             # 失敗后判斷為宕機的延時             connect_ip <IP ADDRESS>                # 連接IP地址             connect_port <PORT>                    # 連接端口             bindto <IP ADDRESS>             bind_port <PORT>             connect_timeout <INTEGER>             # 連接超時時間             fwmark <INTEGER>             warmup <INT>         }          TCP_CHECK {                             # 基于TCP_CHECK的健康性檢測模塊定義             connect_ip <IP ADDRESS>             connect_port <PORT>             bindto <IP ADDRESS>             bind_port <PORT>             connect_timeout <INTEGER>             fwmark <INTEGER>             warmup <INT>         }         SMTP_CHECK {                             # 基于郵件服務(wù)的健康性檢查模塊                 host {                     connect_ip <IP ADDRESS>                     connect_port <PORT>                     bindto <IP ADDRESS>                     bind_port <PORT>                     connect_timeout <INTEGER>                     fwmark <INTEGER>                 }                 retry <INTEGER>                 delay_before_retry <INTEGER>                 helo_name <STRING>|<QUOTED-STRING>                 warmup <INT>             }          MISC_CHECK {                          misc_path <STRING>|<QUOTED-STRING>             misc_timeout <INT>             warmup <INT>             misc_dynamic         }              } }

本章小結(jié)

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上面分析幾乎所有keepalived.conf的配置信息，有些地方我直接援引的官方說明，而沒有翻譯，我感覺英文說的更為準確。當然還有一些選項沒有做詳細的說明，我會在隨后的文章中加以說明，接下來的文章會從實例出發(fā)，從實際案例中領(lǐng)悟這些指令的含義，當然了，在實際生產(chǎn)中并不是所有的指令都會使用，我們會選取最主要的進行定義，那時在看就會想得很輕松。

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