keepalived 介绍

keepalived 是 Linux下一个轻量级的高可用解决方案

keepalived 主要通过虚拟路由冗余（VRRP）来实现高可用功能

优点：部署及使用简单，只需一个配置文件即可完成

功能：1. 服务器状态检测和故障隔离功能 2. HA（High Available） cluster

keepalived 发展

keepalived起初是为LVS（Linux Virtual System）设计，专门监控集群系统中各个服务节点的状态

根据TCP/IP参考模型第三、第四、第五层交换机制检测每个服务节点的状态

（详细见本页keepalived工作原理）

** e.g: keepalived检测WEB服务器的状态；**

如果一台WEB服务器死机/工作出现故障，keepalived检测到此状况后会将故障服务器从系统中剔除,直至该服务器工作正常后keepalived自动将该服务器加入到服务器群中, 以上工作keepalived自动完成，无需人工干涉，人工干预仅是修复出现故障的服务节点.

keepalived 后续加入了VRRP功能

VRRP（Virtaul Router Redunadancy Protocol，虚拟路由器冗余协议）

目的：解决静态路由出现的单点故障问题，实现网络不间断稳定运行

VRRP 协议与工作原理

❉ 引入VRRP概念

*说明*：图片来源百度百科；左侧图片为局域网组网；右侧图片为VRRP组网

** 局域网组网 e.g:**

网络内的所有主机会设置一条默认网关（10.100.10.1），当主机发出的目的地址不在本网段（10.100.10.0/24）的报文；

通过默认网关发往路由器A，从而实现主机与外部网络的通信

该组网缺点：当路由器A坏掉时，本网段内通过以RA为默认网关下一跳的主机将断掉与外界的通信，产生单点故障

VRRP组网 e.g:

RA：Master 活动路由器 10.100.10.2

RB：Backup 备份路由器 10.100.10.3

VRIP : 虚拟路由器IP 10.100.10.1

VRRP将局域网中的一组路由器【 RA和RB】组成一个虚拟路由器------>>>备份组

虚拟路由器拥有自己的IP地址 10.100.10.1

局域网内的主机仅知道虚拟路由器IP地址为10.100.10.1，不知道具体的Master与Backup路由器IP

局域网内的主机将默认网关下一跳的地址设置为该虚拟路由器IP地址，通过该地址与其他网络进行通信

该组网优点：当备份组内的Master路由器DOWN掉，会进行选举策略选出一个新的Master路由器，继续往网络内的主机提供路由服务，从而实现网络内的主机不间断地与外部网络进行通信

❉ VRRP 协议 ‍‍

‍

VRRP：解决局域网中配置静态网关出现单点失效的路由协议

设计目标：网络发生故障时透明地进行设备切换而不影响主机间的数据通信

❉ VRRP 工作原理

VRRP协议将两台或多台路由器设备虚拟成一个虚拟路由器，对外提供虚拟路由器IP(一个或多个)；

而在路由器组内部，如果实际拥有这个对外IP的路由器如果工作正常的话就是MASTER，或者是通过算法选举产生；

MASTER实现针对虚拟路由器IP的各种网络功能，如ARP请求，ICMP，以及数据的转发等；

其他设备不拥有该IP，状态是BACKUP，除了接收MASTER的VRRP状态通告信息外，不执行对外的网络功能。

当主机失效时，BACKUP将接管原先MASTER的网络功能。

❀ 如何判定多个路由器在同一组虚拟路由器中？

VRID：每个虚拟路由器都有一个唯一标识（VRID是一个0～255的正整数）

配置VRRP协议时需要配置每个路由器的虚拟路由器ID(VRID)和优先权值，

使用VRID将路由器进行分组，具有相同VRID值的路由器为同一个组

❀ BACKUP 为什么没有发生抢占？

VRRP通告:它使用IP多播数据包进行封装，组地址为224.0.0.18，发布范围只限于同一局域网内

在一个虚拟路由器中，只有处于MASTER角色的路由器会一直发送VRRP通告信息；

处于BACKUP状态的路由器只接收MASTER发过来的报文信息，用来监控MASTER运行状态，除非它的优先级比MASTER更高

❀ 什么时候发生选举？

当MASTER不可用时，BACKUP无法收到MASTER发过来的报文信息；

认定MASTER出现故障，然后多台BACKUP就开始进行选举；

❀ Master选举

虚拟路由器IP=路由器本身配置IP

该路由器始终将是MASTER；IP地址所有者自动具有最高优先级：255

优先级选举主控路由器（优先级范围是0—255）

优先级0一般用在IP地址所有者主动放弃主控者角色时使用。可配置的优先级范围为1—254

优先级相等，则比较路由器的实际IP，IP值较大的优先权高

❉ VRRP 应用实例

1            +-----------+      +-----------+
2            |   Rtr1    |      |   Rtr2    |
3            |(MR VRID=1)|      |(BR VRID=1)|
4            |(BR VRID=2)|      |(MR VRID=2)|
5    VRID=1  +-----------+      +-----------+  VRID=2
6    IP A ---------->*            *<---------- IP B
7                    |            |
8                    |            |
9  ------------------+------------+-----+--------+--------+--------+--
10                                       ^        ^        ^        ^
11                                       |        |        |        |
12                                     (IP A)   (IP A)   (IP B)   (IP B)
13                                       |        |        |        |
14                                    +--+--+  +--+--+  +--+--+  +--+--+
15                                    |  H1 |  |  H2 |  |  H3 |  |  H4 |
16                                    +-----+  +-----+  +--+--+  +--+--+
17     Legend:
18              ---+---+---+--  =  Ethernet, Token Ring, or FDDI
19                           H  =  Host computer
20                          MR  =  Master Router
21                          BR  =  Backup Router
22                           *  =  IP Address
23                        (IP)  =  default router for hosts

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------

+ VRID 1 | Rtr1（Master） | Rtr2（Backup） + 正常情况下 H1与H2走R1;反之走R2

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------

+ VRID 2 | Rtr1（Backup） | Rtr2 （Master） + 正常情况下 H3与H4走R2;反之走R1

------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Keepalived 工作原理

根据TCP/IP参考模型各层所能实现的功能，Keepalived运行机制如下：

网络层

协议： IP（Internet Protocol网际协议）

ARP（Address Resolution Protoco 地址转换协议）

RARP（Reverse Address Resolution Protocol 反向地址转换协议）

ICMP（Internet Control Message Protocol 网络控制报文协议）

常用：通过ICMP协议向服务器集群中的每个节点发送一个ICMP的数据包（类似ping实现）

如果某个节点没有返回响应数据包，那么认为此节点发生了故障

keepalived将报告该节点失效，并从服务器集群中剔除故障节点

传输层

协议： TCP （传输控制协议）（三次握手、安全可靠）

UDP （用户数据协议）

------------------------------------------------------------------------------------

TCP提供可靠的数据传输服务、IP地址和端口，代表TCP的一个连接端

获取TCP服务，需要在发送机的一个端口上和接收机上一个端口上建立连接

-------------------------------------------------------------------------------------

常用：利用TCP协议的端口连接和扫描技术来判断集群节点是否正常

e.g: SSH服务默认22端口，WEB服务器80端口····Keepalived在传输层探测某端口没有响应数据

判定端口异常，强制将此端口对应的节点从服务器及群组中移除

应用层

协议：FTP、TELNET、SMTP、DNS ····

-----------------------------------------------------------------------

用户可以通过自定义Keepalived的工作方式

-----------------------------------------------------------------------

e.g：用户编辑程序运行Keepalived，而Keepalived 根据用户设定检测各种程序或服务是否允许正常

❉ keepalived 结构体系

图片来源：http://www.keepalived.org/documentation.html

keepalived 安装

‍**实验需求：**‍

安装keepalived（仅安装）

‍**实验实现：**‍

服务器：CentOS 6.5-minimal
‍软件：Keepalived ( V_1.2.19 ) ‍

‍**安装过程：**‍

>>>下载安装包并解压，查看相关参数

1[root@lucia tmp]# wget http://www.keepalived.org/software/keepalived-1.2.19.tar.gz    # 下载Keepalived安装包
2[root@lucia tmp]# tar -zxf keepalived-1.2.19.tar.gz   #解压安装包
3[root@lucia tmp]# cd keepalived-1.2.19
4[root@lucia keepalived-1.2.19]# ./configure --help    #查看confiure编译参数
5 
6#================================================
7# 指定安装在/etc/ {--sysconfdir=/etc}
8# 指定使用内核源码中的头文件 {--with-kernel-dir}
9# 注：使用LVS时，需要用到"--with-kernel-dir"
10#===============================================

>>>编译安装

1[root@lucia keepalived-1.2.19]# [ -z /usr/src/kernels/ ] && yum -y install kernel-headers kernel-devel || echo "The kernel file already exists"
2The kernel file already exists
3 
4#===========================
5# 判断kernels目录是否存在文件
6#===========================
7 
8[root@lucia keepalived-1.2.19]# ./configure --sysconfdir=/etc/ --with-kernel-dir=/usr/src/kernels/2.6.32-573.12.1.el6.x86_64
9 
10#============================================================================
11# ./configure 对即将安装的软件进行配置，检查当前的环境是否满足要安装软件的依赖关系
12#============================================================================
13
14configure: error: in `/tmp/keepalived-1.2.19':
15configure: error: no acceptable C compiler found in $PATH
16See `config.log' for more details
17 
18#============================================================================
19# 报错：gcc编译器没有安装
20# [root@lucia keepalived-1.2.19]# yum -y install gcc
21#=============================================================================
22      
23继续返回上一步预安装./configure
24[root@lucia keepalived-1.2.19]# ./configure --sysconfdir=/etc/ --with-kernel-dir=/usr/src/kernels/2.6.32-573.12.1.el6.x86_64
25 
26configure: error:
27!!! OpenSSL is not properly installed on your system. !!!
28!!! Can not include OpenSSL headers files.            !!!
29 
30#=========================================================================
31# 报错：OpenSSL 没有安装
32# [root@lucia keepalived-1.2.19]# yum -y install openssl*
33#=========================================================================
34
35./configure 成功后，显示是Keepalived 输出的加载模块信息
36
37Keepalived configuration
38------------------------
39Keepalived version       : 1.2.19                         
40Compiler                 : gcc
41Compiler flags           : -g -O2
42Extra Lib                : -lssl -lcrypto -lcrypt 
43Use IPVS Framework       : Yes
44IPVS sync daemon support : Yes
45IPVS use libnl           : No
46fwmark socket support    : Yes
47Use VRRP Framework       : Yes
48Use VRRP VMAC            : Yes
49SNMP support             : No
50SHA1 support             : No
51Use Debug flags          : No
52
53[root@lucia keepalived-1.2.19]# make && make install                     #编译&&安装
54[root@lucia keepalived-1.2.19]# ln -s /usr/local/sbin/keepalived /sbin/  #软链接到系统使用的管理程序目录中
55[root@lucia keepalived-1.2.19]# chkconfig --add keepalived               #添加到系统服务
56[root@lucia keepalived-1.2.19]# chkconfig --level 35 keepalived on       #添加到开机启动

❉ Keepalived 配置详解

1[root@lucia keepalived-1.2.19]# cd /etc/keepalived/
2[root@lucia keepalived-1.2.19]# ls
3keepalived.conf  samples
4
5# ================================================================
6# Keepalived 配置文件路径为/etc/keepalived/keepalived.conf
7# samples 目录下存放着keepalived配置的示例
8# ================================================================
9
10#============================================================
11# keepalived.conf 配置
12#------------------------------------------------------------
13# 1、Keepalived 配置文件以block形式组织，每个块内容都包含在{}
14# 2、“#”   “!” 开头行为注释
15# 3、keepalived 配置为三类：
16#      全局配置:对整个keepalived都生效的配置 
17#    VRRPD 配置:核心配置，主要实现keepalived高可用功能
18#      LVS配置
19#============================================================
20
21
22! Configuration File for keepalived   
23
24    
25########################
26#  全局配置
27########################
28
29 
30global_defs {                               # global_defs 全局配置标识 
31                                            ------------------------------------------
32   notification_email {                     # notification_email用于设置报警邮件地址
33     acassen@firewall.loc                   # 可以设置多个，每行一个
34     failover@firewall.loc                  # 设置邮件报警，需开启本机Sendmail 服务
35     sysadmin@firewall.loc                  # yum -y install mailx sendmail
36   }                                        ----------------------------------------------
37
38   notification_email_from Alexandre.Cassen@firewall.loc  # 设置邮件发送地址
39   smtp_server 192.168.200.1                              # 设置邮件的smtp server地址
40   smtp_connect_timeout 30                                # 设置连接smtp sever超时时间
41   router_id LVS_DEVEL                                    # 表示运行keepalived服务器标识，发邮件时显示在邮件主题中的信息
42}
43
44######################
45#  VRRPD配置
46######################
47
48vrrp_instance VI_1 {         # VRRPD 配置标识 VI_1是实例名称
49
50    state MASTER             # 指定Keepalvied角色 MASTER表示此主机为主服务器 BACKUP则是表示为备用服务器
51    interface eth0           # 指定 HA 监测网络的接口
52    virtual_router_id 51     # 虚拟路由标识，标识为数字，同一个VRRP实例使用唯一的标识，即可表示在同一个vrrp_instance下 MASTER_ID = BACKUP_ID
53    priority 100             # 定义节点优先级，数字越大表示节点的优先级越高，同一个VRRP_instance下，MASTE_PRIORITY > BACKUP_PRIORITY 
54    advert_int 1             # 设定MASTER与BACKUP主机质检同步检查的时间间隔，单位为秒
55             
56    authentication {         # 设定节点间通信验证类型和密码，验证类型主要有PASS和AH两种
57        auth_type PASS       # 同一个vrrp_instance，MASTER验证密码和BACKUP保持一致
58        auth_pass 1111
59    }
60
61    virtual_ipaddress {      # 设置虚拟IP地址 (VIP),又叫做漂移IP地址
62        192.168.200.16
63        192.168.200.17
64        192.168.200.18
65    }
66
67#-------------------------------------------------------------------------------
68# 问：为什么叫漂移IP地址？
69# 答：当Keepalived切换到MASTER状态时，IP地址会自动添加到系统中
70#    当Keepalvied切换到BACKUP状态时，IP地址将自动从系统中删除
71#    
72#    keepalived通过“ip address add”命令的形式将VIP添加到系统
73#    通过“ip add”查看系统中添加的VIP地址
74#--------------------------------------------------------------------------------
75
76}
77
78######################
79# LVS配置
80######################
81
82
83virtual_server 192.168.200.100 443 {              # virtual_server LVS配置标识 
84                                                  # 格式：virtual_server VIP port [IP 和 port 之间空格隔开]
85 
86    delay_loop 6                                  # 设置健康检查时间间隔，单位为秒                      
87    lb_algo rr                                    # 设置负载调度算法，可用的调度算法有：rr、wlc、lc、lblc、sh、dh等
88    lb_kind NAT                                   # 设置LVS实现负载均衡的机制，有NAT、TUN和DR三种模式可选
89    nat_mask 255.255.255.0                        # NAT子网掩码
90    persistence_timeout 50                        # 会话保持时间 
91    protocol TCP                                  # 指定转发协议类型
92#----------------------------------------------------------------------------------------------------
93# persistence_timeout 会话保持时间对动态网页非常有用，为集群系统中的seesion共享提供了一个很好的解决方案
94# 用户的请求会一直分发到某个服务节点，直至超过这个会话的保持时间（指最大无响应超时时间）
95# =[用户操作动态页面如果在50s没有执行任何操作则被分发到另外的节点]
96#----------------------------------------------------------------------------------------------------
97
98    real_server 192.168.201.100 443 {                          # 设置real server段开始的标识 [ IP为真实IP地址]
99                                                               # 格式：real_server realIP port [IP 和 port 之间空格隔开]
100                                                               -----------------------------------------------------------------
101        weight 1                                               # 用于配置real server节点的权值，权值大小用数字表示，数字越大，权值越高
102                                                               # 设置权值大小可以为不同性能的服务器分配不同的负载
103                                                               ------------------------------------------------------------------
104
105        SSL_GET {                                              # 健康检查 SSL_GET    
106            url {                                              # 指定SSL检查的URL信息，可以指定多个
107              path /index.html                                 # 后跟详细的URL路径
108              digest ff20ad2481f97b1754ef3e12ecd3a9cc          # SSL检查后的摘要信息，可以通过genhash命令工具获取
109#-----------------------------------------------------------------
110# [root@lucia keepalived]# genhash -s 192.168.201.100 -p 80 -u /index.html
111#-----------------------------------------------------------------
112            }
113            url {
114              path /mrtg/
115              digest 9b3a0c85a887a256d6939da88aabd8cd
116            }
117            connect_timeout 3                                  # 表示无响应超时时间，单位为秒
118            nb_get_retry 3                                     # 表示重试次数
119            delay_before_retry 3                               # 表示充实间隔
120        } 
121    }
122}
123 
124virtual_server 10.10.10.2 1358 {
125    delay_loop 6
126    lb_algo rr 
127    lb_kind NAT
128    persistence_timeout 50
129    protocol TCP
130 
131    sorry_server 192.168.200.200 1358                          # 备份节点，在所有real serer失效后，启用备份节点
132}

#---------------------------------------------------------------------------------------------------------------#

VRRP原理参考文档如下：

http://bbs.nanjimao.com/thread-790-1-1.html （此篇写的很好）

http://blog.chinaunix.net/uid-26575352-id-3529109.html

keepalived.conf 参考书籍《高性能Linux服务器构建实战》

本人高度近视，文档手打会出现个别字符错误，请指出

关于VRRP原理部分为自己理解所拼凑，逻辑出现问题请指出

Lucia 2016/01

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Keepalived 工作原理及简要安装

keepalived 安装

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