Linux keepalived工作原理

keepalived简介与工作原理

　　Keepalived的作用是检测服务器的状态，如果有一台web服务器宕机，或工作出现故障，Keepalived将检测到，并将有故障的服务器从系统中剔除，同时使用其他服务器代替该服务器的工作，当服务器工作正常后Keepalived自动将服务器加入到服务器群中，这些工作全部自动完成，不需要人工干涉，需要人工做的只是修复故障的服务器。

　　keepalived工作在IP/TCP协议栈的IP层，TCP层，及应用层，工作原理基于VRRP协议。

　　网络层(layer 3)：Keepalived会定期向服务器群中的服务器发送一个ICMP的数据包，（既我们平时用的Ping程序）,如果发现某台服务的IP地址没有激活，Keepalived便报告这台服务器失效，并将它从服务器群中剔除。

　　传输层(layer 4)：Keepalived以TCP端口的状态来决定服务器工作正常与否，如web server的服务端口一般是80，如果Keepalived检测到80端口没有启动，则Keepalived将把这台服务器从服务器群中剔除。

　　应用层(layer 5)：只要针对应用上的一些探测方式，如URL的get请求，或者对nginx脚本检测等；可以根据用户自定义添加脚本针对特定的服务进行状态检测，当检测结果与用户设定不一致，则把这台服务器从服务器群中剔除。

VRRP协议与工作原理

　　VRRP(Virtual Router Redundancy Protocol)虚拟路由冗余协议是一种容错的主备模式的协议，当网络设备发生故障时，可以不影响主机之间通信情况下进行设备切换，并且相对用户时切换过程时透明的。

　　路由器开启VRRP功能后，会根据优先级确定自己在备份组中的角色。优先级高的路由器成为主用路由器，优先级低的成为备用路由器。主用路由器拥有虚拟IP与虚拟MAC，实现各种网络功能，并发送VRRP通告报文，通知备用路由器组内的其他路由器自己工作正常；备用路由器则启动定时器等待通告报文。抢占模式下，当备用路由器收到VRRP通告报文后，会将自己的优先级与通告报文中的优先级进行比较。如果大于通告报文中的优先级，则成为主用路由器；否则将保持备用状态。非抢占模式下，只要主用路由器不发生故障，就算备用路由器的优先级再高，也始终保持备用状态。如果备用路由器的定时器超时后仍未收到主用路由器发送来的VRRP通告报文，则认为主用路由器已经无法正常工作，备份组内的路由器根据优先级选举出主用路由器。

一个VRRP路由器有唯一的标识：VRID，范围为0—255｡该路由器对外表现为唯一的虚拟MAC地址，地址的格式为00-00-5E-00-01-[VRID]。
同一台路由器可以加入多个备份组，在不同备份组中有不同的优先级，使得该路由器可以在一个备份组中作为主用路由器，在其他的备份组中作为备用路由器。
提供了两种安全认证措施：明文认证和IP头认证｡

VRRP选举机制

虚拟IP拥有者，如果某台路由器的IP地址与虚拟路由器的VIP地址一致，那么这台就会被选为主用路由器。
优先级较高者，如果没有虚拟IP拥有者，优先级数值大的路由器会被选举出，优先级范围0~255。
IP地址较大者，如果优先级一样高，IP地址数值大的路由器会被选举出。

keepalived配置组成

　　global_defs是对全局一些参数做出设置。

global_defs {
   notification_email {
   # 接受邮件地址
     sysadmin@firewall.loc
   }
   notification_email_from master@keepalived.com
   # 邮件头地址
   smtp_server 192.168.200.1
   # 邮件服务smtp地址
   smtp_connect_timeout 30
   # smtp连接超时时间
   router_id LVS_DEVEL
   # 本地机器的id，可以为本地主机名
   vrrp_skip_check_adv_addr
   # 检查收到的通告中的所有地址会非常耗时，设置此参数就不会检查收到过的主路由器的通告
   vrrp_strict
   # 严格遵守VRRP协议，开启这个功能会在iptables中添加下面一条规则，导致VIP ping不通
   # Chain INPUT (policy ACCEPT)
   # target     prot opt source               destination 
   # DROP       all  --  0.0.0.0/0            172.30.100.200
   vrrp_garp_interval 0
   # 一个网卡上每组gratuitous arp消息之间的延迟时间，默认为0
   vrrp_gna_interval 0
   # 一个网卡上每组na消息之间的延迟时间，默认为0
   vrrp_iptables
   # 设置此项则不会开启任何iptables规则
   vrrp_mcast_group4 224.0.0.18
   # 主备间通告状态信息的组播地址，通常为224网段
}

　　vrrp_script只是定义一个对集群服务的健康状态检测脚本，并根据监控的结果状态能实现优先动态调整；这种方式在做高可用nginx或者haproxy时需要用到。　　

vrrp_script chk_nginx {
    script 
    # 添加要定期执行的检测脚本，它的退出代码将被记录在监视它的所有VRRP实例中
    interval 2
    # 两次脚本调用的间隔，默认为1秒
    weight -20
    # 如果检测条件成立，权重-20
}

　　vrrp_instance是虚拟路由实例的配置段，用来定义当前keepalived节点的运行角色为主或是备，定义当前节点的优先级，设置虚拟IP等信息。

vrrp_instance VI_1 {
# 定义虚拟路由器，实例名称VI_1主备必须相同
    state MASTER
    # 定义此节点为MASTER
    interface eth0
    # 绑定为当前虚拟路由器使用的物理接口
    virtual_router_id 51
    # 设置虚拟路由id，范围0~255，主备必须相同
    priority 100
    # 设置此节点优先级
    advert_int 1
    # 设置主备节点间vrrp通告状态的时间间隔
    authentication {
    # 设置主备间验证方式
        auth_type PASS
        auth_pass 1111
    }
    virtual_ipaddress {
    # 设置虚拟路由VIP
        172.30.200.1
    }
    track_script {
    # 添加监控脚本，脚本名为vrrp_script中定义的脚本
        chk_nginx
    }
}

　　virtual_server中定义了LVS工作模式及调度算法等信息，real_server则是定义后端的真实服务器。

virtual_server 172.30.200.1 80 {
# 定义虚拟主机IP与端口
    delay_loop 6
    # 健康状态检测时间间隔
    lb_algo rr
    # lvs调度算法
    lb_kind NAT
    # lvs工作类型
    persistence_timeout 50
    # lvs持久连接超时时间
    protocol TCP
    # 定义服务协议
    sorry_server 172.30.10.14 80
    # 当后端所有主机不可达时，就会被定义这台主机，只是为了展示sorry页面
    real_server 172.30.10.12 80 {
    # 配置后端主机
        weight 1
        # 调度权重
        HTTP_GET {
        # 应用层检测
            url {
              path /testurl/test.jsp
              # 定义被检测的URL
              status_code 200
              # 判断上述URL健康状态的响应码
              digest 640205b7b0fc66c1ea91c463fac6334d
              # 判断上述URL健康状态的内容的hash码
            }
            connect_timeout 3
            # 检测连接的超时时间
            nb_get_retry 3
            # 重试次数
            delay_before_retry 3
            # 重试前等待时间
        }
        TCP_CHECK {
             connect_ip 172.30.10.12 
             # 选择要连接的IP地址。默认值为realserver IP
             connect_port 80
             # 选择要连接的端口。默认值为realserver PORT
             bindto 172.30.10.11
             # 用于发起连接的可选源地址
             bind_port 10000
             # 用于发起连接的可选源端口
             connect_timeout 3
             # 连接超时时间
        }
    }
    real_server 172.30.10.12 80 {
        weight 1
        HTTP_GET {
            url {
              path /testurl/test.jsp
              digest 640205b7b0fc66c1ea91c463fac6334c
            }
            connect_timeout 3
            nb_get_retry 3
            delay_before_retry 3
        }
    }
}