虚拟IP和IP漂移

学习一下虚拟IP和IP漂移的概念。

1.虚拟IP#

在 TCP/IP 的架构下，所有想上网的电脑，不论是用何种方式连上网路，都必须要有一个唯一的 IP-address。事实上IP地址是主机硬件地址的一种抽象，简单的说，MAC地址是物理地址，IP地址是逻辑地址。

虚拟IP，就是一个未分配给真实主机的IP，也就是说对外提供服务器的主机除了有一个真实IP外还有一个虚IP，使用这两个IP中的任意一个都可以连接到这台主机。

虚拟IP一般用作达到HA(High Availability)的目的,比如让所有项目中数据库链接一项配置的都是这个虚IP，当主服务器发生故障无法对外提供服务时，动态将这个虚IP切换到备用服务器。

2.虚拟IP原理#

ARP是地址解析协议，它的作用很简单，将一个IP地址转换为MAC地址，然后给传输层使用。

每台主机中都有一个ARP高速缓存，存储同一个网络内的IP地址与MAC地址的对应关 系，以太网中的主机发送数据时会先从这个缓存中查询目标IP对应的MAC地址，会向这个MAC地址发送数据。操作系统会自动维护这个缓存。

在Linux下可以使用arp命令操作ARP高速缓存。

比如存在物理机A(IP是192.168.192.54 )和物理机器B(IP是192.168.192.40)，A作为对外服务的主服务器(比如数据库主库)，B作为备份机器，两台服务器之间的通信是通过Heartbeat，即主服务器会定时的给备份服务器发送数据包，告知主服务器服务正常，当备份服务器在规定时间内没有收到主服务器的Heartbeat，就会认为主服务器宕机，则备份服务器就会升级为主服务器。假设物理机A的ARP缓存如下：

地址 类型 硬件地址 标志 Mask 接口
192.168.192.54 ether ec:f4:bb:49:xx:xx C eth0
192.168.192.237 ether ec:f4:bb:49:xx:xx C eth0
192.168.192.40 ether 28:e3:47:c0:xx:xx C eth0
...

另外物理机器B(IP是192.168.192.40)的ARP缓存如下：

地址 类型 硬件地址 标志 Mask 接口
192.168.192.54 ether ec:f4:bb:49:xx:xx C eth0
192.168.192.237 ether ec:f4:bb:49:xx:xx C eth0
192.168.192.40 ether ec:f4:bb:49:xx:xx C eth0
...

当机器B通过BeatHeart得知机器A对外服务质量低于预期的时候(比如发生故障，服务无响应)，会将自己的ARP缓存发送出去，让路由器修改路由表，告知虚拟地址应该指向我(物理机器B,192.168.192.40),这时候，外界再次访问虚拟IP的时候，机器B会变成主服务器，而A降级为备份服务器。这就完成了主从机器的自动切换，这一切对外界是透明的。

3.IP漂移#

上面的VIP自动切换的过程就称之为IP漂移。

我们可以通过Keepalived来实现这个过程。 Keepalived是一个基于VRRP协议(Virtual Router Redundancy Protocol,即虚拟路由冗余协议)来实现的LVS(负载均衡器)服务高可用方案，可以利用其来避免单点故障。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。