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Keepalived高可用软件

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Keepalived高可用软件

1. Keepalived简介

Keepalived是一种用C编写的路由软件。该软件的主要目标是为Linux系统和基于Linux的基础设施提供简单而强大的负载平衡和高可用性。软件是基于VRRP协议实现真实机器的故障隔离以及负载均衡器之间的失败却换(failover)。Keepalived是一个类似于Layer3、Layer4、Layer5交换机的软件,也就是我们平时说的三层、四层和五层交换。Keepalived的作用是检测Web服务器的状态,如果有一台Web服务器死机,或者工作出现故障,Keepalived将检测到并将故障服务器从负载均衡系统中剔除,当服务器工作正常后Keepalived会自动将服务器加入集群中。这些工作都是自动完成的,不需要人工干涉,需要人工做的只是修复故障的Web服务器。

keepalived

2. Keepalived的特点

  1. 与LVS具备良好兼容性,配置简洁。
  2. 通过对服务器池对象的健康检查,自动隔离故障机器/服务。
  3. 负载均衡器之间失效切换,通过VRRP协议实现故障VIP自动漂移。
  4. iptables防火墙不影响Keepalived的正常使用,但会影响性能。

3. VRRP协议

在现实的网络环境中,两台需要通信的主机大多数情况下并没有直接的物理连接。对于这样的情况,它们之间路由怎样选择?主机如何选定到达目的主机的下一跳路由,这个问题通常的解决方法有二种:

  • 在主机上使用动态路由协议(RIP、OSPF等)
  • 在主机上配置静态路由

很明显,在主机上配置动态路由是非常不切实际的,因为管理、维护成本以及是否支持等诸多问题。配置静态路由就变得十分流行,但路由器(或者说默认网关default gateway)却经常成为单点故障。VRRP的目的就是为了解决静态路由单点故障问题,VRRP通过一竞选(election)协议来动态的将路由任务交给LAN中虚拟路由器中的某台VRRP路由器。

3.1 VRRP 工作机制

在一个VRRP虚拟路由器中,有多台物理的VRRP路由器,但是这多台的物理的机器并不能同时工作,而是由一台称为MASTER的负责路由工作,其它的都是BACKUP,MASTER并非一成不变,VRRP让每个VRRP路由器参与竞选,最终获胜的就是MASTER。MASTER拥有一些特权,比如,拥有虚拟路由器的IP地址,我们的主机就是用这个IP地址作为静态路由的。拥有特权的MASTER要负责转发发送给网关地址的包和响应ARP请求。

VRRP通过竞选协议来实现虚拟路由器的功能,所有的协议报文都是通过IP多播(multicast)包(多播地址224.0.0.18)形式发送的。虚拟路由器由VRID(范围0-255)和一组IP地址组成,对外表现为一个周知的MAC地址。所以,在一个虚拟路由器中,不管谁是MASTER,对外都是相同的MAC和IP(称之为VIP)。客户端主机并不需要因为MASTER的改变而修改自己的路由配置,对客户端来说,这种主从的切换是透明的。

在一个虚拟路由器中,只有作为MASTER的VRRP路由器会一直发送VRRP通告信息(VRRPAdvertisement message),BACKUP不会抢占MASTER,除非它的优先级(priority)更高。当MASTER不可用时(BACKUP收不到通告信息),多台BACKUP中优先级最高的这台会被抢占为MASTER。这种抢占是非常快速的(<1s),以保证服务的连续性。由于安全性考虑,VRRP包使用了加密协议进行加密。

3.2. VRRP工作流程

3.2.1. 初始化:

路由器启动时,如果路由器的优先级是255(最高优先级,路由器拥有路由器地址),要发送VRRP通告信息,并发送广播ARP信息通告路由器IP地址对应的MAC地址为路由虚拟MAC,设置通告信息定时器准备定时发送VRRP通告信息,转为MASTER状态;否则进入BACKUP状态,设置定时器检查定时检查是否收到MASTER的通告信息。

3.2.2.Master

  • 设置定时通告定时器;
  • 用VRRP虚拟MAC地址响应路由器IP地址的ARP请求;
  • 转发目的MAC是VRRP虚拟MAC的数据包;
  • 如果是虚拟路由器IP的拥有者,将接受目的地址是虚拟路由器IP的数据包,否则丢弃;
  • 当收到shutdown的事件时删除定时通告定时器,发送优先权级为0的通告包,转初始化状态;
  • 如果定时通告定时器超时时,发送VRRP通告信息;
  • 收到VRRP通告信息时,如果优先权为0,发送VRRP通告信息;否则判断数据的优先级是否高于本机,或相等而且实际IP地址大于本地实际IP,设置定时通告定时器,复位主机超时定时器,转BACKUP状态;否则的话,丢弃该通告包;

3.2.3.Backup

  • 设置主机超时定时器;
  • 不能响应针对虚拟路由器IP的ARP请求信息;
  • 丢弃所有目的MAC地址是虚拟路由器MAC地址的数据包;
  • 不接受目的是虚拟路由器IP的所有数据包;
  • 当收到shutdown的事件时删除主机超时定时器,转初始化状态;
  • 主机超时定时器超时的时候,发送VRRP通告信息,广播ARP地址信息,转MASTER状态;
  • 收到VRRP通告信息时,如果优先权为0,表示进入MASTER选举;否则判断数据的优先级是否高于本机,如果高的话承认MASTER有效,复位主机超时定时器;否则的话,丢弃该通告包;

3.3. ARP查询处理

当内部主机通过ARP查询虚拟路由器IP地址对应的MAC地址时,MASTER路由器回复的MAC地址为虚拟的VRRP的MAC地址,而不是实际网卡的MAC地址,这样在路由器切换时让内网机器觉察不到;而在路由器重新启动时,不能主动发送本机网卡的实际MAC地址。如果虚拟路由器开启的ARP代理 (proxy_arp)功能,代理的ARP回应也回应VRRP虚拟MAC地址;好了VRRP的简单讲解就到这里,我们下来讲解一下Keepalived的案例。

4. 应用场景

Keepalived作为优秀的HA软件,在生产环境下的Nginx、LVS、HAProxy中得到广泛应用,一般采取的都是双机方案,保证最前端负载均衡器的高可用。

5. 部署案例

5.1 Nginx+Keepalived双机主从备份

5.2 HAProxy+Keepalived双机主从备份

5.3 LVS+Keepalived主从备份

参考引用:

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