什么是VIP？什么是IP漂移？

IP地址和MAC地址

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。

-	-
MAC地址	物理地址
IP地址	逻辑地址

什么是虚拟IP

虚拟IP地址(VIP) 是一个不与特定计算机或一个计算机中的网络接口卡(NIC)相连的IP地址。数据包被发送到这个VIP地址，但是所有的数据还是经过真实的网络接口。VIPs大部分用于连接冗余；一个VIP地址也可能在一台计算机或NIC发生故障时可用，交由另一个可选计算机或NIC响应连接。虚拟IP地址的例子如：一个Loopback(无电路IP地址)作为不与在主机或路由器中任何一个特定接口(或电路)相关的IP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。

• MAC地址 00:21:5A:DB:68:E8
  - 真实IP 192.168.1.217
  - 虚拟IP 192.168.1.219

虚拟IP可以用来做什么？可以解决什么问题？

一般可以用来做HA(High Availability)，比如数据库服务器的URL可以使用一个虚拟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。即实现服务器热备，故障自动切换。


1、客户端访问数据库虚拟IP
2、通过ARP缓存，找到对应的MAC地址
3、访问真实服务器


1、真实服务器A宕机
2、真实服务器B没有收到真实服务器A的心跳包
3、真实服务器B将虚拟IP绑定到自己的MAC地址，并发送这个ARP包给路由器
4、路由器接收到后更新ARP缓存
5、接着有请求虚拟IP的请求过来，都会被转发到真实服务器B

什么是ARP协议

地址解析协议（英语：Address Resolution Protocol，缩写：ARP）是一个通过解析网络层地址来找寻数据链路层地址的网络传输协议，它在IPv4中极其重要。

ARP是通过网络地址来定位MAC地址。

在以太网协议中规定，同一局域网中的一台主机要和另一台主机进行直接通信，必须要知道目标主机的MAC地址。而在TCP/IP协议中，网络层和传输层只关心目标主机的IP地址。这就导致在以太网中使用IP协议时，数据链路层的以太网协议接到上层IP协议提供的数据中，只包含目的主机的IP地址。于是需要一种方法，根据目的主机的IP地址，获得其MAC地址。这就是ARP协议要做的事情。所谓地址解析（address resolution）就是主机在发送帧前将目标IP地址转换成目标MAC地址的过程。


另外，当发送主机和目的主机不在同一个局域网中时，即便知道对方的MAC地址，两者也不能直接通信，必须经过路由转发才可以。所以此时，发送主机通过ARP协议获得的将不是目的主机的真实MAC地址，而是一台可以通往局域网外的路由器的MAC地址。于是此后发送主机发往目的主机的所有帧，都将发往该路由器，通过它向外发送。这种情况称为委托ARP或ARP代理（ARP Proxy）。
在点对点链路中不使用ARP，实际上在点对点网络中也不使用MAC地址，因为在此类网络中分别已经获取了对端的IP地址。


在每台安装有TCP/IP协议的电脑或路由器里都有一个ARP缓存表，表里的IP地址与MAC地址是一对应的。

主机名称	IP地址	MAC地址
A	192.168.38.10	00-AA-00-62-D2-02
B	192.168.38.11	00-BB-00-62-C2-02
C	192.168.38.12	00-CC-00-62-C2-02
D	192.168.38.13	00-DD-00-62-C2-02
E	192.168.38.14	00-EE-00-62-C2-02
...	...	...

ARP协议工作原理

以主机A（192.168.38.10）向主机B（192.168.38.11）发送数据为例。


1.当发送数据时，主机A会在自己的ARP缓存表中寻找是否有目标IP地址。如果找到就知道目标MAC地址为（00-BB-00-62-C2-02），直接把目标MAC地址写入帧里面发送就可。


2.如果在ARP缓存表中没有找到相对应的IP地址，主机A就会在网络上发送一个广播（ARP request），目标MAC地址是“FF.FF.FF.FF.FF.FF”，这表示向同一网段内的所有主机发出这样的询问：“192.168.38.11的MAC地址是什么？”


3.网络上其他主机并不响应ARP询问，只有主机B接收到这个帧时，才向主机A做出这样的回应（ARP response）：“192.168.38.11的MAC地址是00-BB-00-62-C2-02”，此回应以单播方式。这样，主机A就知道主机B的MAC地址，它就可以向主机B发送信息。同时它还更新自己的ARP高速缓存（ARP cache），下次再向主机B发送信息时，直接从ARP缓存表里查找就可。


ARP缓存表采用老化机制，在一段时间内如果表中的某一行没有使用，就会被删除，这样可减少缓存表的长度，加快查询速度。

虚拟IP原理

虚拟IP的实现主要是靠 TCP/IP 的 ARP 协议。


因为IP地址只是一个逻辑地址，在以太网中 MAC 地址才是真正用来进行数据传输的物理地址。


以太网中的主机发送数据时会先从本地ARP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。


操作系统或路由器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。

比如下面这个 ARP 缓存示例：

(192.168.1.219) at 00:21:5A:DB:68:E8 [ether] on bond0
(192.168.1.217) at 00:21:5A:DB:68:E8 [ether] on bond0
(192.168.1.218) at 00:21:5A:DB:7F:C2 [ether] on bond0

其中，192.168.1.217、192.168.1.218 是两台真实的电脑，192.168.1.217 为对外提供数据库服务的主机，192.168.1.218 为热备的机器，192.168.1.219 为虚IP，注意219、217的 MAC 地址是相同的。


当主服务器217一段时间没有发送HeartBeat数据包给备份服务器218，备份服务器218规定时间内没有收到217的HeartBeat数据包。（啰嗦一下）


这时备份服务器218 认为217 宕机。备份服务器218后会向网络发送一个 ARP 数据包，让路由器修改路由表，告诉所有主机 192.168.1.219 这个IP对应的MAC地址是 00:21:5A:DB:7F:C2，这样所有发送到 219 的数据包都会发送到 MAC 地址为 00:21:5A:DB:7F:C2 的机器，也就是 218 的机器。

配置和删除虚拟IP

假如主机有一个网卡 eth1，其对应一个IP为 192.168.1.217，现对其设置一个虚拟IP 192.168.1.219：

ifconfig eth1:1 192.168.1.219 netmask 255.255.255.0

删除该虚拟IP：

ip addr del 192.168.1.219 dev eth1

不过在网络运维中，更常见的是使用 keepalived 配置虚拟ip（vip）实现双机热备以及自动切换主备

如何查看本地操作系统上的ARP缓存

MacOS

arp -nla

Linux

arp -nv

Windows

arp -a

总结

虚拟IP是未分配给真实主机的IP，是IP的一种。
结合ARP协议、心跳检测机制、广播ARP数据包，修改ARP缓存中IP和MAC地址的对应关系，实现IP漂移，服务器自动切换

参考

• 虚拟IP和IP漂移
• 虚拟IP原理及使用
• ARP协议
• ARP