Keepalived 是一个基于VRRP协议来实现的LVS服务高可用方案,可以解决静态路由出现的单点故障问题。一个LVS服务会有2台服务器运行Keepalived,一台为主服务器(MASTER),一台为备份服务器(BACKUP),但是对外表现为一个虚拟IP,主服务器会发送特定的消息给备份服务器,当备份服务器收不到这个消息的时候,即主服务器宕机的时候,备份服务器就会接管虚拟IP,继续提供服务,从而保证了高可用性。
在实际网络环境中,主机之间的通信通常都是通过配置静态路由协议完成的。但配置静态路由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。
在一个VRRP虚拟路由器中,有多台物理的VRRP路由器协同工作,同一时间只有一台称为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,它拥有对外服务的虚拟IP,提供各种网络功能,如数据转发、ICMP、ARP。而其他路由器不拥有对外的虚拟IP,也不提供对外网络功能,仅仅接受MMASTER的VRRP状态通告信息,这些路由器称为备份路由器。
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。
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。
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也回应VRRP虚拟MAC地址。
Keepalived工作在TCP/IP模型的第三、四和五层,即网络层、传输层和应用层。其运行机制如下:
网络层,Keepalived采用ICMP协议向服务器集群中的每个节点发送一个ICMP的数据包,如果某个节点没有返回响应数据包,则认为此节点发生了故障,Keepalived将报告次节点失效,并从服务器集群中剔除故障节点。
传输层,Keepalived利用你TCP的端口连接和扫描技术来判断集群节点是否正常。如常见的web服务默认端口80,ssh默认端口22等。Keepalived一旦在传输层探测到相应端口没用响应数据返回,则认为此端口发生异常,从而将此端口对应的节点从服务器集群中剔除。
应用层,可以运行FTP、telnet、smtp、dns等各种不同类型的高层协议,Keepalived的运行方式也更加全面化和复杂化,用户可以通过自定义Keepalived的工作方式,来设定监测各种程序或服务是否正常,若监测结果与设定的正常结果不一致,将此服务对应的节点从服务器集群中剔除。
Keepalived的功能体系结构,大致分两层:用户空间(user space)和内核空间(kernel space)。
内核空间:主要包括IPVS:IP虚拟服务器,用于实现网络服务的负载均衡;
NETLINK:提供高级路由及其他相关的网络功能。
用户空间:
注意:Keepalived的所有功能是配置keepalived.conf文件来实现的。
参考文档:http://www.keepalived.org/