keepalived知識(shí)梳理-創(chuàng)新互聯(lián)

文章大綱

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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

keepalived知識(shí)梳理

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 <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(jí) advert_int 1 authentication { # 認(rèn)證信息模塊 auth_type PASS auth_pass 1234 # 認(rèn)證密碼，建議使用"openssl rand -hex 4"生成8位隨機(jī)密碼 } virtual_ipaddress { # vrrp實(shí)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(xiàng)，這里的LVS配置是專門為keepalived+LVS集成準(zhǔn)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(huì)方便很多，一個(gè)配置文件搞定這些，維護(hù)也方便。這里L(fēng)VS配置也有兩個(gè)配置：一個(gè)是集群的定義，即VIP指定；二是添加真實(shí)服務(wù)器地址。

************Virtual server(s)*********** fwmark <INT> #防火墻標(biāo)記，如果你是基于防火墻標(biāo)記的LVS需要設(shè)置這一項(xiàng) 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(shí)選擇SSL_GET url { # 做做健康性檢查時(shí)訪問的url，可以定多個(gè)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(jī)的延時(shí) 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(shí)時(shí)間 fwmark <INTEGER> warmup <INT> } TCP_CHECK { # 基于TCP_CHECK的健康性檢測(cè)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)

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(zhǔn)確。當(dāng)然還有一些選項(xiàng)沒有做詳細(xì)的說明，我會(huì)在隨后的文章中加以說明，接下來的文章會(huì)從實(shí)例出發(fā)，從實(shí)際案例中領(lǐng)悟這些指令的含義，當(dāng)然了，在實(shí)際生產(chǎn)中并不是所有的指令都會(huì)使用，我們會(huì)選取最主要的進(jìn)行定義，那時(shí)在看就會(huì)想得很輕松。

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