keepalived的原理和基本实现

一、keepalived的基本原理介绍

keepalived最初设计的目的是为了实现lvs前端director的高可用，非常轻量级。主要的实现的vrrp协议。

VRRP是一种容错协议，它保证当主机的下一跳路由器出现故障时，由另一台路由器来代替出现故障的路由器进行工作，从而保持网络通信的连续性和可靠性。

VRRP具有如下优点：

简化网络管理：在具有多播或广播能力的局域网（如以太网）中，借助VRRP 能在某台设备出现故障时仍然提供高可靠的缺省链路，有效避免单一链路发生故障后网络中断的问题，而无需修改动态路由协议、路由发现协议等配置信息，也无需修改主机的默认网关配置。
适应性强：VRRP 报文封装在 IP 报文中，支持各种上层协议。
网络开销小：VRRP 只定义了一种报文——VRRP 通告报文，并且只有处于Master 状态的路由器可以发送 VRRP 报文。

keepalived的软件架构如下：（图片来源于keepalived官网）

组件简单介绍：

IPVS: 为lvs生成ipvs规则的组件,是内核级别的。

NETLINK:Netlink是套接字家族中的一员，主要用内核与用户空间的进程间、用户进程间的通讯。然而它并不像网络套接字可以用于主机间通讯，Netlink只能用于同一主机上进程通讯，并通过PID来标识它们。Netlink被设计为在Linux内核与用户空间进程传送各种网络信息。网络工具iproute2利用 Netlink从用户空间与内核进行通讯。Netlink由一个在用户空间的标准的Socket接口和内核模块提供的内核API组成。Netlink的设计比ioctl更加灵活，Netlink使用了AF_NETLINK Socket 家族。（摘自维基百科）

IPVS wrapper:借助于Checkers实现后端lvs主机的健康状态检测。

VRRP Stack: 实现VRRP协议，实现虚拟IP地址的转移。

更多详细的介绍，参考官网地址：http://www.keepalived.org/documentation.html

二、keepalived的安装配置

在CentOS6.4以后，keepalived直接收录到内置的rpm仓库中，可以直接安装使用。

yum install keepalived -y

keepalived配置文件：

/etc/keepalived/keepalived.conf

1、简单的实现vrrp协议的配置

配置模式（主从模式）：
主节点（Master）：172.16.10.9
从节点（Backup）：172.16.10.77
虚拟地址：172.16.10.68

配置过程：

### 172.16.10.9：/etc/keepalived/keepalived.conf，实例内容： 
vrrp_instance VI_1 {
    state MASTER
    interface eth0
    virtual_router_id 10
    priority 100
    advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass MasBac
    }
    virtual_ipaddress {
        172.16.10.68
    }
}
### 172.16.10.77：/etc/keepalived/keepalived.conf，实例内容： 
vrrp_instance VI_1 {
    state BACKUP
    interface eth0
    virtual_router_id 10
    priority 98
    advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass MasBac
    }
    virtual_ipaddress {
        172.16.10.68
    }
}

配置完成后，先启动172.16.10.77的keepalived服务，查看日志信息：

此时，启动Master端172.16.10.9的keepalived服务：

配置模式（双主模式）：
节点地址：172.16.10.9，172.16.10.77
虚拟地址：172.16.10.68 172.16.10.69
说明：这里的双主模型的实现实际上是配置了2组vrrp的示例。
如下关系：
示例1：
    主节点：172.16.10.9
    从节点：172.16.10.77 
示例2：
    主节点：172.16.10.77
    从节点：172.16.10.9

配置信息：

## 172.16.10.9的vrrp实例信息：
vrrp_instance VI_1 {
    state MASTER
    interface eth0
    virtual_router_id 10
    priority 100
    advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass MasBac
    }
    virtual_ipaddress {
        172.16.10.68
    }
}

vrrp_instance VI_2 {
    state BACKUP
    interface eth0
    virtual_router_id 15
    priority 98
    advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass DouMas
    }
    virtual_ipaddress {
        172.16.10.69
    }
}
## 172.16.10.77的vrrp实例信息：
vrrp_instance VI_1 {
    state BACKUP
    interface eth0
    virtual_router_id 10
    priority 98
    advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass MasBac
    }
    virtual_ipaddress {
        172.16.10.68
    }
}

vrrp_instance VI_2 {
    state MASTER
    interface eth0
    virtual_router_id 15
    priority 100
    advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass DouMas
    }
    virtual_ipaddress {
        172.16.10.69
    }
}

重新启动keepalived服务：

此时，如果 172.16.10.77 出现故障,172.16.10.9会拥有2个虚拟ip地址，实现真正的冗余

2、配置keepalived为实现lvs高可用

环境说明：
keepalived采用双主模型：节点是172.16.10.9 172.16.10.77
后端的realserver：172.16.10.122 172.16.10.133

配置说明：

## 配置后端节点：172.16.10.122 172.16.10.133
## ifconfig eth0 172.16.10.122/16 up 
## ifconfig eth0 172.16.10.122/16 up  # 这个也可以写到配置文件

echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_ignore
echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_ignore
echo 2 > /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_announce
echo 2 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_announce
ifconfig lo:0 172.16.10.68 netmask 255.255.255.255 broadcast 172.16.10.68
route add -host 172.16.10.68  dev lo:0
ifconfig lo:1 172.16.10.69 netmask 255.255.255.255 broadcast 172.16.10.69
route add -host 172.16.10.69  dev lo:1

配置keepalived：

### 172.16.10.9:/etc/keepalived/keepalived.conf的配置：
global_defs {
   notification_email {
     [email protected]
   }
   notification_email_from [email protected]
   smtp_server 172.16.10.9
   smtp_connect_timeout 30
   router_id LVS_DEVEL
}

vrrp_instance VI_1 {
    state MASTER
    interface eth0
    virtual_router_id 10
    priority 100
    advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass MasBac
    }
    virtual_ipaddress {
        172.16.10.68    
    }
}

vrrp_instance VI_2 {
    state BACKUP
    interface eth0
    virtual_router_id 15
    priority 98
    advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass DouMas
    }
    virtual_ipaddress {
        172.16.10.69
    }
}

virtual_server 172.16.10.68 80 {
    delay_loop 6
    lb_algo rr
    lb_kind DR
    persistence_timeout 50
    protocol TCP 
    sorry_server 172.16.10.77 80

    real_server 172.16.10.122 80 {
        weight 1
        HTTP_GET {
	    url {
		path /
		status_code 200
	    }
            connect_timeout 3
            nb_get_retry 3
            delay_before_retry 3
        }   
    }
    real_server 172.16.10.133 80 {
        weight 1
        HTTP_GET {
            url {
                path /
                status_code 200 
            }   
            connect_timeout 3
            nb_get_retry 3
            delay_before_retry 3
        }   
    } 
}

virtual_server 172.16.10.69 80 {
    delay_loop 6
    lb_algo rr
    lb_kind DR 
    #persistence_timeout 50
    protocol TCP
    sorry_server 172.16.10.77 80

    real_server 172.16.10.122 80 {
        weight 1
        HTTP_GET {
            url {
                path /
                status_code 200
            }
            connect_timeout 3
            nb_get_retry 3
            delay_before_retry 3
        }
    }
    real_server 172.16.10.133 80 {
        weight 1
        HTTP_GET {
            url {
                path /
                status_code 200
            }
            connect_timeout 3
            nb_get_retry 3
            delay_before_retry 3
        }
    }
}
### 172.16.10.77:/etc/keepalived/keepalived.conf的配置：
! Configuration File for keepalived

global_defs {
   notification_email {
     [email protected]
   }
   notification_email_from [email protected]
   smtp_server 172.16.10.9
   smtp_connect_timeout 30
   router_id LVS_DEVEL
}

vrrp_instance VI_1 {
    state BACKUP
    interface eth0
    virtual_router_id 10
    priority 98
    advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass MasBac
    }
    virtual_ipaddress {
        172.16.10.68
    }
}

vrrp_instance VI_2 {
    state MASTER
    interface eth0
    virtual_router_id 15
    priority 100
    advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass DouMas
    }
    virtual_ipaddress {
        172.16.10.69
    }
}

virtual_server 172.16.10.68 80 {
    delay_loop 6
    lb_algo rr
    lb_kind DR
    persistence_timeout 50
    protocol TCP
    sorry_server 172.16.10.77 80

    real_server 172.16.10.122 80 {
        weight 1
        HTTP_GET {
            url {
                path /
                status_code 200
            }
            connect_timeout 3
            nb_get_retry 3
            delay_before_retry 3
        }
    }
    real_server 172.16.10.133 80 {
        weight 1
        HTTP_GET {
            url {
                path /
                status_code 200
            }
            connect_timeout 3
            nb_get_retry 3
            delay_before_retry 3
        }
    }
}

virtual_server 172.16.10.69 80 {
    delay_loop 6
    lb_algo rr
    lb_kind DR
    persistence_timeout 50
    protocol TCP
    sorry_server 172.16.10.77 80

    real_server 172.16.10.122 80 {
        weight 1
        HTTP_GET {
            url {
                path /
                status_code 200
            }
            connect_timeout 3
            nb_get_retry 3
            delay_before_retry 3
        }
    }
    real_server 172.16.10.133 80 {
        weight 1
        HTTP_GET {
            url {
                path /
                status_code 200
            }
            connect_timeout 3
            nb_get_retry 3
            delay_before_retry 3
        }
    }
}

补充对于后端健康状态的检测，还有：

TCP_CHECK {
     connect_port 80
     connect_timeout 3
}

测试：

测试前，重启keepalived服务。

当后端realserver都出现故障时：

配置完成。

时间： 2024-10-08 11:13:23